冀 鶴， 蔣高明， 呂建國

(1. 江南大學(xué) 教育部針織技術(shù)工程研究中心， 江蘇 無錫 214122；2. 浙江新昌振興紡織機械有限公司， 浙江 新昌 312500)

圓襪機編織技術(shù)具有生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品成形效果好、產(chǎn)品提花種類豐富及機器成本低等特點，在當(dāng)今織襪市場應(yīng)用較廣[1]。目前，國內(nèi)織襪生產(chǎn)還存在諸多問題，如織襪完成織造仍需下機完成縫頭，消耗較大人力成本，降低了織襪生產(chǎn)效率，因此，迫切需要一體襪機代替?zhèn)鹘y(tǒng)襪機完成生產(chǎn)。圓襪機一體成形編織是運用類似于普通圓襪機的編織技術(shù)[2]，進行加工生產(chǎn)織襪產(chǎn)品，不僅具有柔軟舒適美觀的特點，且產(chǎn)品成形程度高，采用連續(xù)生產(chǎn)，無需下機縫頭簡化后整理過程，優(yōu)化了原有生產(chǎn)模式，提高了產(chǎn)品一體性。

為規(guī)范圓襪機編織產(chǎn)品的設(shè)計，本文依據(jù)人體足部結(jié)構(gòu)特征，從足部生理機能角度出發(fā)，結(jié)合足部特點，提出了一體成形織襪模型這一概念。同時，在織襪模型應(yīng)用過程中，本文主要介紹了單針筒一體成形織襪模型，運用平針雙層編織、襯墊編織、上行針法編織、插針法編織及撳針、挑針等成形編織方法，結(jié)合扭結(jié)式縫頭法實現(xiàn)機上一體成形。探究了一體成形織襪模型及應(yīng)用，為圓襪機編織結(jié)構(gòu)設(shè)計合理性提供保證，使其能夠更好地符合人體足部穿著需求，為我國織襪一體成形產(chǎn)品的設(shè)計與開發(fā)提供理論參考。

1 人體足部生理特征及機能

人體足部具有一定形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理機能及運動規(guī)律，是人體重要負(fù)重和運動器官[3]，因此，在進行織襪模型設(shè)計前，首先對人體足部腳型結(jié)構(gòu)特點、運動特點及足部壓力分布進行研究。

1.1 人體足部生理特征

人體足部骨骼包括趾骨、跖骨、跗骨[4]3大類，如圖1所示。在走路和運動過程中趾骨和跗骨中的跟骨運動頻率最高，在支撐身體方面起著重要作用，相應(yīng)給與織襪向下的壓力，在走路和運動時增加了腳底前端和跟部的摩擦力，因此，在設(shè)計襪底和襪跟部位時通常需要“夾底”加入加固線提高其耐磨性。

圖1 足部骨骼Fig.1 Foot-skeleton

在人體足部有較多關(guān)節(jié)，第1至第5趾骨借助關(guān)節(jié)完成內(nèi)收、外展、環(huán)轉(zhuǎn)、回轉(zhuǎn)及屈伸運動[4]，如圖2所示。趾骨的運動增加了襪頭部位向上、向下以及向前的沖擊力，因此，在織襪編織過程中，襪頭部位組織及密度的選取尤為重要，通常在襪頭需要編織加固圈提高其頂破性和保暖性(季節(jié)需要)。

圖2 足部關(guān)節(jié)及活動Fig.2 Foot joints and activities

腳部運動是由附著在骨骼上的肌肉收縮和弛緩帶動骨骼完成[4]，肌肉在整個運動中處于主導(dǎo)地位，織襪的延伸性和伸縮性直接影響腳部舒適度，因此，織襪襪腳和襪筒部位密度低于襪頭和襪跟，并在收縮運動頻繁部位添加橡筋，減少足部與織襪摩擦。

1.2 人體足部機能

足部的生理機能主要包括分泌汗液、蒸發(fā)水分及調(diào)節(jié)溫度[4]。由于運動項目的不同、季節(jié)更替及人體差異，對織襪性能有不同的需求，恰當(dāng)?shù)剡x擇織襪可減少運動損傷，增加運動效果[5]及足部穿著舒適性，因此，在織襪設(shè)計過程中，根據(jù)織襪對吸濕排汗性需求選用棉紗編織地組織，滿足人們對于織襪的功能需求。

2 織襪參數(shù)及模型建立

織襪模型建立是以織襪參數(shù)為依據(jù)，織襪模型可看成是腳的輪廓，但又不是腳上的束縛品，決定著織襪穿著的舒適性及貼服性，因此，就織襪模型的建立而言，精確地采集人體足部數(shù)據(jù)對于確定織襪參數(shù)尤為重要。

2.1 織襪參數(shù)

織襪參數(shù)是通過對人體足部主要特征部位進行測量，歸納整合足部參數(shù)數(shù)據(jù)獲得的，足部數(shù)據(jù)測量示意圖如圖3所示。

a—外踝骨高度；b—前跗骨高度；c—第1跖趾關(guān)節(jié)高度；d—拇指厚度；e—跖趾圍長；f—前跗骨圍長；g—兜跟圍；i—舟上彎點高度；j—后跟突點高度；k—腳長；l—腳踝圍長；m—最長趾骨長度；n—足弓長度；u—跟骨長度。圖3 人體足部數(shù)據(jù)測量示意圖Fig.3 Diagram of human foot datd measurement

建立織襪參數(shù)需首先明確織襪分類：根據(jù)人體足部尺寸將織襪分為童襪、少年襪、女襪、男襪4大類；根據(jù)款式可分為腳套(俗稱隱形襪)、短筒襪、中筒、長筒襪等；結(jié)合織襪功能性，分為普通織襪、運動織襪等[6]。

不同尺寸、不同款式及不同功能性的織襪都有其對應(yīng)的參數(shù)，結(jié)合群體穿著偏好及足部尺寸數(shù)據(jù)，選擇女士隱形普通織襪和女士中筒運動織襪為研究對象確定參數(shù)：女士中筒運動織襪要求透氣性好、柔軟舒適符合腳型，針織面料非常適合；女士隱形普通織襪，作為夏天必備品，要求輕薄，整體形態(tài)呈短寬、彈性好，大襪口與足部完美貼服。本文以女士中筒運動織襪和女士隱形普通織襪為例，設(shè)計織襪參數(shù)如表1、2(數(shù)據(jù)來自浙江新昌振興紡織機械有限公司)所示。

表1 女士中筒運動織襪尺寸及比例參數(shù)Tab.1 Female sports knee socks size and scale parameters

表2 女士隱形普通織襪尺寸及比例參數(shù)Tab.2 Female shadow socks size and scale parameters

2.2 中筒織襪模型建立

根據(jù)織襪參數(shù)結(jié)合織襪編織原理[6]，本文以中筒女士運動襪為例探究了織襪模型建立過程。

圖4示出中筒織襪模型。取襪跟起始編織點為坐標(biāo)原點，以織襪襪筒方向為y軸方向，以襪口方向為x軸方向建立二維直角坐標(biāo)系。根據(jù)腳踝圍長及織襪編織工藝，結(jié)合運動過程中對襪口與腿部肌肉的貼附性要求，襪口寬W1取79 mm，襪口高H取 30 mm，襪筒寬W2取89 mm，襪筒高H1取85 mm；為保證織襪穿著合腳，考慮減少運動過程中襪跟部分的磨損，根據(jù)后跟突點高度及兜跟圍及織襪撳針挑針工藝要求，襪跟半高h取30 mm。為保證織襪具有良好的延伸性能，收放針數(shù)均為1；通過如圖5所示襪跟放大模型計算襪跟尺寸，計算公式為

L=5NP

D2x=-Rcos(β)

D2y=Rsin(β)

式中：L為襪跟縫長，mm；N為收針或者放針針數(shù)；P為襪跟密度；R為OC2的長度，取51 mm；θ為襪跟起始編織到跟縫的角度值，(°)；α為θ/2；β為3θ跟縫到襪底起始編織角度值。可得上筒各點坐標(biāo)值A(chǔ)1(W1/2,H1+H+h/2),A2(-W1/2,H1+H+h/2),B1(W2/2,H1+h/2),B2(-W2/2,H1+h/2),C1(-W1/2,h/2),C2(W1/2,h/2)。

圖4 中筒織襪模型Fig.4 Knee socks model

圖5 襪跟放大模型Fig.5 Zoom model of heel

在運動過程中為使織襪下筒不隨運動而滑移，在腳底部運動最頻繁的趾骨位置增加橡筋，襪腳橡筋高H2取40 mm，寬H3取72 mm，考慮到人體足弓尺寸及上機織縮襪腳高H4取130 mm；在襪頭部分模型建立過程中，由于足部趾骨及關(guān)節(jié)處運動靈活對織襪產(chǎn)生多角度作用力，添加10 mm加固圈工藝以減少對織襪頭部產(chǎn)生直接沖擊；同時需要考慮織襪上行針法要求，作以Q點為坐標(biāo)原點，以QG1長度為半徑，以(180°-β+θ)為圓心角的圓弧，得到中筒女士運動襪模型。

2.3 隱形織襪模型建立

根據(jù)隱形襪工藝特點及生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)[7]，在普通織襪模型建立的基礎(chǔ)上研究了女士隱形襪模型建立方法。

建立xOy直角坐標(biāo)系，為滿足織襪隱形和舒適性需求及人體足部尺寸結(jié)合跟骨尺寸特征，襪口高H取13 mm，襪口寬W取38 mm；其獨特的大襪口特征增加了對襪跟抱合力的需求，選用Y字形襪跟，根據(jù)兜跟圍尺寸確定襪跟最遠點尺寸為63 mm，考慮后跟凸起高度及腳跟處抱合性能，在OP區(qū)域收放針數(shù)均為5針，P1PP′區(qū)域均為1針，圖6示出隱形織襪襪跟放大圖。通過如下計算公式求得襪跟特征點及襪跟軌跡方程：

x2OP22+y2OP22-hcosθ2=1

(x∈(-OP2,0)，y∈(-OA2,OA1cosθ))

圖6 隱形襪跟放大圖Fig.6 Footlet heel with enlarged

結(jié)合人體足弓學(xué)與服飾美學(xué)及織襪工藝，在收針時至少留1/5～1/6織針在編織區(qū)域，PP1和PP′取 8 mm，織襪襪腳長取110 mm，為滿足腳面無織襪，選擇在襪跟編織結(jié)束后44 mm內(nèi)只編織襪底區(qū)域；考慮到織襪模型需適合多數(shù)成年女性穿著及減少襪腳滑落添加20 mm橡筋編織；結(jié)合服飾美學(xué)及織襪力學(xué)性能要求，在襪頭編織前添加加固圈工藝行10 mm，作以Q點為坐標(biāo)原點，以QF2長度45 mm為半徑，以4θ為圓心角的圓弧，得到如圖7所示隱形織襪模型。

圖7 隱形織襪模型Fig.7 Footlet socks model

3 織襪模型應(yīng)用

織襪平面模型為一體成形織襪的設(shè)計與生產(chǎn)提供了直接依據(jù)。由于織襪具有較大的彈性，為使一款織襪可以滿足一類人群的穿著需求，通過計算將織襪模型尺寸轉(zhuǎn)化為線圈縱行，確定織襪各編織部位橫密、縱密。本文實例在UC606-1446F型國產(chǎn)普通毛圈與隱形毛圈兩用機上進行編織。

一體成形織襪模型與成形織襪工藝關(guān)系可根據(jù)以下公式進行計算：

D=0.035 68Ttδ

PA=50A

PB=50B

L=1.57A+2B+πD

L=σTt31.62

N=0.4WPA

式中：D為紗線直徑，mm；A為圈距；B為圈高；L為線圈長度，mm；σ為線圈模數(shù)；Tt為紗線線密度，tex；δ為紗線體積質(zhì)量，g/cm3；PA為織襪橫密，縱行/(5 cm)；PB為織襪縱密，橫列/(5 cm)；N為總針數(shù)；W為模型尺寸。

通過修正得到成形織襪模型，在進行織襪工藝設(shè)計時，通過一體成形方法實現(xiàn)中筒織襪模型和隱形織襪模型2種款式織襪的成形編織。在MindCottonSocks花型編輯準(zhǔn)備的鏈條編輯系統(tǒng)中，將換算的針數(shù)和密度輸入模型編輯器，設(shè)定參數(shù)結(jié)束后再根據(jù)花型效果需要完成意匠填充、根據(jù)組織結(jié)構(gòu)完成主梭配置達到織襪成形要求如圖8所示，最后從軟件中導(dǎo)出轉(zhuǎn)換成FAT格式的上機文件，在單針筒一體襪機完成編織。

3.1 中筒織襪成形的應(yīng)用

一體成形織襪是在織襪完成成形編織后通過轉(zhuǎn)移機構(gòu)完成向縫頭機構(gòu)轉(zhuǎn)移[8]，由縫頭機構(gòu)完成縫頭，優(yōu)勢在于下機即可穿著成形織襪[9]。

在中筒織襪設(shè)計中，主要根據(jù)織襪功能性需求對局部尺寸進行調(diào)整，如圖9所示。以織襪模型為原型，提花片變換選針方式與主梭橡筋梭配合，實現(xiàn)雙層假羅口襪口編織，克服了橡筋襯墊襪口邊緣卷曲，賦予襪口羅紋效果。通過上行針法配合撳針、挑針法完成滿足人體足弓學(xué)的袋型襪跟編織。同時，運用分針法完成加固襪底的編織，添加加固紗提高織襪堅牢度。圖10示出女士中筒運動襪及隱形普通襪一體成形產(chǎn)品。

圖8 參數(shù)配置Fig.8 Parameter configuration. (a) Main shuttle setup; (b) Jacquard pattern design

圖9 中筒織襪編織工藝Fig.9 Knee socks knitting process

圖10 一體成形織襪成品Fig.10 Finished product of toe-closed fully-fashioned.(a)Female sports knee sock; (b) Female shadow socks

由于中筒織襪除去襪跟和襪頭部分為上行法編織工藝較為復(fù)雜外，在襪口、襪筒、橡筋部分均為圓筒編織，因此，可采用變化組織結(jié)構(gòu)設(shè)計增加織襪運動功能特性，在襪頭和襪跟部位以襯墊組織的形式加入功能纖維增強織襪抗疲勞強度，同時賦予織襪纖維的功能性；在下筒中部添加橡筋減少運動過程中襪底與足部的摩擦，提高運動效果。同時，意匠設(shè)計的靈活性提高了人們對于個性著裝的要求。

3.2 隱形織襪成形的應(yīng)用

隱形織襪[10]是在原有一體機成形工藝中添加隱形三角，實現(xiàn)在襪口及襪底分區(qū)域進行上行針法編織，實現(xiàn)大襪口效果的一體成形織襪，如圖11所示。

圖11 隱形織襪編織工藝Fig.11 Footlet knitting process

在編織過程中，將中筒織襪成形中的橡筋及橡筋扎口工藝并入起口工藝行，采用上行針法配合撳針挑針工藝，形成具有一定傾斜度的襪口組織，同時提花片完成一隔一選針形成彈性雙層假羅紋組織，實現(xiàn)襪口向襪跟和襪底過渡，避免織襪發(fā)生脫落及保護腳踝。此外，選用Y型襪跟編織，在襪跟轉(zhuǎn)向處采用收針不脫舊線圈的方法在中筒襪跟編織基礎(chǔ)上增加一塊組織，形成滿足人體足部兜跟圍的扁平袋狀造型，增加與足部的抱合力。襪底大面積采用上行走針法高踵針退出編織區(qū)，低踵針全部參加編織到達成圈高度，配合加固底分針編織法使紗線部分墊紗，增加其耐磨性改善卷邊，隱形普通襪的一體成形產(chǎn)品展示如圖10(b)所示。

這種織襪降低了人工縫頭的成本，節(jié)約了生產(chǎn)原料，減少襪筒工藝提高了生產(chǎn)效率。但一體成形隱形織襪編織工藝復(fù)雜，對機器牽拉和三角排列等有更高的技術(shù)要求，為滿足織襪工藝減少組織搭配種類，因此，對于如何提高一體成形隱形襪的組織搭配種類需要進一步開展研究。

由于人體足部具有特殊的生理結(jié)構(gòu)及機能，因此，在對織襪進行工藝及編織方法設(shè)計時，除依靠撳針、挑針、提花片變化選針方法對織襪成形模型適當(dāng)變化外，還需要借助添加毛圈組織或者襯緯橡筋組織等組織變化，及針筒、生克片和沉降片密度等參數(shù)進行調(diào)整，從而滿足織襪的性能要求，更符合服飾美學(xué)、人體足弓學(xué)及功能性，達到服裝裝飾吸濕排汗及保護足部的效果。

4 結(jié)束語

針對人體足部特征及生理機能特性，運用圓襪機編織成形原理，結(jié)合中筒織襪模型和隱形織襪模型，設(shè)計了符合圓襪機織造要求的織襪模板。實現(xiàn)了模型與工藝成形設(shè)計的對接，在一定程度上規(guī)范了一體成形織襪的結(jié)構(gòu)設(shè)計，同時，優(yōu)化了織襪設(shè)計算法，提高了織襪生產(chǎn)的科學(xué)性，并為我國圓襪機編織一體成形開發(fā)提供了新方向。

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