梁鑫花 俞旭良 叢洪蓮

摘要：

為深入探究針織產(chǎn)品在異形結(jié)構(gòu)的開發(fā)可能性，對橫編仿魚鱗結(jié)構(gòu)的成形規(guī)律進行研究。先對橫編仿魚鱗結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，以單層結(jié)構(gòu)和雙層結(jié)構(gòu)為研究對象，并以四針床電腦橫機為依托，對其成形原理進行分析，并通過試織樣品和數(shù)據(jù)測量，建立了橫編仿魚鱗單元結(jié)構(gòu)的尺寸工藝模型。研究表明：單層結(jié)構(gòu)通過部分織針參與編織及隔行加針的方式，可使鱗片結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)一定的弧度;雙層閉口結(jié)構(gòu)的織針全部參與編織，相鄰兩個單元結(jié)構(gòu)可通過形成長浮線方式進行連接;雙層開口結(jié)構(gòu)在編織單元的首尾行時，所有織針參與編織，中間行只有部分織針參與，形成“折疊”狀的開口結(jié)構(gòu);織物單元上邊緣線與水平方向的夾角與花型循環(huán)數(shù)呈線性關(guān)系，上邊緣線與下邊緣線對應(yīng)高度包含的縱向線圈數(shù)比例約為2︰1。通過建立織物參數(shù)與橫編仿魚鱗單元結(jié)構(gòu)的相關(guān)關(guān)系，為仿魚鱗結(jié)構(gòu)織物的快速開發(fā)提供了一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：

仿魚鱗結(jié)構(gòu);橫編;全成形;成形原理;工藝模型;單層結(jié)構(gòu);雙層結(jié)構(gòu)

中圖分類號： TS184.5

文獻標(biāo)志碼： A

文章編號： 10017003（2022）02009407

引用頁碼： 021201

DOI： 10.3969/j.issn.1001-7003.2022.02.012（篇序）

收稿日期： 20210521;

修回日期： 20211223

基金項目： 國家自然科學(xué)基金項目（61772238）;中央高校基本科研業(yè)務(wù)費專項資金資助項目（JUSRP52013B）

作者簡介： 梁鑫花（1996），女，碩士研究生，研究方向為針織產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計與性能研究。通信作者：叢洪蓮，教授，cong-wkrc@163.com。

橫編全成形技術(shù)在異形結(jié)構(gòu)編織方面具有很大優(yōu)勢[1]，通過在織物橫向編織方向上加減針數(shù)、改變織物組織結(jié)構(gòu)、局部編織[2]及調(diào)節(jié)線圈長度等方式來形成所需要的織物形狀[3]，實現(xiàn)織物一體成形編織，無需裁剪、縫紉等后處理加工方式，生產(chǎn)工序與處理成本大幅減少，生產(chǎn)效率大幅度提高[4]。

目前橫編全成形技術(shù)在不同形狀的管狀織物、半球形織物及三維全成形座套等異形結(jié)構(gòu)的工藝與編織方面也做了一些研究與探索，在橫編全成形口罩、針織全成形鞋面、針織襪子等服飾領(lǐng)域也得到了較為廣泛的應(yīng)用[5-7]。本文基于仿生設(shè)計原理，利用針織橫編一體成形的編織技術(shù)，以四針床電腦橫機為依托，研究異形結(jié)構(gòu)的成形規(guī)律，探討具有不同形態(tài)結(jié)構(gòu)的仿魚鱗織物的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法、成形原理及工藝模型，拓展針織成形產(chǎn)品的開發(fā)領(lǐng)域，為橫編異形結(jié)構(gòu)的設(shè)計提供一定的參考。

1 設(shè)計理念

魚鱗是呈疊層狀分布在魚體外表面，且層與層之間排列較為緊密，不同魚類具有的魚鱗鱗片結(jié)構(gòu)有所不同。根據(jù)魚鱗的幾何形狀和表面特征，鱗片大致分為圓形、硬鱗、櫛狀和盾鱗狀四種[8-9]，考慮到魚鱗結(jié)構(gòu)本身的幾何形狀的復(fù)雜性，為方便對其進行研究，本文選擇對櫛狀鱗片進行仿魚鱗結(jié)構(gòu)設(shè)計。如圖1所示，單個櫛狀鱗片呈現(xiàn)中間厚邊緣薄的不規(guī)則六邊形形狀，其表面呈梳形狀分布的結(jié)構(gòu)[10]。由于針織織物的線圈縱向相互穿套，形成的豎狀條紋可模擬魚鱗組織表面的梳形狀的結(jié)構(gòu)，若要表面結(jié)構(gòu)更加明顯，可設(shè)計羅紋結(jié)構(gòu);橫編立體異形結(jié)構(gòu)可通過局編、筒狀編織及加減針等特殊的編織工藝來實現(xiàn)，故采用橫編成形的工藝方式來完成樣品的織造。

2 橫編仿魚鱗結(jié)構(gòu)設(shè)計

橫編仿魚鱗結(jié)構(gòu)的設(shè)計包括單元結(jié)構(gòu)設(shè)計和組合結(jié)構(gòu)設(shè)計兩部分。

2.1 單元結(jié)構(gòu)設(shè)計

橫編仿魚鱗單元結(jié)構(gòu)可分為單層結(jié)構(gòu)和雙層結(jié)構(gòu)，其中雙層結(jié)構(gòu)又包括雙層開口結(jié)構(gòu)和雙層閉口結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

單層結(jié)構(gòu)在設(shè)計時，為在表面形成類似溝槽的效果，組織結(jié)構(gòu)選用1+1羅紋;為模擬鱗片邊緣的曲線，在編織時可采用兩側(cè)向中間逐步收針的方式[11]，加上線圈串套時有一定的收縮性，從而使形成的橫編結(jié)構(gòu)邊緣呈現(xiàn)一定的弧度。

雙層閉口結(jié)構(gòu)在設(shè)計時，考慮兩側(cè)均為閉口，故選用空氣層組織進行設(shè)計，即通過圓筒形的編織方式實現(xiàn)編織[12];同時前后片在編織時，均采用一隔一的成圈方式，用以模擬鱗片表面的溝槽。

雙層開口結(jié)構(gòu)在設(shè)計時，由于左右兩側(cè)均為開口狀，選用單面的平針組織進行編織，且在編織時需采用局部編織的工藝方式，形成單個的鱗片狀結(jié)構(gòu)單元。

2.2 組合結(jié)構(gòu)設(shè)計

由于魚鱗單元結(jié)構(gòu)緊密覆蓋在整體表面，所以也要對組合結(jié)構(gòu)進行設(shè)計。為使整體組織結(jié)構(gòu)具有較為緊密的效果，且在后期編織時與仿魚鱗單元結(jié)構(gòu)有更好的過渡連接作用，地組織可選用簡單的平針組織結(jié)構(gòu);為使地組織具有一定的厚度，且透氣效果良好，可選用棉毛組織，即雙反面組織[13]進行設(shè)計;考慮到地組織可以有較好的花型效果，也可選用芝麻點組織進行設(shè)計[14]。仿魚鱗橫編結(jié)構(gòu)在組合結(jié)構(gòu)上的排列方式可分為平行排列和交錯排列，如圖3所示。

3 橫編仿魚鱗結(jié)構(gòu)成形原理

在對橫編仿魚鱗結(jié)構(gòu)的單元和組合結(jié)構(gòu)進行組織結(jié)構(gòu)和排列方式設(shè)計后，本文對單層結(jié)構(gòu)、雙層閉口結(jié)構(gòu)和雙層開口結(jié)構(gòu)的編織成形原理進行分析。

3.1 單層結(jié)構(gòu)成形原理

單層結(jié)構(gòu)主要是通過前后針床的線圈行進行翻針銜接，由線圈行連續(xù)編織形成單面結(jié)構(gòu)。其地組織以簡單的單面組織為例進行說明，編織工藝如圖4所示。圖4（a）為地組織的編織工藝示意，圖4（b）為單元結(jié)構(gòu)的編織原理示意（下文同），后下針床向右偏移1個針距，與前下針床進行起底編織，隨后前下針床與后下針床分別進行滿針成圈編織，連續(xù)編織數(shù)行后，開始進行局部編織。負(fù)責(zé)編織魚鱗單元結(jié)構(gòu)的部分織針先進行前后針床的起底編織，然后前后針床分別進行一隔一成圈編織。編織若干行后，前后針床進行1+1羅紋編織，編織一行后，前針床左右兩邊在第一行的基礎(chǔ)上各加一針，與后針床進行1+1羅紋編織，形成羅紋組織的第二行。以第一二行為一組循環(huán)，根據(jù)所需魚鱗織片的大小設(shè)置不同的組織循環(huán)數(shù)，最后前針床先連續(xù)編織一個線圈和一個集圈。在第三根織針對應(yīng)的后針床織針上編織一個線圈，以此作為一個循環(huán)進行編織，直至達到織片所需寬度為止，單層結(jié)構(gòu)的鱗片單元即編織完成。

3.2 雙層閉口結(jié)構(gòu)成形原理

雙層閉口結(jié)構(gòu)是通過前后針床不進行翻針銜接動作，機頭帶動紗嘴進行圓筒形編織，兩邊根據(jù)魚鱗結(jié)構(gòu)形狀控制參與編織的針數(shù)數(shù)量而形成。其地組織以芝麻點提花組織為例進行說明，如圖5所示。前下針床連續(xù)編織兩個線圈，后上、下針床先分別向右偏移一個針距，在左側(cè)第二枚織針上編織一個線圈。以上述三個線圈為一組循環(huán)進行編織，同時后下針床進行一隔一成圈編織，編織若干行，形成芝麻點提花組織;隨后前下針床的3～6號織針連續(xù)進行成圈編織，其余動作與上述編織方式相同;后上針床的2～6號織針進行長浮線編織，其余織針與前下針床織針進行一隔一編織，后下針床編織動作不變;前下與后下針床采用與上述相同的編織方式，不同之處在于前下針床形成長浮線。隨后前后針床進行類似空氣層結(jié)構(gòu)的編織動作，前后針床均進行一隔一的成圈編織，后針床在前針床基礎(chǔ)上進行加一針編織，以此為循環(huán)編織若干行，形成雙層閉口結(jié)構(gòu)的鱗片單元。

3.3 雙層開口結(jié)構(gòu)成形原理

雙層開口結(jié)構(gòu)與單層結(jié)構(gòu)的形成原理類似，不同的是，當(dāng)編織到一定橫列時，最后一行的編織行左右兩側(cè)參與編織的針數(shù)增多，從而與單元結(jié)構(gòu)的起始行連接，形成雙層開口結(jié)構(gòu)。其地組織以棉毛組織為例進行說明，如圖6所示。前下針床由最左側(cè)開始，與后下針床進行一隔一成圈編織。編織一行后，前下針床從左側(cè)2號針開始，與后下針床進行與第一行相同的編織動作，至此形成的兩行形成棉毛組織。隨后部分特定織針進行前針床的單面滿針成圈編織，其余織針與后針床結(jié)合編織1+1羅紋組織，形成組織結(jié)構(gòu)的第一行;部分特定織針編織數(shù)行單面線圈結(jié)構(gòu)后，再進行與第一行相同的編織動作。此時，單元結(jié)構(gòu)編織行的第一行與最后一行重合（虛線線圈行），中間形成的單面組織自然“對折”，形成雙層開口結(jié)構(gòu)，然后進行若干行棉毛組織的編織。重復(fù)上述編織動作，形成錯落覆蓋的雙層開口結(jié)構(gòu)的仿魚鱗織片單元。

4 橫編仿魚鱗單元結(jié)構(gòu)工藝模型

為使橫編仿魚鱗單元結(jié)構(gòu)與針織工藝相結(jié)合，更方便地織造出符合尺寸要求的橫編仿魚鱗結(jié)構(gòu)，本文通過試織織片小樣，改變單元結(jié)構(gòu)的橫向針數(shù)和縱向花型循環(huán)數(shù)，揭示三維成形結(jié)構(gòu)尺寸與上機工藝的數(shù)學(xué)關(guān)系，建立相對應(yīng)的尺寸工藝模型，以便更加快速地對所需樣品進行設(shè)計織造。將不同尺寸、結(jié)構(gòu)的橫編仿魚鱗結(jié)構(gòu)應(yīng)用于針織全成形鞋面、針織斜挎包、針織毛衫等服飾領(lǐng)域，可形成不同的外觀風(fēng)格效果，加之功能性紗線的應(yīng)用，可在裝飾性的基礎(chǔ)上進一步豐富產(chǎn)品的功能性。

4.1 樣品制備

測試樣品選擇日本島精公司生產(chǎn)的SWG061N2型雙針床電腦橫機來進行織造，機號為15 針/英寸，編織機速設(shè)定為03 m/s，織造原料為166.66 dtex/72 F的滌綸+2030錦氨包覆紗。選用兩把紗嘴進行編織，一把紗嘴穿入兩根166.66 dtex/72 F的滌綸作為面紗，另一把紗嘴穿入2030錦氨包覆紗作為地紗。對應(yīng)基本Package小圖中設(shè)定的密度段，對不同組織的密度值進行設(shè)定?？椩斓目椘瑯悠啡鐖D7所示，具體織造參數(shù)如表1所示。

4.2 基本結(jié)構(gòu)原型

根據(jù)試織的織物樣品，本文對其結(jié)構(gòu)進行分析。由于所研究的仿鱗片單元結(jié)構(gòu)邊緣有兩個不同的斜向角度，不同的角度決定著所形成的仿魚鱗單元結(jié)構(gòu)的形態(tài)，角度又與其所對應(yīng)的線圈總高度與橫向線圈寬度密切相關(guān)，故要將結(jié)構(gòu)按照兩個角度相對應(yīng)的部位進行測量與尺寸建模。設(shè)仿魚鱗單元結(jié)構(gòu)的橫向長度為l，縱向?qū)挾葹閔，r1為單元結(jié)構(gòu)上邊緣線與水平方向的夾角，邊緣線對應(yīng)的高度為h1，下部邊緣線與水平方向的夾角為r2，邊緣線對應(yīng)的高度為h2，建立如圖8所示的基本結(jié)構(gòu)原型。

4.3 數(shù)據(jù)測量與分析

為方便對織片尺寸進行測量，減少實驗數(shù)據(jù)測量的誤差，同時本著環(huán)保節(jié)約原則，本文將仿魚鱗橫編單元結(jié)構(gòu)的橫向針數(shù)設(shè)置為11針、13針和15針，花型循環(huán)數(shù)為5、7、9、11、13，相關(guān)織造參數(shù)見表1，織造樣品的單元結(jié)構(gòu)如圖9所示。對15種橫編組織織片的角度及高度對應(yīng)的線圈數(shù)進行測量，具體測得的數(shù)據(jù)如表2所示。

由表2數(shù)據(jù)可得，花型循環(huán)數(shù)為5、7、9、11、13的仿魚鱗單元結(jié)構(gòu)的r1平均分別為62°、64°、66°、68°、70°，而15種織片的r2大致在48.5°左右，這說明花型循環(huán)數(shù)對r2影響不大，而r1則隨著花型循環(huán)數(shù)的增加呈現(xiàn)線性變化;由于進行花型循環(huán)的編織行為2，首尾各有一行編織行，當(dāng)循環(huán)數(shù)為5時，共有2+2×5=12行編織行。同理可得，當(dāng)循環(huán)數(shù)為7、9、11、13時，編織行數(shù)分別為16、20、24、28，故由表2可知，h1對應(yīng)的線圈數(shù)約占編織行的2/3，h2對應(yīng)的線圈數(shù)約占編織行的1/3，因此h1和h2對應(yīng)的線圈數(shù)比例約為2︰1。

4.4 尺寸工藝模型建立

分析表2中的數(shù)據(jù)，建立關(guān)于仿魚鱗單元結(jié)構(gòu)的尺寸工藝模型，由于15種織片的r2大致在48.5°左右，故tanr2是一個固定值，為1.130 3。設(shè)花型循環(huán)數(shù)為x，編織行k=2+2x，其中PA和PB分別為織物橫密和縱密，可得：

tanr1=10k·PA（1.5x+10.5）·PB（1）

h=10+10kPB（2）

設(shè)單個魚鱗織片的橫向針數(shù)為M，則可得：

l=5M2PA（3）

5 結(jié) 論

本文采用橫編成形方法，探究了單層結(jié)構(gòu)、雙層閉口結(jié)構(gòu)和雙層開口結(jié)構(gòu)三種仿魚鱗橫編結(jié)構(gòu)的工藝設(shè)計方法及成形原理，建立仿魚鱗單元結(jié)構(gòu)的尺寸與橫密、縱密及花型循環(huán)數(shù)的數(shù)學(xué)關(guān)系，并建立了橫編仿魚鱗單元結(jié)構(gòu)的尺寸工藝模型，得出如下結(jié)論。

1） 單層橫編結(jié)構(gòu)通過隔行加針的編織方式，使得邊緣呈現(xiàn)一定的弧度;雙層閉口結(jié)構(gòu)的所有織針參與編織，采用圓筒形編織方式形成雙層結(jié)構(gòu)，相鄰兩個單元通過較長浮線連接;雙層開口結(jié)構(gòu)的所有織針參與編織單元的首尾行，中間行只有部分織針參與，形成“折疊”狀的開口結(jié)構(gòu)。

2） 織物單元結(jié)構(gòu)上邊緣線與水平方向的夾角與花型循環(huán)數(shù)呈線性關(guān)系，上邊緣線與下邊緣線對應(yīng)高度包含的縱向線圈數(shù)比例約為2︰1。

3） 通過試織小樣與尺寸測量分析，建立仿魚鱗單元結(jié)構(gòu)的尺寸工藝模型，在將產(chǎn)品應(yīng)用于服飾領(lǐng)域時可快速對尺寸和結(jié)構(gòu)形態(tài)進行設(shè)計與組合，提高了選擇的有效性。

4） 通過將橫編成形中不同的編織方式進行組合，可實現(xiàn)多種仿魚鱗橫編結(jié)構(gòu)的成形編織，為類似異形結(jié)構(gòu)的快速實現(xiàn)提供方法參考。

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Abstract：

Fully-fashioned flat knitting technology has great advantages in knitting special-shaped structures. The required fabric shape is knitted by adding or subtracting the number of needles in the transverse knitting direction of the fabric， changing the fabric structure， local knitting， and adjusting the loop length， which can realize the fully-fashioned knitting of the fabric without cutting， sewing and other post-processing methods， greatly reducing the production process and processing costs， and greatly improving the production efficiency. At present， despite some research and exploration of the fully-fashioned flat knitting technology in the process and knitting of different shapes of tubular fabrics， hemispherical fabrics and three-dimensional fully-formed seat covers， and its extensive application in clothing fields such as fully-fashioned flat knitting masks， fully-fashioned knittedshoe uppers， knitted socks， etc.， there are few studies on the application of bionic special-shaped structures.

In order to deeply explore the possibilities of developing knitted products with special-shaped structures， the forming law of flat knitting imitated fish-scale structure was studied. Taking into account the complexity of the geometrical shape of the fish-scale structure and in order to facilitate subsequent research， the comb-shaped scales were selected to design the imitated fish-scale structure. This paper first studied the structure of comb-shaped scales， and then took single-layer structure and double-layer structure as the research object and analyzed the forming principle based on the four-needle bed computerized flat knitting machine. Through trial knitting samples and data measurement， the size process model of the flat knitting imitated fish-scale unit structure was established. Based on the principle of bionic design and using the flat knitting technology， the structure design method， forming principle and process model of imitated fish-scale fabrics with different shapes and structures were discussed. Studies have shown that a single comb-shaped scale presents an irregular hexagonal shape with a thick middle and thin edges， and its surface is in comb-shaped distribution structure. Since the loops of the knitted fabric are interspersed longitudinally， the vertical stripes formed can simulate the comb-shaped structure on the surface of the fish scale tissue. To make the surface structure more obvious， a rib structure can be designed. The three-dimensional special-shaped structure of flat knitting can be realized by special knitting techniques such as local knitting， cylindrical knitting， and adding and subtracting the number of needles. The single-layer structure can make the scale structure show a certain degree of curvature through the participation of part of knitting needles in the knitting and the addition of interlacing needles. All the knitting needles of the double-layer closed structure participate in the knitting， and two adjacent unit structures can be connected by forming a long floating line. When the double-layer opening structure is in the first and last rows of the knitting unit， all the knitting needles participate in the knitting， and only part of the knitting needles in the middle row participate to form a "folded" open structure. The angle between the upper edge line of the fabric unit and the horizontal direction has a linear relationship with the number of pattern cycles. The ratio of the number of longitudinal loops contained in the corresponding height of the upper edge line and the lower edge line is about 2︰1.

By establishing the correlation between the fabric parameters and the flat-knitting imitated fish-scale unit structure， the size and structure can be quickly designed and combined when the product is applied to knitted full forming shoe uppers， knitted crossbody bags， knitted sweaters and other garment fields. The effectiveness of selection is improved. At the same time， different knitting methods in flat knitting are combined， which can realize the forming and knitting of a variety of imitated fish-scale flat knitting structures， and provide a method reference for the rapid realization of similar special-shaped structures.

Key words：

imitated fish-scale structure; flat knitting; fully-fashioned; forming principle; process model; single-layer structure; double-layer structure