單經雙緯組合全顯色提花織物的結構交織平衡特征

陸爽懌，周 赳

(浙江理工大學 浙江省絲綢與時尚文化研究中心，浙江 杭州 310018)

機織物滿足交織平衡的方式主要包括2種，一是調整織造時織機的控制機構與參數(shù)[1-2]，二是調整緊度[3]或交織次數(shù)保持近似的組織結構[4-6]。前者忽略了組織結構這一提花織物之間相互區(qū)分的根本特征，具有經驗性;而后者通過直接干預組織結構的選擇，間接調控紗線的縮率，從而量化交織平衡特征，具有嚴謹性。

除紗線原料以及工藝參數(shù)等影響因素外，經緯交織提花織物結構的交織平衡特征是影響其批量織造過程穩(wěn)定性的關鍵[5]，若經或緯系統(tǒng)的交織次數(shù)相對恒定，則該系統(tǒng)的結構表現(xiàn)為交織平衡；若交織次數(shù)相差很大，則該系統(tǒng)的結構表現(xiàn)為交織不平衡。對于傳統(tǒng)單一平面設計模式，當結構交織不平衡時，可直接單獨替換組織以重新達到結構交織平衡；對于分層組合設計模式，組織庫一旦確定便無法中途對單個組織進行修改，只能整體重新調整組織庫。這與單一平面設計模式下的組織設計與修改方式完全不同，因此，必須在組織庫的設計和應用過程中進行優(yōu)化，以統(tǒng)籌解決交織平衡問題[7]。

全顯色組合結構是分層組合設計模式下由若干單層結構組合后形成的背襯結構中的一類[8]，源于傳統(tǒng)提花織物的重緯結構。在單經雙緯結構型下，因全顯色技術點的存在，2組緯紗在織物表面同時顯色，全顯色組織隨意匠灰度的變化順序一一對應[9]配置，因而織物表面表現(xiàn)非遮蓋的影光漸變效果，可用于無彩和雙彩數(shù)碼提花織物設計。

分層組合設計模式下，前期通過實踐發(fā)現(xiàn)組織庫設計與應用影響結構交織平衡，單層結構設計時需考慮單層結構的平衡點與交織平衡[10]。目前相關文獻存在通過計算組合全顯色組織交織次數(shù)說明結構交織平衡特征被滿足的闡述[11]，有為結合肌理組織與全顯色組合結構而使用平紋組織包邊并使圖案素材平衡布局的設計方法[12]，也有為規(guī)范化結合組合全顯色結構與紋理組織而通過遞增擴展紋理組織的循環(huán)數(shù)使交織次數(shù)保持不變的設計方法[13]；但當前有關量化判斷全顯色組合結構交織平衡特征的實驗與相關研究較少。本文基于三原組織的交織平衡特征，提出了單經雙緯組合全顯色結構的交織平衡設計原理與方法，通過統(tǒng)計組合全顯色組織與組合結構圖的交織次數(shù)標準差，為組合全顯色數(shù)碼提花織物的交織平衡分析預測以及織造效率的提升提供借鑒，同時為分層組合設計模式下,具有結構交織平衡特征的提花織物程序化自動設計打下基礎。

1 設計原理

在經緯交織的機織物中，1次交織表示在1個完全組織中，每根經(緯)紗與緯(經)紗交織，由浮到沉，再由沉到浮的規(guī)律。1個完全組織中區(qū)分經緯向系統(tǒng)所形成的若干“1次交織”的次數(shù)則表示經向或緯向交織次數(shù)。

提花織物品種繁多，組織結構主要有單層、重緯、重經和雙層4種基本類型[14]。相鄰顯色紗線間的遮蓋特征是傳統(tǒng)提花織物的顯著特征。各類提花織物使用的組織結構源于三原組織及其組合變化[7]，三原組織包括平紋組織、斜紋組織和緞紋組織。1個組織循環(huán)內，因三原組織相鄰經(緯)紗只有1個交織點，故相互間交織平衡，但表示相應組織點位置關系的組織飛數(shù)S，作為主導組織中相鄰紗線間是否發(fā)生滑移[15]從而導致遮蓋效應的關鍵參數(shù)，也影響結構交織平衡。

以經紗循環(huán)和緯紗循環(huán)均為10作為實例，繪制了平紋、5枚緯面斜紋以及5枚緯面緞紋的組織圖，如圖1所示，分析相鄰2緯在織物表面的并列特征。

圖1 三原組織實例

右下角為起始點，使用EAT DesignScope victor軟件對平紋、5枚緯面斜紋以及5枚緯面緞紋的第1、2緯在10根經線、2根緯線的局部循環(huán)下的交織結構進行仿真模擬，經紗為黑，緯紗為白，如圖2所示。

圖2 三原組織第1、2緯與經紗交織結構仿真圖

由圖2可見，1個組織結構循環(huán)內，使用平紋組織織造時，因飛數(shù)S為±1，任意隔經交織處均表達非遮蓋效應，如圖2(a)方框所示，相鄰2根經紗上的甲、乙緯連續(xù)交替在織物表面顯色，定義為平紋效應；使用5枚緯面斜紋組織織造時，因斜紋組織的經緯向飛數(shù)S為1或-1，必在隔經交織處產生類似平紋組織的非遮蓋效應，如圖2(b)中方框所示，即說明某相鄰2根經紗上必出現(xiàn)甲、乙緯連續(xù)交替在織物表面顯色的特征，且同一循環(huán)內與方框毗鄰的其他經紗上出現(xiàn)甲、乙緯共同顯色的特征，定義為斜紋效應；使用5枚緯面緞紋組織織造時，因緞紋組織的經緯向飛數(shù)S不為1或-1，導致織物表面某相鄰2根經紗上無法實現(xiàn)甲、乙緯連續(xù)交替在織物表面顯色與固結的特征，相鄰緯紗出現(xiàn)滑移并可能導致一定程度的遮蓋，定義為緞紋效應。

使用分層組合設計模式形成單經雙緯組合全顯色數(shù)碼提花織物的流程圖如圖3所示。需有2個單色灰度圖層并適當處理，其中單色灰度層可獨立存在或源于數(shù)碼圖，后將基礎、配合全顯色組織一一對應鋪入2個單層結構圖中，再將2個單層結構按照1∶1組合形成組合結構圖，最終選用紗線上機織造。因單經雙緯組合全顯色結構使用緞紋組織作為主要基本組織，且無法中途對組織庫中的組織進行修改替換，若需優(yōu)化設計具有結構交織平衡特征的組合全顯色數(shù)碼提花織物，則選用的組合結構必須具有斜紋效應，同時組合結構中任意經紗與緯紗交織次數(shù)應保持一致。

圖3 單經雙緯組合全顯色數(shù)碼提花織物設計流程圖

2 設計方法

2.1 確定初始組織和設計全顯色技術點

基本組織選用16枚3飛緯面緞紋，基礎組織的初始組織起始經組織點為(1,1)，配合組織的初始組織起始經組織點為(10,1)，由此可對應獲得各自全顯色技術點，如圖4所示。

圖4 基礎組織、配合組織的初始組織及各自全顯色技術點

2.2 形成組織庫的過渡方式

首先，組織點過渡速率確定為16，即每次過渡都在上個組織的16個經組織點的同側同位置增加16個經組織點。

其次，因橫向過渡設計所得組織庫適宜于緯重結構，經向過渡設計所得組織庫適宜于經重結構[16]，斜向過渡設計所得組織庫易影響織機平穩(wěn)織造，且對數(shù)碼圖像的表達欠佳[17]?；趩谓涬p緯結構型，本文設計組織點過渡方向為橫向過渡。

再次，設計具體過渡方式。從初始組織的經組織點開始，將同一根緯紗與右側相鄰經紗交織點處的緯組織點修改為經組織點，直至首次遇到全顯色技術點后，返回初始組織的經組織點位置，將同一根緯紗與左側相鄰經紗交織點處的緯組織點修改為經組織點，直至再次遇到另一個全顯色技術點，越過，直至過渡成為最后的經面全顯色技術點組織。緯組織點連續(xù)減少可保證大部分組合組織的經緯向交織次數(shù)始終不變。

最終，設計所得基礎組織與配合組織的全顯色組織庫如圖5、6所示。每個組織庫中具有14個全顯色組織，即對應14級漸變信息，由此可形成的組合組織共有142=196個，理論上說明在織物表面具有非遮蓋效果結構信息的最大值為196。

圖5 基礎組織全顯色組織庫

圖6 配合組織全顯色組織庫

2.3 結構交織平衡的組合結構選用及驗證

為盡可能在結構交織平衡特征下表達更多層次的灰度漸變，借鑒單層結構中基本組織作為最小交織次數(shù)統(tǒng)計單元的方法，在單經雙緯結構型下，組合組織是交織次數(shù)統(tǒng)計的最小單元。當使用白色經紗，黑、白色緯紗依序交替織入的工藝條件時，于基礎組織庫和配合組織庫中均優(yōu)選第1～12個全顯色組織，以“第1個基礎全顯色組織與第12個配合全顯色組織組合、第2個基礎全顯色組織與第11個配合全顯色組織組合……第12個基礎全顯色組織與第1個配合全顯色組織組合”的方式對應設計合成12個組合組織，如圖7所示。并依據(jù)從上至下、從左至右的順序為組合組織編號從1至12。組合結構的主要特征有2點：1)各組織中緯浮點(長)均保持連續(xù)，且由此形成的組合組織均近似表達斜紋效應；2)組合結構中任意經紗的經向交織次數(shù)保持13次。

以圖7所示左上角1號組合組織為例，分析其第1、2緯與經紗交織所表現(xiàn)的效應，使用EAT DesignScope victor軟件對其第1、2緯與經紗的交織結構進行仿真模擬，如圖8所示。共3部分：1)紅色方框所示的循環(huán)后隔經與相鄰甲、乙緯交織的部分，此處相鄰緯紗被固結；2)黃色方框所示的與第1部分相鄰的甲、乙緯共口顯色部分，2根緯紗并列顯色，互相不遮蓋；3)各經紗與甲、乙緯交織規(guī)律相同重復排布的部分，該部分首尾受前兩部分的固定，甲、乙緯均不滑移?？梢?，該組合組織表達斜紋效應，依據(jù)12個組合組織圖變化的規(guī)律性，說明任一組合組織內相鄰兩緯在織物表面總體現(xiàn)并列非遮蓋效應，隨著2組緯紗的緯浮點連續(xù)變化，可表達一定程度的灰度連續(xù)變化效果。

3 織物試樣與分析

常規(guī)方法中，為表達意匠圖中更多的灰度級別，將充分利用全顯色組織庫，以圖5所示16枚3飛全顯色組織庫為例。以“第1個基礎全顯色組織與第14 個配合全顯色組織組合、第2個基礎全顯色組織與第13個配合全顯色組織組合……第14個基礎全顯色組織與第1個配合全顯色組織組合”的方式對應設計合成的14個組合全顯色組織將被全部使用，如圖9所示。同理，從上至下、從左至右為組合組織編號為1～14，依據(jù)意匠灰度順序配入單層結構圖，組合后上機織造。第1號與第14號組合結構任意經紗的交織次數(shù)為15，第2號與第13號組合結構任意經紗的交織次數(shù)為14，其余組合結構任意經紗的交織次數(shù)均為13，另外，組合結構均表達非遮蓋效應。

圖9 常規(guī)14級組合全顯色組織

為比較優(yōu)化方法與常規(guī)方法設計所得單經雙緯組合全顯色組織對織物結構交織平衡的影響，本文設計了線性橫向、線性縱向及沿半徑方向無彩灰度漸變效果的數(shù)碼圖各1份，圖像大小均為2 400像素×1 600像素，使用浙江巴貝領帶有限公司2 400主紋針的史陶比爾CX870型電子提花龍頭以及蘇爾壽G6300型劍桿織機織造，劍桿織機轉速為352 r/min，經紗張力為80 kg，經紗使用55.56 dtex×1白色有光滌綸絲，緯紗使用83.33 dtex×1黑色有光滌綸絲與83.33 dtex×1白色有光滌綸絲，上機經密為1 140根/(10 cm)，上機緯密為(390×2)根/(10 cm)，選擇14級常規(guī)與12級優(yōu)化組合結構用于試樣試織，所得線性橫向、線性縱向及沿半徑方向漸變單經雙緯組合全顯色數(shù)碼提花織物共6塊，下機花幅為21.05 cm×20.00 cm，使用MICROTEK MRS-3200A3L型掃描儀掃描獲得實物圖，如圖10所示。

圖10 單經雙緯組合全顯色數(shù)碼提花試樣實物圖

經向交織次數(shù)樣本標準差S的計算公式為

式中：IFi為第i根經紗的交織次數(shù)；A為經向系統(tǒng)平均交織次數(shù)；n為總經紗數(shù)。

線性橫向、線性縱向與沿半徑方向灰度漸變意匠圖試樣使用常規(guī)14級組合全顯色結構所得經向交織次數(shù)的樣本標準差分別為37.977 6、1.511 9與28.167 6，使用優(yōu)化12級組合全顯色結構所得經向交織次數(shù)的樣本標準差分別為6.818 1、1.701 4與2.560 1。由數(shù)據(jù)可見：1)優(yōu)化結構的使用令試樣的經向交織次數(shù)更加集中，故結構交織平衡較好；2)表現(xiàn)線性縱向意匠圖時，二者經向離散程度差距較小，同時使用常規(guī)14級組合結構形成面料的經向交織次數(shù)離散程度甚至略低于使用優(yōu)化12級組合結構所形成的面料。主要原因是各意匠色之間產生的泥地效應，導致完整的全顯色組織在對應鋪入后形成殘破組織，從而造成了交織次數(shù)的波動。

當設定上機總緯密為780根/(10 cm)，使用常規(guī)方法織造線性橫向灰度漸變數(shù)碼意匠圖時，1個花回循環(huán)內的梭口狀態(tài)如圖11所示。此時織造中斷，其中，圖片上方為經軸側，下方為成布側，梭口中部起拱、兩側下凹，下機后織物凹凸起伏不平整，細節(jié)如圖12所示。同時，測算中部與兩側的下機緯密分別約為800根/(10 cm)與820根/(10 cm)，并使用EAT DesignScope victor軟件對圖9中1號組合結構的第1、2緯與經紗的交織結構進行仿真模擬與分析，見圖13所示。其中紅色方框所示部分經首尾相接后表達隔經與相鄰甲、乙緯交織特征，此處相鄰緯紗被固結，而黃色方框所示組合結構因緯浮長較長，具有緯重結構的遮蓋特征，當上機緯密較大時，圖9中與1號組合結構具有相似遮蓋特征的2號、13號和14號組合結構中，第1緯對第2緯形成一定程度的擠壓遮蓋，而圖9中第3至第12號組合結構則表達近似斜紋效應，故造成梭口呈拱形，織造不順利。由此可知，必須基于合適緯紗密度條件，才能更加準確地判斷交織次數(shù)對結構交織平衡特征的影響。

圖11 拱形梭口

圖12 常規(guī)14級橫向灰度漸變試樣布面細節(jié)圖

圖13 1號常規(guī)組合組織第1、2緯與經紗交織局部仿真圖

使用常規(guī)組合結構與優(yōu)化組合結構在織造線性橫向、縱向與沿半徑方向3類灰度漸變意匠圖時，織造平穩(wěn)性、梭口狀態(tài)、下機布面平整性及灰度漸變效果特征見表1。

表1 常規(guī)與優(yōu)化結構試樣布面特征比較

當選用任意一類配置模式表達縱向漸變灰度意匠圖時，織造均平穩(wěn)、梭口均平直，下機后布面均平整，灰度漸變均均勻。這是由于組合結構呈橫條狀沿經向并列排布，使得1個花回循環(huán)內的經紗交織狀態(tài)接近。

使用優(yōu)化結構用于織造3類意匠圖時，織造平穩(wěn)，梭口平直，布面平整，灰度過渡均勻。原因主要有：1)所用的組合全顯色組織經向交織次數(shù)均一致，使3類灰度漸變意匠圖的組合全顯色結構經向交織次數(shù)離散程度低；2)組合結構在工藝參數(shù)設定的上機緯密下，組合結構中相鄰顯色紗線始終保持并列不遮蓋的斜紋效應。

與常規(guī)結構相比，優(yōu)化結構在使用時，意匠色分布的均衡與否對組合結構交織平衡特征的影響微小。

4 結 論

本文通過設計實驗驗證了單經雙緯組合全顯色提花織物結構的交織平衡設計原理與方法的可行性，通過實踐與分析具有以下結論：1)通過交織次數(shù)判斷織物結構的交織平衡特征具有可行性；2)為保證組合全顯色結構可直接通過交織次數(shù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)判斷結構交織平衡特征，故上機緯密應進行必要調整，避免在實際織造時出現(xiàn)相鄰顯色紗線表達遮蓋效果；3)優(yōu)化單經雙緯組合全顯色結構具有經向交織次數(shù)一致以及相鄰兩緯表達近似斜紋效應的特征，這使其表達各類無彩意匠圖時不受意匠色分布均勻性的影響，拓展了意匠圖的選擇范圍；4)本文提出的單經雙緯組合全顯色結構的交織平衡設計方法和結論可推廣至其他全顯色數(shù)碼提花織物的結構交織平衡特征研究；5)分層組合模式下組織庫結構交織平衡優(yōu)化問題的解決是提花織物結構程序化自動設計的基礎。

FZXB