陸爽懌,周 赳
(浙江理工大學(xué) 浙江省絲綢與時(shí)尚文化研究中心,浙江 杭州 310018)
機(jī)織物滿(mǎn)足交織平衡的方式主要包括2種,一是調(diào)整織造時(shí)織機(jī)的控制機(jī)構(gòu)與參數(shù)[1-2],二是調(diào)整緊度[3]或交織次數(shù)保持近似的組織結(jié)構(gòu)[4-6]。前者忽略了組織結(jié)構(gòu)這一提花織物之間相互區(qū)分的根本特征,具有經(jīng)驗(yàn)性;而后者通過(guò)直接干預(yù)組織結(jié)構(gòu)的選擇,間接調(diào)控紗線的縮率,從而量化交織平衡特征,具有嚴(yán)謹(jǐn)性。
除紗線原料以及工藝參數(shù)等影響因素外,經(jīng)緯交織提花織物結(jié)構(gòu)的交織平衡特征是影響其批量織造過(guò)程穩(wěn)定性的關(guān)鍵[5],若經(jīng)或緯系統(tǒng)的交織次數(shù)相對(duì)恒定,則該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)表現(xiàn)為交織不平衡。對(duì)于傳統(tǒng)單一平面設(shè)計(jì)模式,當(dāng)結(jié)構(gòu)交織不平衡時(shí),可直接單獨(dú)替換組織以重新達(dá)到結(jié)構(gòu)交織平衡;對(duì)于分層組合設(shè)計(jì)模式,組織庫(kù)一旦確定便無(wú)法中途對(duì)單個(gè)組織進(jìn)行修改,只能整體重新調(diào)整組織庫(kù)。這與單一平面設(shè)計(jì)模式下的組織設(shè)計(jì)與修改方式完全不同,因此,必須在組織庫(kù)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用過(guò)程中進(jìn)行優(yōu)化,以統(tǒng)籌解決交織平衡問(wèn)題[7]。
全顯色組合結(jié)構(gòu)是分層組合設(shè)計(jì)模式下由若干單層結(jié)構(gòu)組合后形成的背襯結(jié)構(gòu)中的一類(lèi)[8],源于傳統(tǒng)提花織物的重緯結(jié)構(gòu)。在單經(jīng)雙緯結(jié)構(gòu)型下,因全顯色技術(shù)點(diǎn)的存在,2組緯紗在織物表面同時(shí)顯色,全顯色組織隨意匠灰度的變化順序一一對(duì)應(yīng)[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(wú)彩和雙彩數(shù)碼提花織物設(shè)計(jì)。
分層組合設(shè)計(jì)模式下,前期通過(guò)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)組織庫(kù)設(shè)計(jì)與應(yīng)用影響結(jié)構(gòu)交織平衡,單層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需考慮單層結(jié)構(gòu)的平衡點(diǎn)與交織平衡[10]。目前相關(guān)文獻(xiàn)存在通過(guò)計(jì)算組合全顯色組織交織次數(shù)說(shuō)明結(jié)構(gòu)交織平衡特征被滿(mǎn)足的闡述[11],有為結(jié)合肌理組織與全顯色組合結(jié)構(gòu)而使用平紋組織包邊并使圖案素材平衡布局的設(shè)計(jì)方法[12],也有為規(guī)范化結(jié)合組合全顯色結(jié)構(gòu)與紋理組織而通過(guò)遞增擴(kuò)展紋理組織的循環(huán)數(shù)使交織次數(shù)保持不變的設(shè)計(jì)方法[13];但當(dāng)前有關(guān)量化判斷全顯色組合結(jié)構(gòu)交織平衡特征的實(shí)驗(yàn)與相關(guān)研究較少。本文基于三原組織的交織平衡特征,提出了單經(jīng)雙緯組合全顯色結(jié)構(gòu)的交織平衡設(shè)計(jì)原理與方法,通過(guò)統(tǒng)計(jì)組合全顯色組織與組合結(jié)構(gòu)圖的交織次數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差,為組合全顯色數(shù)碼提花織物的交織平衡分析預(yù)測(cè)以及織造效率的提升提供借鑒,同時(shí)為分層組合設(shè)計(jì)模式下,具有結(jié)構(gòu)交織平衡特征的提花織物程序化自動(dòng)設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。
在經(jīng)緯交織的機(jī)織物中,1次交織表示在1個(gè)完全組織中,每根經(jīng)(緯)紗與緯(經(jīng))紗交織,由浮到沉,再由沉到浮的規(guī)律。1個(gè)完全組織中區(qū)分經(jīng)緯向系統(tǒng)所形成的若干“1次交織”的次數(shù)則表示經(jīng)向或緯向交織次數(shù)。
提花織物品種繁多,組織結(jié)構(gòu)主要有單層、重緯、重經(jīng)和雙層4種基本類(lèi)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(lèi)提花織物使用的組織結(jié)構(gòu)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(gè)組織循環(huán)內(nèi),因三原組織相鄰經(jīng)(緯)紗只有1個(gè)交織點(diǎn),故相互間交織平衡,但表示相應(yīng)組織點(diǎn)位置關(guān)系的組織飛數(shù)S,作為主導(dǎo)組織中相鄰紗線間是否發(fā)生滑移[15]從而導(dǎo)致遮蓋效應(yīng)的關(guān)鍵參數(shù),也影響結(jié)構(gòu)交織平衡。
以經(jīng)紗循環(huán)和緯紗循環(huán)均為10作為實(shí)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(shí)例
右下角為起始點(diǎn),使用EAT DesignScope victor軟件對(duì)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(jīng)線、2根緯線的局部循環(huán)下的交織結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真模擬,經(jīng)紗為黑,緯紗為白,如圖2所示。
圖2 三原組織第1、2緯與經(jīng)紗交織結(jié)構(gòu)仿真圖
由圖2可見(jiàn),1個(gè)組織結(jié)構(gòu)循環(huán)內(nèi),使用平紋組織織造時(shí),因飛數(shù)S為±1,任意隔經(jīng)交織處均表達(dá)非遮蓋效應(yīng),如圖2(a)方框所示,相鄰2根經(jīng)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(yīng);使用5枚緯面斜紋組織織造時(shí),因斜紋組織的經(jīng)緯向飛數(shù)S為1或-1,必在隔經(jīng)交織處產(chǎn)生類(lèi)似平紋組織的非遮蓋效應(yīng),如圖2(b)中方框所示,即說(shuō)明某相鄰2根經(jīng)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(nèi)與方框毗鄰的其他經(jīng)紗上出現(xiàn)甲、乙緯共同顯色的特征,定義為斜紋效應(yīng);使用5枚緯面緞紋組織織造時(shí),因緞紋組織的經(jīng)緯向飛數(shù)S不為1或-1,導(dǎo)致織物表面某相鄰2根經(jīng)紗上無(wú)法實(shí)現(xiàn)甲、乙緯連續(xù)交替在織物表面顯色與固結(jié)的特征,相鄰緯紗出現(xiàn)滑移并可能導(dǎo)致一定程度的遮蓋,定義為緞紋效應(yīng)。
使用分層組合設(shè)計(jì)模式形成單經(jīng)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(gè)單色灰度圖層并適當(dāng)處理,其中單色灰度層可獨(dú)立存在或源于數(shù)碼圖,后將基礎(chǔ)、配合全顯色組織一一對(duì)應(yīng)鋪入2個(gè)單層結(jié)構(gòu)圖中,再將2個(gè)單層結(jié)構(gòu)按照1∶1組合形成組合結(jié)構(gòu)圖,最終選用紗線上機(jī)織造。因單經(jīng)雙緯組合全顯色結(jié)構(gòu)使用緞紋組織作為主要基本組織,且無(wú)法中途對(duì)組織庫(kù)中的組織進(jìn)行修改替換,若需優(yōu)化設(shè)計(jì)具有結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)必須具有斜紋效應(yīng),同時(shí)組合結(jié)構(gòu)中任意經(jīng)紗與緯紗交織次數(shù)應(yīng)保持一致。
圖3 單經(jīng)雙緯組合全顯色數(shù)碼提花織物設(shè)計(jì)流程圖
基本組織選用16枚3飛緯面緞紋,基礎(chǔ)組織的初始組織起始經(jīng)組織點(diǎn)為(1,1),配合組織的初始組織起始經(jīng)組織點(diǎn)為(10,1),由此可對(duì)應(yīng)獲得各自全顯色技術(shù)點(diǎn),如圖4所示。
圖4 基礎(chǔ)組織、配合組織的初始組織及各自全顯色技術(shù)點(diǎn)
首先,組織點(diǎn)過(guò)渡速率確定為16,即每次過(guò)渡都在上個(gè)組織的16個(gè)經(jīng)組織點(diǎn)的同側(cè)同位置增加16個(gè)經(jīng)組織點(diǎn)。
其次,因橫向過(guò)渡設(shè)計(jì)所得組織庫(kù)適宜于緯重結(jié)構(gòu),經(jīng)向過(guò)渡設(shè)計(jì)所得組織庫(kù)適宜于經(jīng)重結(jié)構(gòu)[16],斜向過(guò)渡設(shè)計(jì)所得組織庫(kù)易影響織機(jī)平穩(wěn)織造,且對(duì)數(shù)碼圖像的表達(dá)欠佳[17]?;趩谓?jīng)雙緯結(jié)構(gòu)型,本文設(shè)計(jì)組織點(diǎn)過(guò)渡方向?yàn)闄M向過(guò)渡。
再次,設(shè)計(jì)具體過(guò)渡方式。從初始組織的經(jīng)組織點(diǎn)開(kāi)始,將同一根緯紗與右側(cè)相鄰經(jīng)紗交織點(diǎn)處的緯組織點(diǎn)修改為經(jīng)組織點(diǎn),直至首次遇到全顯色技術(shù)點(diǎn)后,返回初始組織的經(jīng)組織點(diǎn)位置,將同一根緯紗與左側(cè)相鄰經(jīng)紗交織點(diǎn)處的緯組織點(diǎn)修改為經(jīng)組織點(diǎn),直至再次遇到另一個(gè)全顯色技術(shù)點(diǎn),越過(guò),直至過(guò)渡成為最后的經(jīng)面全顯色技術(shù)點(diǎn)組織。緯組織點(diǎn)連續(xù)減少可保證大部分組合組織的經(jīng)緯向交織次數(shù)始終不變。
最終,設(shè)計(jì)所得基礎(chǔ)組織與配合組織的全顯色組織庫(kù)如圖5、6所示。每個(gè)組織庫(kù)中具有14個(gè)全顯色組織,即對(duì)應(yīng)14級(jí)漸變信息,由此可形成的組合組織共有142=196個(gè),理論上說(shuō)明在織物表面具有非遮蓋效果結(jié)構(gòu)信息的最大值為196。
圖5 基礎(chǔ)組織全顯色組織庫(kù)
圖6 配合組織全顯色組織庫(kù)
為盡可能在結(jié)構(gòu)交織平衡特征下表達(dá)更多層次的灰度漸變,借鑒單層結(jié)構(gòu)中基本組織作為最小交織次數(shù)統(tǒng)計(jì)單元的方法,在單經(jīng)雙緯結(jié)構(gòu)型下,組合組織是交織次數(shù)統(tǒng)計(jì)的最小單元。當(dāng)使用白色經(jīng)紗,黑、白色緯紗依序交替織入的工藝條件時(shí),于基礎(chǔ)組織庫(kù)和配合組織庫(kù)中均優(yōu)選第1~12個(gè)全顯色組織,以“第1個(gè)基礎(chǔ)全顯色組織與第12個(gè)配合全顯色組織組合、第2個(gè)基礎(chǔ)全顯色組織與第11個(gè)配合全顯色組織組合……第12個(gè)基礎(chǔ)全顯色組織與第1個(gè)配合全顯色組織組合”的方式對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)合成12個(gè)組合組織,如圖7所示。并依據(jù)從上至下、從左至右的順序?yàn)榻M合組織編號(hào)從1至12。組合結(jié)構(gòu)的主要特征有2點(diǎn):1)各組織中緯浮點(diǎn)(長(zhǎng))均保持連續(xù),且由此形成的組合組織均近似表達(dá)斜紋效應(yīng);2)組合結(jié)構(gòu)中任意經(jīng)紗的經(jīng)向交織次數(shù)保持13次。
以圖7所示左上角1號(hào)組合組織為例,分析其第1、2緯與經(jīng)紗交織所表現(xiàn)的效應(yīng),使用EAT DesignScope victor軟件對(duì)其第1、2緯與經(jīng)紗的交織結(jié)構(gòu)進(jìn)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(jīng)與相鄰甲、乙緯交織的部分,此處相鄰緯紗被固結(jié);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(jīng)紗與甲、乙緯交織規(guī)律相同重復(fù)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?jiàn),該組合組織表達(dá)斜紋效應(yīng),依據(jù)12個(gè)組合組織圖變化的規(guī)律性,說(shuō)明任一組合組織內(nèi)相鄰兩緯在織物表面總體現(xiàn)并列非遮蓋效應(yīng),隨著2組緯紗的緯浮點(diǎn)連續(xù)變化,可表達(dá)一定程度的灰度連續(xù)變化效果。
常規(guī)方法中,為表達(dá)意匠圖中更多的灰度級(jí)別,將充分利用全顯色組織庫(kù),以圖5所示16枚3飛全顯色組織庫(kù)為例。以“第1個(gè)基礎(chǔ)全顯色組織與第14 個(gè)配合全顯色組織組合、第2個(gè)基礎(chǔ)全顯色組織與第13個(gè)配合全顯色組織組合……第14個(gè)基礎(chǔ)全顯色組織與第1個(gè)配合全顯色組織組合”的方式對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)合成的14個(gè)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(hào)為1~14,依據(jù)意匠灰度順序配入單層結(jié)構(gòu)圖,組合后上機(jī)織造。第1號(hào)與第14號(hào)組合結(jié)構(gòu)任意經(jīng)紗的交織次數(shù)為15,第2號(hào)與第13號(hào)組合結(jié)構(gòu)任意經(jīng)紗的交織次數(shù)為14,其余組合結(jié)構(gòu)任意經(jīng)紗的交織次數(shù)均為13,另外,組合結(jié)構(gòu)均表達(dá)非遮蓋效應(yīng)。
圖9 常規(guī)14級(jí)組合全顯色組織
為比較優(yōu)化方法與常規(guī)方法設(shè)計(jì)所得單經(jīng)雙緯組合全顯色組織對(duì)織物結(jié)構(gòu)交織平衡的影響,本文設(shè)計(jì)了線性橫向、線性縱向及沿半徑方向無(wú)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(lǐng)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(jī)織造,劍桿織機(jī)轉(zhuǎn)速為352 r/min,經(jīng)紗張力為80 kg,經(jīng)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(jī)經(jīng)密為1 140根/(10 cm),上機(jī)緯密為(390×2)根/(10 cm),選擇14級(jí)常規(guī)與12級(jí)優(yōu)化組合結(jié)構(gòu)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(jīng)雙緯組合全顯色數(shù)碼提花織物共6塊,下機(jī)花幅為21.05 cm×20.00 cm,使用MICROTEK MRS-3200A3L型掃描儀掃描獲得實(shí)物圖,如圖10所示。
圖10 單經(jīng)雙緯組合全顯色數(shù)碼提花試樣實(shí)物圖
經(jīng)向交織次數(shù)樣本標(biāo)準(zhǔn)差S的計(jì)算公式為
式中:IFi為第i根經(jīng)紗的交織次數(shù);A為經(jīng)向系統(tǒng)平均交織次數(shù);n為總經(jīng)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(jí)組合全顯色結(jié)構(gòu)所得經(jīng)向交織次數(shù)的樣本標(biāo)準(zhǔn)差分別為37.977 6、1.511 9與28.167 6,使用優(yōu)化12級(jí)組合全顯色結(jié)構(gòu)所得經(jīng)向交織次數(shù)的樣本標(biāo)準(zhǔn)差分別為6.818 1、1.701 4與2.560 1。由數(shù)據(jù)可見(jiàn):1)優(yōu)化結(jié)構(gòu)的使用令試樣的經(jīng)向交織次數(shù)更加集中,故結(jié)構(gòu)交織平衡較好;2)表現(xiàn)線性縱向意匠圖時(shí),二者經(jīng)向離散程度差距較小,同時(shí)使用常規(guī)14級(jí)組合結(jié)構(gòu)形成面料的經(jīng)向交織次數(shù)離散程度甚至略低于使用優(yōu)化12級(jí)組合結(jié)構(gòu)所形成的面料。主要原因是各意匠色之間產(chǎn)生的泥地效應(yīng),導(dǎo)致完整的全顯色組織在對(duì)應(yīng)鋪入后形成殘破組織,從而造成了交織次數(shù)的波動(dòng)。
當(dāng)設(shè)定上機(jī)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(shí),1個(gè)花回循環(huán)內(nèi)的梭口狀態(tài)如圖11所示。此時(shí)織造中斷,其中,圖片上方為經(jīng)軸側(cè),下方為成布側(cè),梭口中部起拱、兩側(cè)下凹,下機(jī)后織物凹凸起伏不平整,細(xì)節(jié)如圖12所示。同時(shí),測(cè)算中部與兩側(cè)的下機(jī)緯密分別約為800根/(10 cm)與820根/(10 cm),并使用EAT DesignScope victor軟件對(duì)圖9中1號(hào)組合結(jié)構(gòu)的第1、2緯與經(jīng)紗的交織結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真模擬與分析,見(jiàn)圖13所示。其中紅色方框所示部分經(jīng)首尾相接后表達(dá)隔經(jīng)與相鄰甲、乙緯交織特征,此處相鄰緯紗被固結(jié),而黃色方框所示組合結(jié)構(gòu)因緯浮長(zhǎng)較長(zhǎng),具有緯重結(jié)構(gòu)的遮蓋特征,當(dāng)上機(jī)緯密較大時(shí),圖9中與1號(hào)組合結(jié)構(gòu)具有相似遮蓋特征的2號(hào)、13號(hào)和14號(hào)組合結(jié)構(gòu)中,第1緯對(duì)第2緯形成一定程度的擠壓遮蓋,而圖9中第3至第12號(hào)組合結(jié)構(gòu)則表達(dá)近似斜紋效應(yīng),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(zhǔn)確地判斷交織次數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)交織平衡特征的影響。
圖11 拱形梭口
圖12 常規(guī)14級(jí)橫向灰度漸變?cè)嚇硬济婕?xì)節(jié)圖
圖13 1號(hào)常規(guī)組合組織第1、2緯與經(jīng)紗交織局部仿真圖
使用常規(guī)組合結(jié)構(gòu)與優(yōu)化組合結(jié)構(gòu)在織造線性橫向、縱向與沿半徑方向3類(lèi)灰度漸變意匠圖時(shí),織造平穩(wěn)性、梭口狀態(tài)、下機(jī)布面平整性及灰度漸變效果特征見(jiàn)表1。
表1 常規(guī)與優(yōu)化結(jié)構(gòu)試樣布面特征比較
當(dāng)選用任意一類(lèi)配置模式表達(dá)縱向漸變灰度意匠圖時(shí),織造均平穩(wěn)、梭口均平直,下機(jī)后布面均平整,灰度漸變均均勻。這是由于組合結(jié)構(gòu)呈橫條狀沿經(jīng)向并列排布,使得1個(gè)花回循環(huán)內(nèi)的經(jīng)紗交織狀態(tài)接近。
使用優(yōu)化結(jié)構(gòu)用于織造3類(lèi)意匠圖時(shí),織造平穩(wěn),梭口平直,布面平整,灰度過(guò)渡均勻。原因主要有:1)所用的組合全顯色組織經(jīng)向交織次數(shù)均一致,使3類(lèi)灰度漸變意匠圖的組合全顯色結(jié)構(gòu)經(jīng)向交織次數(shù)離散程度低;2)組合結(jié)構(gòu)在工藝參數(shù)設(shè)定的上機(jī)緯密下,組合結(jié)構(gòu)中相鄰顯色紗線始終保持并列不遮蓋的斜紋效應(yīng)。
與常規(guī)結(jié)構(gòu)相比,優(yōu)化結(jié)構(gòu)在使用時(shí),意匠色分布的均衡與否對(duì)組合結(jié)構(gòu)交織平衡特征的影響微小。
本文通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了單經(jīng)雙緯組合全顯色提花織物結(jié)構(gòu)的交織平衡設(shè)計(jì)原理與方法的可行性,通過(guò)實(shí)踐與分析具有以下結(jié)論:1)通過(guò)交織次數(shù)判斷織物結(jié)構(gòu)的交織平衡特征具有可行性;2)為保證組合全顯色結(jié)構(gòu)可直接通過(guò)交織次數(shù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)判斷結(jié)構(gòu)交織平衡特征,故上機(jī)緯密應(yīng)進(jìn)行必要調(diào)整,避免在實(shí)際織造時(shí)出現(xiàn)相鄰顯色紗線表達(dá)遮蓋效果;3)優(yōu)化單經(jīng)雙緯組合全顯色結(jié)構(gòu)具有經(jīng)向交織次數(shù)一致以及相鄰兩緯表達(dá)近似斜紋效應(yīng)的特征,這使其表達(dá)各類(lèi)無(wú)彩意匠圖時(shí)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(jīng)雙緯組合全顯色結(jié)構(gòu)的交織平衡設(shè)計(jì)方法和結(jié)論可推廣至其他全顯色數(shù)碼提花織物的結(jié)構(gòu)交織平衡特征研究;5)分層組合模式下組織庫(kù)結(jié)構(gòu)交織平衡優(yōu)化問(wèn)題的解決是提花織物結(jié)構(gòu)程序化自動(dòng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。
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