经编全成形脖套的结构设计与工艺实现

邹亚男， 夏风林， 董智佳， 黄梦婷， 储开元

(1. 江南大学 针织技术教育部工程研究中心， 江苏 无锡 214122；2. 江苏华宜针织有限公司， 江苏 无锡 214253)

近年来，经编全成形技术发展日益成熟，因其无缝迹、一体成形的特点，极大地提高了服饰的舒适度与产品的生产效率。相较于纬编、横编全成形，经编全成形可实现多筒多件编织，更具优势[1]。对于经编全成形产品的研究大都为尺寸建模与工艺实现，文献[2-3]中提到了对经编全成形运动装的款式、尺寸建模与工艺实现，钟君等[4]对经编三维结构贾卡鞋面材料进行了设计与尺寸预测，但目前的研究多以运动产品为主[5]，鲜有针对脖套进行设计研究与工艺实现。脖套有着夏季防晒，冬季保暖的作用，除作为日常穿搭装饰外，还可阻隔空气中的粉尘及颗粒物，更好地保护呼吸道和面部皮肤，有一定的实用价值。

本文基于对人体头颈部位数据的分析，结合经编成形工艺进行经编全成形脖套的款式设计，利用不同的贾卡组织完成分区设计，实现局部开口的双层结构，使用WKCAD、Style 3D完成工艺模型和三维虚拟展示模型的建立，最后利用双针床贾卡经编机完成工艺实现。

1 全成形脖套的结构设计

1.1 人体头颈部位数据测量与分析

由于脖套主要用于人体的头颈部位，参考GB/T 2428—1998《成年人头面部尺寸》，对人体与脖套接触的不同器官及数据进行整理，结果如图1和表1所示。

1—两耳外宽； 2—头最大宽； 3—鼻宽； 4—口宽； 5—颈宽； 6—两下颌角间宽； 7—鼻尖至枕后点距； 8—耳屏至枕后点距； 9—鼻高； 10—鼻下颏下点距； 11—颈长； 12—耳基部长； 13—容貌耳长； 14—头围。图1 头颈测量示意图Fig.1 Schematic diagram of head and neck

表1 头颈各部位尺寸Tab.1 Fabric specification parameters mm

1.2 全成形脖套的款式设计

为确保佩戴的舒适性，基于人体基础数据，兼顾各部位功能需求进行脖套设计。脖套整体为一体成形的筒状结构，如图2所示。主体分为5个部分：口罩、滤芯放置处、耳挂、护颈部分和上下端口。

注：①为滤芯放置处； ②为口罩； ③为护颈部分；④为上下端口 ；⑤为耳挂。图2 脖套款式图Fig.2 Neck sleeve style drawing

区别于普通脖套，经编全成形脖套贴近口鼻部位的内侧有一个开口向上的双层结构设计，可用于放置滤芯，在穿戴时兼备口罩功能。在日常防护中可根据不同需求选择不同材质的滤芯，滤芯通常为3层或3层以上结构，内外2层为非织造布，中间材质多为静电滤棉、熔喷纤维层，也可根据功能添加活性炭层[6]。基础滤芯由非织造布、静电滤棉、非织造布形成3层，可通过静电吸附有效过滤或阻隔PM2.5，具有良好的过滤性、屏蔽性，增加脖套的防护效果。

经编全成形脖套有多种佩戴方式，由于经编织物具有良好的伸缩性能，可作为口罩、围脖、护额、发绳等使用，如图3所示。

图3 脖套使用示意图Fig.3 Schematic diagram of use of neck sleeve

2 全成形脖套的工艺模型设计

2.1 全成形脖套设计区域划分

为满足脖套的功能性与装饰性[7]，将三维立体的筒状结构转化为二维平面矩形展开图，方便进行设计区域划分，并依据实际使用需求应用不同的贾卡组织，主要分为功能区、设计区以及自由区，如图4所示。功能区最为重要，需要实现脖套防护、透气等功能，主要应用贾卡厚组织及网孔组织。设计区主要起到装饰美观的作用，通过薄组织、厚组织以及网孔组织的有序排列组合，实现脖套的薄厚层次变化。自由区则是将功能区与设计区进行衔接，组织结构变化较少。

A—滤芯放置处； B—口罩；C—护颈部分； D—上下端口；E—耳挂。其中Zn表示各部位纵向长度； Hn表示各部位横向长度； n代表A、B、C、D、E 5个区域。图4 功能分区图Fig.4 Function zoning map

2.2 全成形脖套各区域贾卡组织设计

按照区域划分设计贾卡组织，通过贾卡组织变化完成各区域具体使用需求，如表2所示。

表2 各区域贾卡组织设计Tab.2 Jacquard organization design in each area

A区域以厚组织为主，辅以薄组织和网孔组织形成规律排列的点状结构，有着鲜明的薄厚层次，使织物具有凹凸感，减少织物对于面部的压迫，同时应用网孔组织增强透气性。A区域可与B区域形成开口向上的双层结构。在工艺设计上，A区域左右及下端采用前后片连接组织使其前后片相连，主要通过梳栉既对前针床又对后针床进行垫纱运动,来编织连接前后片[8]；四周采用分割组织，下机后通过后道整理使A区域与后片分离，与前片共同组成向上开口的双层结构；同时在后片及后脑勺位置形成镂空，从而减少脖套对于头部、耳部的压力，适于长时间佩戴。A区域贾卡组织设计如图5所示。

图5 A区域贾卡组织设计Fig.5 Jacquard organization design in area A.(a) Jacquard organization;(b) Structure simulation

B区域主要应用于口鼻部位，需要良好的弹性以适应口鼻处的起伏，且作为主要展示区域需要具有一定的装饰性，所以采用薄厚组织进行图案设计，主要以几何图案为设计元素，其组织设计如图6所示。

图6 B区域贾卡组织设计Fig.6 Jacquard organization design in area B. (a) Jacquard organization;(b) Structure simulation

C区域主要用于颈部，可进行个性化图案绘制，设计空间大，装饰效果好。本文主要采用薄厚组织、网孔组织均匀分布设计，透气散热效果好，其组织设计如图7所示。

图7 C区域贾卡组织设计Fig.7 Jacquard organization design in area C.(a) Jacquard organization;(b) Structure simulation

D区域分布在上下2端，采用罗纹组织拉伸性能好，便于穿戴和固定，其组织设计如图8所示。

图8 D区域贾卡组织设计Fig.8 Jacquard organization design in area D.(a) Jacquard organization;(b) Structure simulation

E区域则采用连续的网孔组织形成可穿过耳朵的大网孔用于固定脖套，使脖套更好地贴合面部，覆盖口鼻起到防护效果。

3 全成形脖套的仿真与虚拟展示

3.1 尺寸设置

基于成年人头颈数据及全成形脖套工艺设计进行脖套尺寸设置。以女性为例，参照图4依据人体各部位尺寸标准数据推导脖套版片各部位数据，并根据各区域组织密度设计对应针数，密度可通过试织小样获得。工艺尺寸纵向横列数Y(横列)、横向针数X(针)，一般针数设置以偶数为佳；版片纵向尺寸Zn(cm),横向尺寸Hn(cm)(n代表A、B、C、D、E区域);各区域纵向密度PZ(n)(横列/cm)和横向密度PH(n)(针/cm)。计算方法为：

X=H(n)×PH(n)

Y=Z(n)×PZ(n)

经分析计算得到具体尺寸数据如表3、4所示。

表3 脖套纵向尺寸表Tab.3 Neck sleeve vertical size table

表4 脖套横向尺寸表Tab.4 Neck sleeve horizontal size table

结合图4可得经编全成形脖套的工艺尺寸纵向总横列数为ZA+ZB+ZC+2ZD=700横列，横向总针数为HC=944针。其中区域E是存在于区域B中的单一网孔结构，其工艺尺寸数据参照B区域设置。

3.2 织物结构仿真

WKCAD系统通过对计算机图形学以及编程技术与经编专业知识的融合，实现二维模型的立体模拟效果[9]。通过对纱线粗细、材质、弹性等因素的调试，设置合理的数据来提高仿真效果[10]。基于脖套的设计基础，将各区域对应的贾卡组织进行填充，在WKCAD中完成脖套意匠图绘制，设置参数，通过织物仿真导出模拟织物线圈结构.png格式文件，使其适用于三维模型的创建。

3.3 经编全成形脖套的仿真

在Style 3D的二维界面中进行脖套版片绘制，同步到三维界面，将.png文件以法线贴图方式对已有版片进行纹理映射。在面料编辑中设置法线贴图强度、反射强度、摩擦因数等模拟出真实的面料效果。

设计模式中的印花排料可以确保纹理与对应区域相吻合。进行缝合设置时织物仿真图如图9所示。缝合距离由线上的起始位置确定，缝合方向由箭头方向确定，设置前后版片缝合需要保证起始方向的一致性，防止模拟过程中出现扭曲错位的问题。

图9 织物仿真图Fig.9 Fabric simulation diagram

按照位置点进行版片排放设置进行实物模拟。主要的模拟属性设置为5点：粒子间距、模拟厚度、纬向缩率、经向缩率、面密度。其中粒子间距代表织物的硬度与品质，粒子间距越大，织物越硬，模拟品质越差，相反粒子间距越小针织物越为柔软。模拟厚度代表织物的实际厚度，通过厚度仪对已有的样布进行测量设置。经纬向缩率表示织物实际穿戴时相较于平铺状态下的收缩比，初始数值为100%：当设置数值小于100%时表示织物弹性较高，数值越小越贴合人体；当设置数值大于100%时表示织物回弹性能较低，数值越大织物延展性能越好。面密度代表所用织物每平方米的质量，一般面密度值越高，表示这种织物越厚。与一般织物仿真不同，由于经编全成形脖套为双层结构设计，仿真时层数需设定为2。具体设置见表5。

表5 模拟属性设置表Tab.5 Simulation attribute setting table

通过对产品的三维建模和虚拟展示可以预览产品的外观以及穿戴效果，如图10所示。通过参数设置模拟真实穿戴效果，反推尺寸设置、工艺模型是否合适并进行调整。如模拟穿戴效果过于宽松可适当调整织物密度或尺寸，在产品织造前完成尺寸、工艺模型优化，达到最佳穿戴效果。

图10 脖套仿真图Fig.10 Neck sleeve simulation diagram. (a) Front; (b) Side; (c) Back

4 经编全成形脖套的工艺实现

由于经编全成形脖套需要与人体皮肤直接接触，适应人体头颈部位的动态变化，选用纱线需满足柔软亲肤，弹性好的特点，因此，选用44 dtex锦纶高弹丝和77 dtex的锦/氨包覆纱，适合春夏季使用。底组织与提花组织采用锦纶丝，贾卡梳采用锦氨包覆丝[11]。

从工艺软件中输出上机工艺文件格式，选用机号为E24的RDPJ6/2型双针床贾卡经编机，并在机器控制系统中输入上机参数信息，如各梳栉的牵拉密度和送经量等，具体设置见表6。下机后，需对白坯进行简单的染色定型等工序，最终得到经编全成形脖套，穿戴效果如图11所示。

表6 经编全成形脖套上机参数设置表Tab.6 Machine parameter setting table of warp-knitted full-formed neck sleeve

图11 脖套展示图Fig.11 Neck sleeve display picture. (a) Front; (b) Side;(c) Back

5 结 论

本文在普通脖套款式的基础上，充分考虑人体穿戴时的舒适度进行款式结构设计，将三维筒形脖套展开转化为平面矩形，进行设计区域划分，并根据区域功能特点设计相应的贾卡组织，建立工艺模型。着重在口鼻部位通过贾卡组织实现双层结构设计，赋予脖套一定的防护效果，并通过三维模型的建立验证脖套的穿戴效果，反推调整工艺模型，在织造前完成对产品的数值调整，节约打样时间与成本。

一体成形双层结构工艺的实现为经编全成形服饰的设计提供了新的设计方法。三维建模与虚拟展示可实现产品穿戴效果预览，为产品研发过程中反复打样造成的耗时费料问题提供了有效的解决办法。