一种基于仿生学的透气保暖型立体针织物及编织方法
技术领域
本发明属于基于仿生学设计的纺织面料及编织方法领域，特别涉及一种基于仿生学的透气保暖型立体针织物及编织方法。
背景技术
针织面料具有较好的柔软性、延伸性和弹性，是制作运动服的理想材料。随着人们生活水平的提高、保健意识的增强、休闲时间的增多,喜欢运动的人越来越多，对针织运动服装的需求不断上升。而对于冬季针织运动服来说，织物的保暖性是服装最基本和最重要的性能，保暖针织面料一般设计成比较厚实的衬垫结构或毛圈结构，但这些结构往往会出现闷热或易勾丝起球等问题，并不满足冬季运动服装要求，通过设计成衍缝储存较多空气或设计双面结构增加空气层的方法提高织物保暖性，又需要更多工序或较高织造要求。
仿生学的应用几乎涉及所有的技术领域和大多数应用领域，近几十年来，随着仿生技术的发展，联合仿生学与纺织技术开发新型仿生纺织品一直备受关注。通过研究生物内部和外部结构原理，学习和借鉴生物自身的组织方式和运行模式，从而为人类提供优良结构设计的典范，是结构仿生所要研究的主要内容。北极熊毛的中空结构被认为具有优良的保温性能，是帮助北极熊维持体温的重要因素之一。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于仿生学的透气保暖型立体针织物及编织方法，该织物是一种单面结构立体针织物，可在单面电子提花圆机上进行编织，以克服传统双面结构保暖针织物的厚重闷热及编织复杂等缺陷。
本发明提供一种基于仿生学的透气保暖型立体针织物，包括面层和里层，所述里层编织在面层的内表面，在所述面层上形成凹陷孔洞及纵行凸起，若干循环单元的若干均匀间隔凹陷孔洞在里层内相互连通形成横向立体中空通道。
所述立体针织物为纬编透气保暖型立体针织物。
所述立体针织物由若干循环单元构成，在一个编织循环区域内，部分织针在部分成圈系统连续参与编织形成区域①，部分织针在部分成圈系统不参与编织形成区域②，织针在部分成圈系统全部连续参与编织形成区域③，所述区域①和所述区域②纵向间隔分布，所述区域①和所述区域②共同与所述区域③横向间隔分布，由此构成一个循环单元。
所述立体针织物由纬平针组织和浮线组织两种组织结构构成;所述纬平针组织是所述区域①和区域③的织针参与编织连续成圈构成的;所述浮线组织是所述区域②的织针不参与编织构成的。
所述面层的组织结构为区域①和区域③构成的纬平针组织，使织物面层不易勾丝或起毛起球。
所述横向立体中空通道组织结构由区域①部分织针编织成圈与区域②部分织针不编织浮线形成的纬平针组织与浮线组织循环交替构成，使里层更蓬松柔软，与人体接触更舒适。
所述凹陷孔洞深度通过设置区域②的成圈系统数实现。
所述凹陷孔洞的孔口的形状为矩形，使凹陷部的周边形状都为直线型，均匀间隔使面层凸起部之间的距离为等距，更好的提升面料的结构强度以及提高美观度。
所述横向立体中空通道在织物里层横向均匀间隔排列，在织物里层凸起与人体间隔接触形成独立空间层。独立空间层可存储人体皮肤周围热气流为人体保温，在气流流通时，热气流与外部冷气流混合，提升气流蒸发速度，从而帮助人体排汗降温。
所述纵行凸起的组织结构为纬平针组织，与凹陷孔洞等距间隔分布，形成面层表面凹凸纹理，增大织物里层横向立体通道间隔区与人体皮肤之间形成的独立空间层体积。
本发明还提供一种基于仿生学的透气保暖型立体针织物的编织方法，包括：
采用两根纱线编织，分别做面纱和地纱，在一个编织循环区域内，部分织针在部分成圈系统连续参与编织形成区域①，部分织针在部分成圈系统不参与编织形成区域②，织针在部分成圈系统全部连续参与编织形成区域③，所述区域①和所述区域②纵向间隔分布，所述区域①和所述区域②共同与所述区域③横向间隔分布，由此构成一个循环单元;织针参与编织，同时吃面纱和地纱形成纬平针组织，织针不参与编织，既不吃面纱也不吃地纱，形成浮线组织。
所述一个循环单元内，区域②不参与编织的织针数为4枚，区域②为该4枚织针连续16个成圈系统不参与编织，纱线在该区域浮线，区域①参与编织的织针数为5枚，区域①为该5枚织针连续16个成圈系统参与编织，纱线在该区域成圈，区域③为上述9枚织针同时连续12个成圈系统全部参与编织，纱线在该区域成圈。
所述地纱采用弹性包芯纱。
所述面纱的纱线支数大于地纱，使织物具有良好的拉伸性能及美观性。
所述织物由纱线用单面电子提花针织圆机织造而成。
本发明还提供一种基于仿生学的透气保暖型立体针织物在冬季服装中的应用。例如用于冬季针织运动服。
本发明基于仿生学，结合北极熊毛中空结构保暖原理，通过对单面结构进行改进形成单面立体仿生中空结构，提供一种透气保暖型立体针织物及编织方法。本发明可在普通单面电子针织提花圆机上进行，有效克服了传统双面结构保暖针织物的厚重闷热及编织复杂的问题，提高保暖织物生产效率的同时又进一步改善了织物的透气性能和保暖效果。本发明适宜用做开发冬季针织运动服。
本发明中若干均匀间隔凹陷孔洞在里层相互连通形成横向立体中空通道，不仅使织物整体厚度增加而提高织物的保暖性，且可以存储更多空气，通过空气本身的比热容对人体产生的热量起到保温的作用，达到更好的保温效果。立体中空通道横向间隔排列，可以减少面料与人体表面之间的接触面积，防止面料贴合人体而造成的不舒适现象。并且立体中空通道在织物里层横向均匀间隔排列，在织物里层凸起，与人体皮肤接触后，立体中空通道间隔区与人体皮肤之间形成独立空间层，独立空间层存储人体皮肤周围热气流为人体保温，在气流流通时，热气流与外部冷气流混合，提升气流蒸发速度，从而帮助人体排汗降温。
本发明若干均匀间隔凹陷孔洞的设置，促进面料内部空气与外部空气间的流动交换，使面料内部保持更好的干燥效果，且能使内部的空气产生更好的流动性，提高织物的透气性能，使人体在穿着时，不会感觉到闷热的现象，从而提升面料穿着时的舒适性。
有益效果
本发明基于仿生学将织物里层设计为仿北极熊毛立体中空通道，面层设计为带有孔洞的凹凸立体感结构，当人体静止时，立体中空通道能够存储更多静止空气，增加面料的保暖性，当人体运动出汗时，立体中空通道内的面料层空气与其间隔区与人体接触形成的独立空间层之间的人体皮肤层空气进行流通交换，同时面层凹陷孔洞能增加面料层空气与外部环境空气之间的流动交换速度，提高织物透气性，加快汗液蒸发，使面料内部保持干爽舒适，从而提升穿着舒适性。该织物为单面织物，中空立体结构由单面电子提花针织圆机织造，本发明为更高效地织造出性能优良的立体保暖织物提供一种方法，为冬季运动服装提供面料选择。
附图说明
图1为本发明织物结构组成示意图;
图2为本发明一个循环单元内织针区域结构示意图;
图3为本发明织物面层结构示意图;
图4为本发明织物里层结构示意图;
图5为本发明织物横向垂直截面示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
为了便于比较织物的性能，实施例2-3采用两种不同原料，按照本发明的编织方法用同一上机参数进行上机织造，在实际应用中，可根据具体需要选择原料种类和纱线规格。
实施例1
如图1所示，本实施例提供一种基于仿生学的透气保暖型立体针织，该织物包括面层1和里层2，里层2编织在面层1的内表面，由若干循环单元构成。如图3所示，一个循环单元在面层1上形成一个凹陷孔洞11及一行纵行凸起3。如图4所示，若干循环单元的若干均匀间隔凹陷孔洞11在里层2内相互连通形成横向立体中空通道。
如图2所示，部分织针在区域①和全部织针在区域③参与编织，部分织针在区域②不参与编织，区域①和区域②纵向间隔分布，区域①和区域②共同与区域③横向间隔分布，由此构成一个循环单元，一个循环单元内，织针不连续参与编织的针数为4枚，区域②为该4枚织针连续16个成圈系统不参与编织，织针连续参与编织的针数为5枚，区域①为该5枚织针连续16个成圈系统参与编织，区域③为上述9枚织针同时连续12个成圈系统参与编织，之后进入下一个循环单元。
该立体针织物由纬平针组织和浮线组织两种组织结构构成;纬平针组织是区域①和区域③的织针参与编织连续成圈构成的;浮线组织是所述区域②的织针不参与编织构成的。面层1的组织结构为区域①和区域③构成的纬平针组织。
该面层1的组织结构为区域①和区域③构成的纬平针组织。
里层2的横向立体中空通道由区域①形成的纬平针组织21与区域②形成的浮线组织22间隔构成。该横向立体中空通道在织物里层横向均匀间隔排列，在织物里层凸起。凹陷孔洞11的孔口的形状为矩形。
该纵行凸起3的组织结构为纬平针组织，与凹陷孔洞11等距间隔分布，形成面层1表面凹凸纹理。
如图5所示，凹陷孔洞11深度d及中空通道容积由区域②设定的成圈系统数及编织密度决定。
实施例2
纱线采用双股70D/72F的作面纱，50D纱线包覆17D氨纶作地纱，进行循环编织，在一个编织循环区域内，部分织针在区域①和全部织针在区域③参与编织，部分织针在区域②不参与编织，区域①和区域②纵向间隔分布，区域①和区域②共同与区域③横向间隔分布，由此构成一个循环单元，一个循环单元内，织针不连续参与编织的针数为4枚，区域②为该4枚织针连续16个成圈系统不参与编织，织针连续参与编织的针数为5枚，区域①为该5枚织针连续16个成圈系统参与编织，区域③为上述9枚织针同时连续12个成圈系统参与编织，之后进入下一个循环单元。织针参与编织，同时吃面纱和地纱形成纬平针组织，织针不参与编织，既不吃面纱也不吃地纱，形成浮线组织，编织区域与不编织区域规律间隔排列，得到透气保暖型立体针织物，在一个组织循环单元的28个成圈系统内，一部分织针在参与编织和不参与编织两种状态下交替进行，另一部分织针一直参与编织，由于浮线组织与纬平针组织纱线的排列形态和密度不同，形成的织物长度和紧度不同，在机械的织物引拉装置作用协助下，部分区域会在织物面层1形成凹陷孔洞11与纵行凸起3，在织物里层2形成中空通道。对照样为同一规格原料，相同上机参数织造的完全纬平针组织面料。纤维，是具有独特保温性和超高排汗率的环保纤维。
实施例3
纱线采用150D涤纶作面纱，30D涤纶包覆20D氨纶作地纱，按照实施例2的编织方法进行编织，得到透气保暖型立体针织物。对照样为同一规格原料，相同上机参数织造的完全纬平针组织面料。
实施例2和实施例3中的设备参数为：
机器：意大利SANTONI MF8-CHN单面电子提花针织圆机;
针距：0.907mm(28E);
针数：1248针;
筒径：356mm(14英寸);
成圈系统：8F。
穿纱方式：
在1-8路中1号纱嘴穿包芯纱地纱，4号纱嘴穿面纱。
编织注意事项：
因浮线针数较多，为增加面料强度，编织时适当增加面料密度。通过编程来控制步进马达的转动，步进马达通过与三角相连的蜗轮蜗杆机构来控制成圈三角的上升幅度，使织物线圈减小。适当调宽织机撑布架宽度，保持牵拉卷取张力均匀且不宜过大，防止织物出现破洞、漏针的疵点。
纱线张力保持在3.5g左右，织机转速不宜过快，应控制在60r/min以内。
实施例2和实施例3织物性能检测：
织物厚度测试方法：
采用YG(B)l41D数字式织物厚度仪对试样的10个不同部位进行测试，压脚面积为2000mm2，加压压力为2kPa，实验大气温度为(20±2)℃;相对湿度为(65±2)%。取10次测试均值，测试结果如表1所示。
表1面料规格参数
织物保暖性测试方法：
参照GB/T 11048--2008((纺织品生理舒适性稳态条件下热阻和温阻的测定》，采用YG606E型纺织品热阻测量仪对各织物的保暖性能进行测试。分别剪取实施例2、实施例2对照样，实施例3，实施例3对照样四种织物规格为35cm×35cm的3块试样进行测试，取每种织物3块试样测试结果的平均值。实验大气温度为(20±2)℃;相对湿度为(65±2)%。
织物透气性测试方法：
参照GB/T 5453--1997《纺织品织物透气性的测定》，采用YG4616G型全自动透气量仪测试织物的透气率。实验压差为2kPa，实验面积为20cm2，在同一样品的不同部位重复测试10次，取10次测量的平均值。实验温度为(20±2)℃，相对湿度为(65±2)%。
织物保暖性和透气性测试结果如表2所示。
表2织物保暖性和透气性测试结果
由表2可知，实施例2与实施例3中，两组不同原料纱线按照发明内容所述的编织方法进行织造的本发明织物，对比各自对照样的完全纬平针织物，织物厚度明显增加，织物的热阻和保温率明显增加，织物保暖性能显著提高，两组实例试样均超过国家保暖内衣标准30%的保温率。同时由于凹陷孔洞与立体中空管道的作用，织物透气率并没有因厚度增加而降低，而是大幅提高。此外，进一步将实施例2与实施例3，实施例2对照样与实施例3对照样分别对比分析，排除织物厚度对织物性能的影响，使用超高保暖和排汗性能的纱线和普通涤纶纱线，用同一上机参数织造相近厚度的本发明织物较用同一上机参数织造相近厚度的完全纬平针织物，其保暖性与透气性能差异显著增加，说明本发明所述的编织方法能更充分发挥的材料特性，显著提高织物的保暖性和透气性能。
