一种基于拓扑学的动态调湿控温立体针织物及其编织方法

本发明属于针织面料及其编织方法领域，特别涉及一种基于拓扑学的动态调湿控温立体针织物及其编织方法。

背景技术：

针织面料的功能性在不断提高，实现其功能性的技术也在不断涌现，针织面料由单一功能向多功能发展。对于冬季运动保暖内衣来说，织物的调湿控温能力要求更高，但传统的功能性针织面料常通过原材料的固有属性来体现。由于没有丰富的针织结构，无法形成面料的拉伸与压褶以提高其功能性。

拓扑学为数学领域的一大重要分支学科，主要研究几何图形或空间在连续改变形状时还能保持不变的相关特性。它只考虑物体间的位置关系而不考虑它们的形状和大小。在拓扑学里，重要的拓扑性质包括连通性与紧致性。较少学者尝试用拓扑学知识解决纺织上的问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于拓扑学的动态调湿控温立体针织物及其编织方法，以克服现有技术中针织织物保暖和排汗性不够的缺陷。

本发明提供一种基于拓扑学的动态调湿控温立体针织物，采用单面提花工艺对织物进行局部拉伸与压褶以形成褶皱片状结构，所述褶皱片状结构包含面层和里层，所述里层在人体与所述褶皱片状结构之间形成内部空气通道，所述褶皱片状结构之间由于面层的拉伸与里层的压褶在远离人体的一面形成凹槽及外部空气通道(促进织物横向的空气循环)，所述人体、内部空气通道、外部空气通道和环境形成动态调湿控温区域，所述动态调湿控温区域具有若干单独的控温单元，所述控温单元包含于所述褶皱片状结构中并由侧向分离组织彼此隔开，所述控温单元按线圈横列与纵行方向错位排列，形成可重复使用的拓扑几何形态，便于面料的织造与编织图的调取，所述控温单元中含有汗滴的收集区域。

优选地，上述立体针织物中，所述侧向分离组织与控温单元通过控温单元的周围区域相互连接，内部空气通道通过所述侧向分离组织彼此连接，所述外部空气通道通过所述侧向分离组织彼此相互弥补，使得控温单元垂直于身体轴向覆盖。

更优选地，上述立体针织物中，人体皮肤与褶皱片状结构的里层接触，根据控温单元的排列形式构成皮肤与织物里层形成的网状结构。控温单元排列方式形成了线圈的排列形式，里层线圈形成网状结构。

优选地，上述立体针织物中，所述侧向分离组织位于两控温单元之间，起到线圈过渡与分隔相邻控温单元的作用。

优选地，上述立体针织物中，所述控温单元的形态不规则(织物局部拉伸与压褶使控温单元形态不规则)，呈中间窄两边宽的多边形，多边形中间为张力区域，张力区域为持圈不编织时针勾上的线圈经拉伸构成。

优选地，上述立体针织物中，所述控温单元的错位排列方式包括：纵向错位排列、斜向错位排列、v字错位排列或y字错位排列。

更优选地，上述立体针织物中，所述纵向错位排列为：相同大小的控温单元沿纵向错位排列。

更优选地，上述立体针织物中，所述斜向错位排列为：每3个相同大小的控温单元为一组斜向排列形成错位。

更优选地，上述立体针织物中，所述v字错位排列为：每2个小的控温单元与1个大的控温单元为一组斜向排列形成错位，每编织3组改变倾斜方向，使得交界处形成v字。

更优选地，上述立体针织物中，所述y字错位排列为：每4个小的控温单元与5个大的控温单元为一组形成y字，并沿纵向错位排列和重叠。

优选地，上述立体针织物中，所述含有汗滴的收集区域是由部分针位持圈不编织后在织物正面形成拉长的线圈，在织物反面形成局部压褶和浮线得到。

本发明还提供一种基于拓扑学的动态调湿控温立体针织物的编织方法，包括：

将保温蓄热的纱线和弹性包覆纱以部分针位持圈不编织的方式，搭配沙嘴位置的调整使得保温蓄热的纱线和弹性包覆纱分别位于面料的两面，其中，部分针位持圈不编织后形成浮线，浮于织物的里层。

优选地，上述方法中，所述持圈不编织时针勾上的线圈经拉伸构成张力区域。

本发明还提供一种基于拓扑学的动态调湿控温立体针织物在冬季运动保暖内衣中的应用。

本发明提供的基于拓扑学的动态调湿控温单元的编织方法，控温单元的编织意匠图如图2所示，使用从0度至359度且按逆时针方向转动的单面电子提花针织圆机，用纱线①和纱线②进行织造，纱线①采用保暖蓄热功能纱线，纱线②采用弹性包覆纱，步骤如下：

步骤1：纱线①穿入4至6任一纱嘴，作为织物面层进行织造；

步骤2：纱线②穿入1至3任一纱嘴，作为织物里层进行织造；

步骤3：根据纱线粗细与弹性调试机器如调整储纱器张力，避免织物出现横纹、竖条、织针不良、反纱和跳纱等瑕疵；

步骤4：如图2，纱线①和纱线②在针床进行每编织n纵行开始编织控温单元，第n+1行每编织m针持圈不编织p针的编织动作，逆时针编织s行，第n+s+1行开始全起针编织，其中n、m、p、s为1的整倍数；

步骤5：循环以上步骤形成控温区域，并且，变换m与p值可以改变控温单元的大小与形状，从而产生不同的性能。

本发明中部分针位持圈不编织后形成浮线，不仅使织物整体厚度增加而增加保暖性，且可以存储更多空气，提高织物的蓄热效果。

本发明中控温单元的排列方式使皮肤上的汗滴不能从上至下贯穿整个控温区域，汗滴通过内部空气通道分别被较低的汗滴收集区域中，因此，控温单元的排列应彼此错开，接触皮肤的区域和不接触皮肤的区域彼此交替相互偏移，使汗滴不会继续滴落。

本发明基于拓扑学的动态调湿控温立体针织物中：皮肤表面的空气可以在多个方向上循环，因为内部空气通道通过排列错位的控温单元而保持连接状态，畅通的内部空气通道在织物里层形成烟囱效应，改善皮肤表面的水分去除。皮肤表面空气不一定按垂直方向上升，空气可沿人体皮肤表面上升。

本发明增加汗滴的收集区域，促进汗液的收集和蒸发。控温单元错位排列使得汗滴的收集区域错位分布，促进汗液和热空气的多方面循环，人体轴向空气畅通，增加服装的烟囱效应，使得面料里层与面层保持更好的干燥效果。

本发明中褶皱片状结构里层与穿着者的皮肤接触，并在人体与褶皱片状结构之间形成内部空气通道，增加了织物的空气层厚度，并连接皮肤与织物里层的网状结构。

本发明基于拓扑学的动态调湿控温立体针织物编织方法，可直接在单面电子提花针织圆机上进行编织，改变了常规针织物组织结构设计的繁琐方法，提高了织能性。通过组织结构的三维扭曲而形成面料的拉伸与压褶，有效增加蒸发面积和提高里层静止空气含量，提高织物调湿控温能力，同时保持良好的拉伸回复性能。当人体流汗时，褶皱片状结构里层吸收汗滴并转移至面层以快速蒸发，当人体感到寒冷时，内部空气通道的暖空气储藏静止空气有效控温。

本发明通过组织针法搭配形成特定结构，实现纱线功能性的动态调湿控温针织结构，该编织方法结合可反复排列的拓扑学几何形态，通过对单面结构进行改进形成含内部空气通道和外部空气通道的三维立体织物，提高织物的调湿控温能力，该编织方法适宜用作对保暖和排汗性能要求较高的冬季运动保暖内衣面料。

本发明基于拓扑学的动态调湿控温立体针织物编织方法中，织物组织结构以针织物的形式呈现并形成控温单元，用针织的形式产生附加优点，比如线圈拉伸使烟囱效应更显著。

有益效果

本发明中织物基于拓扑学将控温单元按不同方式排列，当人体流汗时，汗滴收集区域吸收汗滴并转移至皮肤与织物里层形成的网状结构，使得蒸发面积扩散，在体温带动下，进行快速蒸发，同时为皮肤表面降温。当寒冷时，内部空气通道的暖空气形成保暖空气层，三维控温区域组织外部冷空气进入，有效维持身体保暖。该织物可直接在单面电子提花针织圆机上进行编织，通过组织结构的三维扭曲，有效增加蒸发面积，提高织物拉伸回复能力。

附图说明

图1为本发明褶皱片状结构线圈编织示意图，a)为褶皱片状结构正面，,b)为褶皱片状结构侧面，c)为褶皱片状结构反面，其中1为褶皱片状结构，2为动态调湿控温区域，3为控温单元，4为内部空气通道，5为外部空气通道，6为张力区域，7为侧向分离组织，8为控温单元的周围区域，9为汗滴的收集区域，10为皮肤与织物里层形成的网状结构；

图2为本发明实施例1的控温单元组织编织意匠图，其中n为开始满针编织控温单元的纵行数，m为第n+1行开始持圈编织的横列数，p为第n+1行持圈不编织的横列数，s为持圈不编织的纵行数；

图3为本发明控温单元排列方式1结构示意图；

图4为本发明控温单元排列方式2结构示意图；

图5为本发明控温单元排列方式3结构示意图；

图6为本发明控温单元排列方式4结构示意图。

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。

实施例1

本实施例提供一种基于拓扑学的动态调湿控温立体针织物，采用提花工艺对织物进行局部拉伸与压褶以形成褶皱片状结构1，该褶皱片状结构1包含面层和里层，里层在人体与所述褶皱片状结构1之间形成内部空气通道4，褶皱片状结构1之间在面层形成凹槽及外部空气通道5，人体、内部空气通道4、外部空气通道5和环境形成动态调湿控温区域2，动态调湿控温区域2具有若干单独的控温单元3，控温单元3包含于所述褶皱片状结构1中并由侧向分离组织7彼此隔开，控温单元3按线圈横列与纵行方向错位排列，控温单元3中含有汗滴的收集区域9，含有汗滴的收集区域9是是由部分针位持圈不编织后在织物正面形成拉长的线圈，在织物反面形成局部压褶和浮线得到。

侧向分离组织7与控温单元3通过控温单元的周围区域8相互连接，内部空气通道4通过侧向分离组织7彼此连接，外部空气通道5通过侧向分离组织7彼此相互弥补，使得控温单元3垂直于身体轴向覆盖。人体皮肤与褶皱片状结构1的里层接触，根据控温单元3的排列形式构成皮肤与织物里层形成的网状结构10。

控温单元3的形态不规则，呈中间窄两边宽的多边形，多边形中间为张力区域6。

如图3-6所示，控温单元3的错位排列方式按照纵向错位排列、斜向错位排列、v字错位排列、y字错位排列，分别标记为排列方式1、排列方式2、排列方式3、排列方式4，对应的基于拓扑学的动态调湿控温立体针织物分别标记为1^#、2^#、3^#、4^#织物。控温单元的布置方式使得皮肤上的汗液在滴落时通过内部空气通道4被就近的汗滴收集区域9收集，而不能从上到下贯穿整个控温区域。因此，控温单元彼此错位，使得接触皮肤的区域与不接触皮肤的区域彼此偏移，便于汗液收集并扩散到服装表面，同时保证一定的内部空间便于皮肤表面热空气的顺畅流动。

如图3所示，相同大小的控温单元沿纵向错位排列，其中1.1为褶皱片状结构，2.1为动态调湿控温区域，3.1为控温单元，4.1为内部空气通道，5.1为外部空气通道，6.1为张力区域，7.1为侧向分离组织，8.1为控温单元的周围区域，9.1为汗滴的收集区域，a为汗液滴落的方向，b为暖空气流动的方向。

如图4所示，每3个相同大小的控温单元为一组斜向排列形成错位，其中1.2为褶皱片状结构，2.2为动态调湿控温区域，3.2为控温单元，4.2为内部空气通道，5.2为外部空气通道，6.2为张力区域，7.2为侧向分离组织，8.2为控温单元的周围区域，9.2为汗滴的收集区域，a为汗液滴落的方向，b为暖空气流动的方向。

如图5所示，每2个小的控温单元与1个大的控温单元为一组斜向排列形成错位，每编织3组改变倾斜方向，使得交界处形成v字，其中1.3为褶皱片状结构，2.3为动态调湿控温区域，3.3为控温单元，4.3为内部空气通道，5.3为外部空气通道，6.3为张力区域，7.3为侧向分离组织，8.3为控温单元的周围区域，9.3为汗滴的收集区域，a为汗液滴落的方向，b为暖空气流动的方向。

如图6所示，每4个小的控温单元与5个大的控温单元为一组形成y字，并沿纵向错位排列和重叠，其中1.4为褶皱片状结构，2.4为动态调湿控温区域，3.4为控温单元，4.4为内部空气通道，5.4为外部空气通道，6.4为张力区域，7.4为侧向分离组织，8.4为控温单元的周围区域，9.4为汗滴的收集区域，a为汗液滴落的方向，b为暖空气流动的方向。

本实施例还提供一种基于拓扑学的动态调湿控温单元的编织方法，使用意大利santonitop2fast单面电子提花针织圆机，纱线①采用保暖蓄热功能纱线如2x70dtex/72f的纱线，纱线②采用纱线包覆30dtex氨纶，按图2所示编织意匠图进行编织，按照图3至图6所示的控温单元排列方式，形成4组对比样。控温单元编织步骤如下：

步骤1：纱线①穿入5号纱嘴，作为织物面层进行织造；

步骤2：纱线②穿入2号纱嘴，作为织物里层进行织造；

步骤3：根据纱线粗细与弹性调试机器如调整储纱器张力，避免织物出现横纹、竖条、织针不良、反纱和跳纱等瑕疵；

步骤4：本文试验用织物所含2种控温单元。较小的控温单元使用纱线①和纱线②在针床进行每编织4纵行开始编织控温单元，第5行每编织7针持圈不编织4针的编织动作，逆时针编织18行，第23行全起针编织。较大的控温单元使用面纱和地纱在针床进行每编织4纵行开始编织控温单元，第5行每编织7针持圈不编织4针的编织动作，逆时针编织33行，第34行全起针编织；

步骤5：循环以上步骤形成控温区域，并且，按照图3至图6所示的控温单元排列方式，变换m与p值可以改变控温单元的大小与形状，从而产生不同的性能。

表1为实施例1中织物保暖性、液态水分传递性能和拉伸性能测试结果，其中热阻测试根据gb/t11048《纺织品生理舒适性稳态条件下热阻和湿阻的测定》，保温率测试根据fz/t73022《针织保暖内衣》标准，单向传递指数测试和液态水动态传递综合指数测试根据gb/t21655.2—2009中测试汗液在布料中转移特性的方法，使用mmt(moisturemanagementtester，液态水分管理测试仪)进行测试，拉伸回复率根据fz/t70006《针织物拉伸弹性回复率试验方法》。

表1织物保暖性、液态水分传递性能和拉伸性能测试结果

由表1可知，实施例1，一组相同原料纱线按照发明内容所述的编织方法进行织造的发明织物，对比分别按照控温单元排列方式1、2、3、4设计的试样1^#、2^#、3^#、4^#织物，织物调湿控温能力提高，同时保持良好的拉伸回复性能。其中，织物保温率均远超过fz/t73022《针织保暖内衣》标准30％的保温率，织物具有优异的保暖控温性能。其次由于内部空气通道与外部空气通道的共同作用，试样1^#、2^#、3^#、4^#表现出良好的整体液态水分管理性能，参照gb/t21655.2《纺织品吸湿速干性的评定》，试样1^#、2^#、3^#整体液态水分传递能力均为4级，说明液态水动态传递性能很好，试样4^#整体液态水分传递能力为3级，说明液态水动态传递性能好。同时参照fz/t70006《针织物拉伸弹性回复率试验方法》测试织物在30％应变下的拉伸回复性能，试样1^#、2^#、3^#、4^#均表现出较优异的经向弹性回复率和纬向弹性回复率。

以上仅就同种纱线情况下的实施例做了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。凡是利用本发明说明书所做的等效结构或等效流程交换，均包括在本发明的专利保护范围之内。