经编全成形口罩结构设计及制备工艺

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摘要：在阐述国内外经编全成形口罩开发现状与特点的基础上，从款式结构设计、工艺结构设计、工艺参数设置3方面，详细阐述经编全成形口罩的设计和制备工艺。经编全成形口罩的生产过程智能化，流程短而且用工少、效率高。文中以耳带式双层经编全成形口罩为例，具体介绍了口罩的设计及制作步骤，为快速开发经编全成形口罩建立了有效途径。

关键词：经编；全成形口罩；款式结构设计；工艺设计；智能化

口罩已经成为日常卫生防护的必备用品之一，口罩对进入人体肺部的空气有一定的过滤作用［1］，佩戴口罩可以有效阻挡有害气体、灰尘、气味、飞沫等进入佩戴者的口鼻。传统的日常防护用可重复使用的口罩使用梭织或针织面料经过口罩结构制版、口罩主体内外层裁片、口罩主体缝合、系带裁切、口罩与系带缝合等多道工序制作而成，此类口罩的优点是可以反复水洗重复使用，减少了浪费而且环保，不足之处是口罩的防护效果低于一次性医用口罩。经编全成形口罩是由纱线在双针床贾卡经编机上直接编织成形的双层多筒形立体结构口罩，口罩的主体结构和耳带结构一体编织成形，而且编织过程中在口罩主体内层预留出开口组织结构，用于后期使用过程中在中间层放置鼻梁条和过滤熔喷布，进一步提升口罩的防护效果。

1经编全成形口罩开发现状

1．1国外经编无缝口罩开发。日本卡尔•迈耶分公司于2020年4月推出了经编一片式无缝口罩产品，使用DJ6/2或RDPJ6/2双针床贾卡经编机［2］生产，经编无缝口罩包括单层和双层两种结构类型，如图1所示。单层口罩在机器上是水平对折织造的，口罩主体中间部分是弧线立体面结构；双层口罩中间层可加入过滤片层，以提升防护效果，机号为24针/25．4mm的RDPJ型机器以500r/min的机速每小时可生产400只口罩，这种口罩无须进一步缝合加工。意大利Cifra公司于2020年3月推出了经编全成形口罩类产品，使用RDPJ6/2双针床贾卡经编机生产，主要包括双层耳带式口罩和单层头戴式口罩两种类型，如图2所示。口罩面层进行环保防水后整理，内层进行抗菌后整理，可反复水洗10次。1．2国内经编全成形口罩开发。2020年4月，江南大学针织技术教育部工程研究中心与江苏华宜针织有限公司共同开发经编全成形口罩产品，使用RDPJ6/2双针床贾卡经编机生产，主要有双层结构耳带式口罩和双层头戴式口罩，如图3所示。在口罩主体内层预留出开口组织结构区域，使用过程中可在口罩中间层放置鼻梁条和可替换式过滤熔喷布，提升了口罩的防护效果。经编全成形口罩透气性较好而且可以反复水洗。

2经编全成形口罩设计

2．1组成与分类。经编全成形日常防护口罩由口罩主体和系带两部分组成。按口罩织物层数划分，主要分为单层立体结构和双层筒形结构两种；按佩戴方式划分，主要分为耳带式和头戴式两种。耳带式口罩佩戴方便稳定，适合短时间出行佩戴；头戴式口罩适合长时间佩戴，不压迫耳朵，但佩戴时的固定方式对头围尺寸及发型辅助固定佩戴有一定要求。2．2结构设计。2.2.1耳带式经编全成形口罩。耳带式经编全成形双层结构口罩包括3个经编全成形筒形织片，中间是长方形筒片口罩主体，主体左右两侧是两个细长条成形小筒片耳带，耳带使用扁平细筒结构。口罩主体和耳带均加入弹性纤维，提高了长时间佩戴耳挂式口罩的舒适性与贴合性。口罩主体筒片的外表面层使用密实的经编线圈结构编织，选用抗菌功能纱线，内层选用吸湿排汗功能纱线，而且口罩内层预留纵向开口结构，用于放置过滤片，以提高口罩阻挡灰尘、气味、飞沫、病菌等进入佩戴者口鼻的能力。耳带式经编全成形口罩外层和里层结构分区如图4所示。2.2.2头戴式经编全成形口罩。头戴式经编全成形双层多筒管结构口罩包括上下头戴式扁平细带管、口罩中间主体外层和主体内层双层圆筒结构。口罩主体外层包括防水纱线层和抗菌纱线层，主体外层下段设置局部前后缝合弧线区域，用于固定放入的可替换式过滤片的位置，提高过滤效果。口罩主体内层由弹性纱线层和吸湿排汗纱线层组成，口罩内层从外围到中间分为高弹力收缩区域、中弹力区域和低弹力主体内层区域，口罩内层上端局部直线缝合区域，上端小开口用于选择性插入口罩鼻梁条，上端大开口用于选择性插入过滤片，口罩两侧为头戴管和主体筒管缝合区。头戴式经编全成形口罩外层和里层结构分区如图5所示。

3经编全成形口罩的制备工艺

3．1开发步骤。采用江南大学针织技术教育部工程中心自主开发的WKCAD经编针织物系统进行经编全成形口罩工艺开发。在完成经编全成形口罩款式结构设计后，在WKCAD软件中的开发步骤包括工艺制版、工艺计算、组织结构设计、成形工艺实现、参数设定、织物仿真检查以及上机文件导出等，如图6所示。3．2工艺设计。以耳带式双层口罩款式的工艺设计步骤为例，具体说明工艺设计实现过程。首先，确定全成形口罩成品宽度为18cm，口罩中心高度为11cm，并根据经编组织成品横密（20．00线圈/cm）和成品纵密（25．27线圈/cm）计算出口罩的工艺花宽（360个线圈）、花高（280个线圈），编织机型为RDPJ6/2双针床贾卡经编机。打开WKCAD软件，新建文件，输入设定的工艺参数，花宽设定为口罩前片与后片宽度值之和（720个线圈），花高设定为口罩高度与分离边高度之和（300个线圈），具体参数设定及机型选择如图7所示。新建工艺文件后，分别对口罩外层和内层贾卡组织填充区域进行色块图划分，如图8所示，左侧为口罩前片，右侧为口罩后片。口罩前片包括两侧的左右耳带管区域A和中间口罩外层主体区域B，主体区域内部又分为左右两侧纵向收紧区域C和横向下半段弧线局部缝合区域D。口罩后片包括两侧的左右耳带管区域A和中间口罩内层主体区域E，主体区域内部又分为左右两侧纵向收紧区域C、上端横向局部缝合区域F以及纵向局部开口区域G。划分好组织色块区域后，使用软件中的贾卡组织填充功能，根据口罩每个区域的佩戴功能要求进行组织设计与填充，完成工艺设计。耳带和纵向收紧区域使用厚组织填充，外层主体区域以厚组织为主并点缀部分薄组织，内层区域使用厚薄组织结合的小网孔组织增加透气性，局部缝合区域使用单层厚缝合组织实现前后片的缝合固定，开口区域使用连续网孔组织。完成组织填充后，纵向使用前后连边组织实现耳带管和口罩主体的局部无缝分离，口罩上下端均使用双层前后缝合组织实现封口编织，口罩下缘使用分离组织作为下机后连续生产口罩筒片的横向剪开标记区域。填充好组织的口罩工艺图如图9所示。3．3工艺参数设定。完成工艺设计后，进一步完善工艺参数设定，主要包括基本组织垫纱数码检查、原料设定和送经量参数设置3方面。首先打开垫纱数码工具栏，分别输入前后针床地梳GB2、GB5和贾卡梳JB3．1、JB3．2、JB4．1、JB4．2的垫纱数码，具体参数值如图10所示。具体原料选择为：前后针床地梳使用4．4tex（40D）的丙纶高弹丝，贾卡梳使用黏胶氨纶包覆丝［5.6tex（50D）黏胶包覆2.2tex（20D）氨纶］，机上牵拉密度与送经量使用分段参数设定，具体数值见表1。在WKCAD软件中绘制完成口罩组织后，对工艺图进行排版。根据所选用机器的参数：幅宽为351cm（138＂）、机号24针/25．4mm，计算得到机器总工作针数为3312枚。根据排版公式D＝b＋a×n＋c，其中D为机器总针数，a为织物花宽，n为总件数，b和c分别为机器左右两端的废边针数，打开软件中的幅宽参数设定工具栏，输入具体参数，如图11所示。3.4织物仿真及工艺输出设置完成后点击织物仿真功能，检查不同组织区域垫纱效应以及前后连边组织区域是否正确，仿真图如图12所示。检查完成后输出上机文件格式，用于机器的生产织造。3.5后整理经编全成形口罩织造下机后，主要的后整理工艺为染色定形工序。染色后整理流程为：织物下机检查并放置24h→预处理→染色→皂洗→固色→脱水→烘干→热定形。口罩成品佩戴效果如图13所示。

4结束语

口罩已经成为人们日常生活中的必备用品之一，可清洗、可重复使用的口罩比一次性口罩更加环保，造成的浪费更少，通过纱线的改进以及预留中间夹层的设计，能够进一步提升口罩的防护和过滤效果。与传统的使用面料经过多工序和人工完成的裁剪缝制口罩相比，经编全成形口罩的生产过程智能化，流程短而且用工少。本文在分析国内外同类口罩产品开发现状的基础上，总结出经编全成形口罩款式结构设计和快速工艺实现的具体步骤，为口罩产品的进一步开发与完善提供参考。在经编全成形口罩的新品研发中，需要进一步提升织物密度和织物的轻薄舒适性，同时，在抗菌、抗病毒功能的持久性方面有待进一步优化提升。

参考文献

［1］赵娟芝，常生．国内口罩标准对比分析与选择应用［J］．针织工业，2020（3）：9－13．

［2］郭威东，夏风林.双针床超大隔距经编间隔织物生产实践［J］.针织工业，2019（4）：20-23.

作者:董智佳 贺燕 丛洪莲 储云明 储开元 单位:1.江南大学 2.江苏华宜针织有限公司