百年纺织之八：线圈的稳定性
2023年11月2日 星期四

       针织物是常用的纺织品大类，从日常内衣、运动服到各类产业用纺织品，都可以找到针织物的影子。由纱线弯曲成圈串套成具有稳定结构的针织物，却是需要纱线线圈的能量处于最低状态，还要保证针织物的纹路符合设计要求。这是比机织物要复杂的工艺力学问题。

       在JTI百年历史中的科研论文中，D. L. Munden发表的《The Geometry and Dimensional Properties of Plain-Knit Fabrics》论文[1]，对纬编针织物尺寸的建模、预测和控制的教学和研究产生了深远影响。论文中的研究工作是袜业及相关行业研究机构（H.A.T.R.A）物理部门一个团队开展的一个项目的一部分，除了Denis Munden之外，该团队还包括另一位杰出的研究人员G.A.V. Leaf博士，也就是前文所述的“刚硬的叶子”。Denis Munden和Gerry Leaf随后均被任命为利兹大学纺织工业系的老师。

        该论文认可并进一步发展了Doyle关于使用线圈长度测量针织物质量[2]和Leaf and Glaskin 1955年关于针织物模型建立的早期研究工作[3]。论文提出了纬平针织物结构中针织线圈的几何模型，并指出“针织线圈的自然构型由最小能量条件决定，在松弛状态下，当从机械应变中释放出来时，针织线圈的形状将趋向于稳定，可以预计与纱线性能或针迹长度无关。在这些基本假设的基础上，对针织线圈的几何分析表明，针织物在松弛状态下的尺寸是由引入到针脚中的纱线长度唯一决定的，所有其他纱线和针织变量参数只能通过改变针迹长度或暂时扭曲织物来影响织物的尺寸。”利用该模型，Munden推导出了单位长度内横列和纵列的线圈数与针迹长度之间的简单关系，并由此生成了“K值”，从而能够更准确地预测纬平针织物的松弛尺寸。该论文还考虑了干松弛处理对纬编针织物的局限性，并提出了湿松弛处理以减小针织过程中张力引起的织物应变。这些研究工作体现了材料力学里面欧拉杆的失稳现象和稳定性。

       该论文的重要性体现在其是JTI杂志上关于针织的被引用次数最多的论文，被引用次数超过243次。该论文为针织物的尺寸提供了基本的理解，特别是提出使用K值，这些研究成果为随后纬编针织物的线圈形状与尺寸特性的分析和建模研究奠定了基础，尤其是在20世纪60年代和70年代R. Postle和J.J.F. Knapton的研究，以及最近由S.A. Heap等人在Starfish项目中进行的研究，他们研究并开发了一些程序来预测棉纬编针织物在坯布和成品状态下的尺寸特性。
        Denis Munden是一位有魅力、创新精神和智慧的研究人员，也是一位非常有趣、见多识广、寓教于乐的老师。Denis Munden在利兹大学拥有辉煌的职业生涯，在JTI杂志上发表了16篇论文。后来，他被任命为莱斯特理工学院（Leicester Polytechnic）的系主任，该学院后来成为德蒙福特大学（De Montfort University.）。

       由具有形态稳定性的线圈组成具有结构稳定性的针织物，是针织物的神奇之处。其实每个工程结构，当基本组成单元都处于稳定状态，整个工程结构也会大概率处于稳定状态。也许诸多的社会组织也如是。

参考文献
1 D. L. Munden (1959) 26—the geometry and dimensional properties of plain-knit fabrics. Journal of the Textile Institute Transactions, 50:7, T448-T471
2 Hurd, J. C. H., & Doyle, P. J. (1953). Fundamental aspects of the design of knitted fabrics. Journal  of  the  Textile  Institute, 44(8), P561–P578
3 Leaf, G. A. V., & Glaskin, A. (1955). 43-The geometry of a plain knit-ted loop. Journal  of  the  Textile  Institute,46(9), T587–T605