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东华大学硕士学位论文 织物柔软性的拉伸力测试法研究 织物柔软性的拉伸力测试法研究 摘要 织物柔软度是织物一个非常重要的性能指标。长期以来，人们对织 物手感的研究做出了不懈的努力。目前对手感的评价成熟的测试有 f a s t 系统和k e s 系统成套的测试仪器测试，测试结果比较准确。然而 由于两系统造价昂贵，操作费时，测试指标较多，测量结果仍有相当部 分的指标靠记录曲线由人工求取，数据处理复杂，这些都在一定程度上 限制了它们在工业生产领域的普及。电子硬挺度仪测试( 俗称斜面法) 较简单，不过数据较单一，通过所测的弯曲长度只能求得弯曲刚度，无 法全面表征织物的柔软性。因此，从仪器和评价方法来看，织物柔软性 的评定还有待进一步的研究。 为了寻求检验评价织物柔软性的简便而准确的客观评价方法，本论 文根据压缩拉伸法原理，根据平行排列的纤维从一排平行排列的销钉中 拉出的拉伸力方法评价动物纤维的柔软度这个模型，研究织物在比破坏 应力小得多的低应力作用下机械性能的反应。根据织物特点，我们自行 设计了简单拉伸力织物夹持装置，它由一排平行排列的光滑的柱形销钉 及框架组成。拉伸力法是测试织物从圆柱形销钉中穿过这个过程中的受 力情况。本课题重点在于探讨了拉伸力法对薄型毛型织物柔软性评价的 可行性。 本课题以含羊毛纤维的薄型织物为主要研究对象，采用这种简单的 东华大学硕士学位论文 织物柔软性的拉伸力测试法研究 拉伸力客观测试方法，模拟织物在受摩擦、弯曲状态下进行低应力力学 试验，将拉伸力法测试结果分别与k e s 系统、f a s t 系统、织物硬挺 度仪测试、悬垂性测试、织物拉伸断裂测试和主观评价进行比较，发现 拉伸力特征值较好地反映了织物弯曲、厚度、表面摩擦、剪切、悬垂系 数、初始模量和织物拉伸性能等织物综合性能，拉伸力测试值分别与各 种客观测试和主观手感评价结果都有较好的相关性。在此基础上，建立 拉伸力与客观数据之间的转换公式。 关键词：薄型织物，柔软性，拉伸力，客观测试，主观评价 东华大学硕士学位论文织物柔软性的拉伸力测试法研究 as t u d yo nf i a b r i cs o f t n e s sb ym e a s i 瓜i n g t e n s i l es t r e n g t hw h i l ep u l l i n gf a b r i ct h r o u g h p i n s a bs t r a c t f a b 打cs o f i m e s si so n eo ft 1 1 em o s ti l p o r 眦f a b r i cp r o p e r t i e s d u et o 也eu n r e n l i t t 堍e 肋r t so fl o t so fr e s e 砌e r s ，k a w a b a t ae v a l u a t i o ns y s t e m ( k e s ) a 1 1 df a b r i ca s s u 聊】c eb ys i m p l et e s t i l l ga 队s db e c o m et h em o s t 蛳。比u l ti n s 臼1 l m e n t a la p p r o a c h e st o t e s tf i a b r i c h a n d i n g t h e s et w o m e t h o d sa r eb o mm e a s u r a b l ef a b r i c p r o p e n i e s s u c ha s1 0 wm e c h a l l i c a l s n e s s ，s h e a r i n g ，b e n d i l l g ，c o i n p r e s s i o na n ds u l l a c e 伍c t i o n t h e s et w o s y s t e m sh a v em a n ys 仃0 l n g p o i n t s ，b u t 也e ya r en o t 舶eo fd r a 、v b a c k f o r e x a n 叩l e ，t e s t i n gp r o c e d u r e sa r et m l e - c o n s u r n i n g ，i n t e 叩r e t a t i o na n da i l a l y s i s o ft 1 1 et e s t i r 培r e s u l t sa r ec o m p l i c a t e d ，a n da l s o 也ee q u i p m e n t sa r ec o s t l y s o d o e sf a b r i ch 抓i n e s st e s t 啦m a c h i l l em e t h o dt e s t i i l g ，、枷c hi ss 咖1 e ，b u t t h e r ei sj u s to n ep 撇e t e r - b e n d i i l gm g i d i 够g o t 蜀r o mt h et e s t ，w h i c hc a n t c o v e ra um ef a b r i c sp r o p e r t i e s 皿a t sw h yw en e e d 如m l e rr e s e a r c h o n f a b r i cs o r n e s se v a h i a t i o n 东华大学硕士学位论文织物柔软性的拉伸力测试法研究 t bf m dm o r em e c h 孤i s t i cm e a n i n go ft e n s i l es 仃e i l g t l la n de x p l o r et 1 1 e f e a s i b i l i t yo fa s s e s s 吨f a b r i cs o f b l e s sw i mn u t h e rs t 印，m i s 咖d ya d o 幽 t 1 血f a l 疵c sw i t l ls 妇i l z u rf i a b r i cw e i 曲ta 1 1 dt h j c l ( n e s st om e a s l 】r et h et e n s i l e s 仃e n g t hw h i l ep u l h n gaf a b r i c 缸o u 曲1op a r a l l e lp i i l sb a s e do nz h 2 u l g s p u l l i l l gf o r c ee x p e m l e n tt e c b 血q u e w - ed e s i g l l e d 也es i m p l ef a b d cc l 锄p f o rt e n s i l es 仃l m g t ht e s t i n gr i ga c c o r d i l l gt oa b o v et e s tt 1 1 e o 巧a n df - a b r i cw e u s e d 触e rt e s t s ，t 1 1 ef a b r i cs o f t l l e s sr a n k e dw i t ht e n s i l e s 旬r e n g t l lw a s c o m p a r e dt ot l l o s e 啪k e dw i 也v a l u e so b t a i n e d 舶mk e ss y s t e mt e s 血g ， f a s ts y s t e m t e s t i l l g ，f a b r i ch 砌n e s st e s t i l l gm a c h i i l et e s 衄gr e s u k d r 印a b i l 时t e s t i l 坞，f a b r i cb r e a k i l l gt e s t i n g a n d s u b j e c t i v e s o f t i l e s s a s s e s s m e n t s t h e i rc o n e l a t i o na i l dr e g r e s s i o na n a l y s i sw e r ea l s oc 厕e do u t t h er e s u l ts h o w st h a tt h e r ei sc o r r e l a t i o nb e t w e e n s 仃e n g t l lv a l u ea n d o b j e c t i v et e s t i n gp a r a m e t e r s ，s u b j e c t i v ee v a l u a t i o nr a _ i 墩i n gt oac e r t a j i l e x t e n t 皿1 e t e n s i l e s 仃e n g t l l o fs 曲p l em e a s w e m e n tr e f l e c t s b e n m l 鸣， m i c k n e s s ，i 血i a lm o d u l u s ，d r a 【p a b i l i 够c o e f j f i c i e n t ，w o v e nc o n s 廿u c t i o n 锄d s l 瑾f a c ep r o p e i t i e so ft h ef 幻r i c s z h o uy u l i l l g ( t e x t i l ee n g i l l e e r i i l g ) s u p e r v i s e db y z h a n gp e m a l yw o r d s ： f a b r i c s o f b l e s s ， t e n s i l e s 骶n g t l l ， o b j e c t i v et e s 血g ， s u 功e c t i v ee v a l u a t i o n 东华大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位 论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除 文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体 已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对 所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：j 习砂矜 日期：棚7 年 f 月 争日 东华大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允 许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或 部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本版权书。 本学位论文属于， | 不保密p 。 学位论文作者签名：i 瓠砖翰 日期：杪7 年月汨 必1 价仇 了 硼阳 缓亏 砝训 月名年 签、o 雠矿 劾 ： 导 期匕日_n一 指 日 东华大学硕士学位论文织物柔软性的拉伸力测试法研究 第一章引言 织物柔软度是织物本身同有的物理、力学性能作用于人的感官所产生的综合 效应，是织物综合手感的一个非常重要的性能指标，是一项反映织物外观特征、 美感和服用舒适性的综合指标，是人们评价服用织物品质好坏的一个重要依据。 评定织物柔软度的基础是客观测量方法，它应能充分地模拟织物手感主观评定过 程，充分反映织物服用中的力学特征，并且简单，信息容量大【。目前对手感的 评价成熟的测试有f a s t 系统和k e s 系统成套的测试仪器测试，测试结果比较准 确。然而由于两系统造价昂贵，操作费时，测试指标较多，测量结果仍有相当部 分的指标靠记录曲线由人工求取，数据处理复杂，这些都在一定程度上限制了它 们在工业生产领域的普及【2 】。电子硬挺度仪测试( 俗称斜面法) 较简单，不过数 据较单一，通过所测的弯曲长度只能求得弯曲刚度，无法全面表征织物的柔软 性。因此，从仪器和评价方法来看，织物手感柔软度的研究还有待进一步的研 究。本课题旨在研究一种简单而能准确的评定织物柔软度的测试方法拉伸力 法。 1 1 课题研究背景 织物手感柔软性能与织物的外观特征密切相关，并且直接影响穿着性能。长 期以来，对织物手感风格的评定一直用的是主观评价法，其评定结果受个人、外 部环境等因素影响，难以进行交流对比 2 】。对织物风格客观评价法的研究，始于 2 0 世纪2 0 年代，由h b e n i l i o 首先提出客观评价法。1 9 3 0 年，f t p e 沁e 发表 的论文首先提出，手感主要是织物的力学特性问题的观点，并介绍了使用悬臂梁 测出试样的弯曲长度及弯曲刚度以表示样品的手感性质【3 】，为后续的研究奠定了 基础。1 9 5 2 年，美国学者d r - d h g 嘣e r 对手感环的测试方法、影响因素及综合 评价方法进行了理论上的阐述，他提出了用圆形试样通过项圈时的最大牵引力来 表示织物的手感，从而出现了早期的手感仪【引。 为了定量反映织物特性，客观评价织物手感柔软性，人们发明了各种各样的 测试方法和仪器 5 - 17 1 ，6 0 年代末，川端氏提出关于手感的假说，创立了一套手感 东华大学硕士学位论文织物柔软性的拉伸力测试法研究 的客观评价法e s f s ( l w a b a t a se v a h l a t i o ns y s t e mf o rf a 蜥c ) 。自8 0 年代以 来，k e s f s 已逐渐赢得世界各国纺织界同仁的共识。也就是说，织物手感的评价 法，经过约5 0 年的不懈努力，人们终于由感官评价走上了能客观的科学计测的道 路。另一个具有代表性的是由澳大利亚联邦科学与工业研究所( c s m o ) 研制的 f a s t ( f a b r i ca s s i u 舶c eb ys i m p l et e s t s ) 系统。这两种方法是以主观评价的若干离 散性属性如光滑、有身骨、丰满、挺爽和挺括等和相应织物力学性质如低机械应 力、剪切、压缩和表面摩擦性质等为基础的。有些研究已经使用这些方法测定了 织物结构或后整理对手感变化的影响。力学性质和感官评定通常有良好的对应关 系。尽管这两种方法有许多优点，但是其缺点也是在所难免的。测量过程受时间 限制，测量结果描述复杂。评定小组在用力学性质表示相应综合手感值时背景不 同，产生的结果各异，所用设备成本高等。这些局限性都使其不宜于生产应用， 尤其不适于小型服装和纺织品生产商和销售商使用。 为了克服复杂测量的局限性，人们开始致力于继续研究改善客观手感测量 仪。这些工作从两方面着手：1 开发和使用简单手感测试技术；2 增进了解手 感品质的主观判断、手感值的客观测量和有关标准力学性质的关系。 b e h e 黟、p a n 和y e n 使用a 1 l e y 抽出法测试技术评定织物手感【6 】，使用张力试 验装置牵拉织物通过一个半圆锥形的小孔，从位移曲线中获得各参数。g f o 、，e r 等 也发明了一种类似a l l e y 且更为简单的手感测试装置，综合手感值取决于织物拉 过圆孔所需的最大牵拉力。李枚萼等【9 j 0 1 采用类似的环孔法详细探讨了测试织物手 感的评价方法。p 趾【1 1 】提出如果提供适当的附加装置，可以在n 强力试验仪 上测试k e s f b 测试系统中所有性能项目。趾a m d a ry 亿“1 2 】提出低负荷下测试所 得的织物机械性能，若引入适当的参数，可以预示织物的性能。o 血o n s 【1 3 】等人用 压缩指数来表述纱线的压缩性能，它是压缩曲线线性部分的切线斜率，这一指数 被认为是一敏感参数，因为它受捻度和纱线线性密度的影响。另外还有l e a f 等人 对纱线压缩系数做过理论上的研究。k m p t o n 建议用硬度来反映针织物的手感， 硬度值越低，织物越柔软，反之亦然。应用这些参数，作过织物压缩性能方面许 多研究，并试图找到区别不同织物手感值的方法。v s u b r 锄越锄认为，通过压 缩法测定织物手感和纱线柔软度，压缩度最大的织物最柔软。即压缩的百分度可 以用来评价织物的手感和纱线的柔软度【1 4 】。 l i u 等 1 5 _ 1 6 】提出了一种简单的测试方法，即通过将一束平行排列的纤维从一排 2 东华大学硕士学位论文织物柔软性的拉伸力测试法研究 平行排列的销钉中拉出的拉伸力法来评价动物纤维的柔软度。柔软的纤维其弯曲 刚度低，表面光滑，具有较低的拉力，研究结果显示这种拉伸力法可以反映纤维 柔软性的差异。w a l l 一1 7 】等研究了该测试方法的拉伸力力学模型，指出拉伸力与纤 维直径和动摩擦系数呈非线性关系，预示纤维直径和表面性能显著影响纤维柔软 性。z h a n g 【1 8 】等研究了一组重量、厚度、手感差异较大的织物穿过一排平行排列的 销钉，与f a s t 测试、主观评定织物柔软性的测试结果进行比较，研究结果显示 拉伸力法与f a s t 测试、主观评定有一定的相关性。拉伸力法与其他客观测试的 相关性如何? 如何有效地用客观数据评价织物柔软性，仍然是当今纺织手感评估 领域的又一热点，也是本课题的研究方向之一。 1 。2 织物柔软性评价方法的研究现状 分别分析客观测量和主观评定织物柔软行，可以发现，当人们解析用手摸、 挤、压、捏织物的一些物理作用时，是由织物的力学性能反映到大脑，大脑感知 这些物理量，然后做出判断。由此，手对织物的物理作用可解析一些基本力学作 用，如拉伸、弯曲、压缩、剪切和摩擦等。通过建立适当测量以上力学性能的仪 器，就可以将织物手感的感官测量引向客观的定量测量。而感官法评价复合手 感，由于其判断纯属生理至心理的过程，人与人的敏感和素质上的差异，必然会 反映在最终的判断上。本课题的研究方向在于织物的基本力学性能客观地量化 后，经确认手感的物理意义，统一其基本概念和建立基本标准样布的基础上，通 过力学性能的物理意义分析，用应用数学逐步建立数学模型，求得织物综合柔软 性指标与各力学性能之间关系，从而可以实现织物柔软性的客观定量化评价。 1 2 1 织物柔软性客观评价方法的研究与发展 早在中世纪，贵夫人们购买丝绸衣料时，要检验一下衣料的柔软性，就把布 料穿入戒指，看其是否能被轻易拉过。5 0 年代，g 蛆t e r 提出了用圆形试样通过项 圈时的最大牵引力来表示织物的手感，从而出现了早期的手感仪【4 1 。 8 0 年代末，s o l i n l a n 、s u l t a n 和s h e t a 开始试用一种测定织物手感的试验方法， 东华大学硕士学位论文织物柔软性的拉伸力测试法研究 这种方法根据了那些使用织物形稳性测定仪的相似原理。他们测量从环形圆内抽 出织物试样时所产生的力有多大。这个试验仪器是由一个连接于拉伸试验机构上 的附加装置组成的，手动试验仪根据同样原理，还可被发展于测定力。这个拉伸 力法证明在感觉织物手感的主要变化方面是可以信赖的。 9 0 年代初，有关人员开始加入埃及亚力山大大学和美国马里兰大学的研究， 以继续这个测定织物手感的方法。手动测试是从一个2 c m 直径、2 锄高的优质抛光 钢环内抽取一个2 5 c m 直径的圆环形织物试样0 1 。 随着从环内抽取的试样越来越多，所需要的拉力便会增加。当差不多整块试 样通过钢环时，拉力最大。织物试样在抽取时，被折迭、挤压及受环壁的摩擦。 图1 1 记载了张力试验仪中载荷延伸关系。 3 苏辫a i l - 多l 。 ， r 、。 y r - ts o f t i i e t f t rl 柚m d t r i i i t i h t r i t d s 呻a l s 哪! 2 图1 2 柔软度值的测定 美国纺织研究所根据环孔法制造的织物柔软度测试仪，织物由环孔中的拉伸 所测值为柔软度值“s ”，图1 乏为同一织物，经过不同洗涤剂处理的柔软度测得值 的比较【1 9 】。 根据川端季雄1 9 6 8 年提出的建议，日本于1 9 7 2 年成立了“手感计量和标准化 研究委员会”( h a n de 1 u a t i o na n ds t a n d a r d i z a 垃o nc o m 】血他e ，简称h e s c ) ，将熟练 的手感检验人员的评定与标准化工作结合，开创由织物的基本力学特性作为客观 评价手感的系统探索工作。这是纺织生产中第一次将传统的感官评价转换成客观 定量评价的尝试。k e s _ - f s 系列是由多台单项力学性能测定仪组成的织物风格 仪，可用于评价织物的手感。该仪器组可分别测定织物的拉伸性、弯曲性、剪切 性、压缩性和表面特性等五种基本力学性，加上织物的厚度和单位面积重，共计 4 东华大学硕士学位论文织物柔软性的拉伸力测试法研究 十八项指标。测定的织物力学性能如表1 1 所示口o 2 n 。 表1 1k e s f s 系列的力学性能指标 性能指标符号单位说明 伸长率e m主要观察织物变形的难易性及其 拉伸曲线线性度 l t 回复能力。一般情况下，l ，t 小，则初 拉伸性 始伸长，易变形，有比较柔软的感 拉伸功、矿r雷删矗 觉；w r 大，不易变形：r t 大，拉伸 拉伸回复率r t 的弹性好。 弯曲刚性 b 萨锄批m 主要观察织物的手感活络性和刚 弯曲性柔性。b 小，手感柔软；2 船小，织 弯曲滞后性 2 h b 萨c m ，c m 物摩擦损耗小，手感活络。 剪切刚性 g 酉，c m d 铝 主要检验织物变形的难易程度， 剪切性其主要影响因素是纱线交织阻力， o 5 。剪切滞后性 2 h g g f c m g 、2 h g 5 大，则交织阻力大，织物柔 5 。剪切滞后矩2 h g 5g c m 曲性小。 压缩曲线线性度l c主要检验织物厚度，蓬松感和丰满 性。t 0 + 、w c 大，则蓬松感强；l c 压缩性压缩功w c哈涮矗 大，柔软感强，w c 、r c 大，则织物 压缩回复率 r c 丰满。 平均摩擦系数姗主要检验织物光滑、粗糙和爽感。 m i u 小，织物表面光滑；m d 与爽 表面性 摩擦系数平均偏差h 岫 感和纱线条于有一定关系；s m d 小， 表面粗糙度s m d 埘m 则织物表面不平整。 表观厚度t o m b ( 0 5 咖n 1 2 时压力测定值) 其他稳定厚度t mm m ( 5 0 咖m 2 时压力测定值) 重量 w om c m 2 k e s 法是迄今较为成熟、应用较广的一种测试方法，具有适应性广、试样裁 剪简单省力的特点。但其测量项目多，设备成本高，操作复杂，测量结果仍有相 当部分的指标靠记录曲线由人工求取。另外，k e s 法是建立在对大量织物的手感 评定和测试的基础上，用数值定量描述手感特征的等级。在表示某一方面性能强 弱的基本风格由于内涵单纯，评价公式建立在大量实验和专家的主观评价基础上 而得到广泛应用，但其综合风格评价公式目前只有西服面料比较成熟，而且具有 同样手感值的不同织物，由于组成综合手感值各项基本手感值不会相同，因此综 东华大学硕士学位论文 织物柔软性的拉伸力测试法研究 合手感只能表示某一织物手感特征的大致范围，它不能判别各个基本手感之间的 差别，所以还需要结合基本手感一同考虑，并附以织物标样供核对参考；而其中 评定小组在用力学性质表示相应综合手感值时由于背景不同，使主观评定产生的 结果各异，致使最终的手感值产生差异。 2 0 世纪8 0 年代末，由澳大利亚联邦科学与工业研究所( c s m o ) 研制成功 f a s t ( f a 嘶ca s s l l 删】c eb ys i m p l et e s t s ) 系统，它包括三种仪器和一种试验方法： f a s t - 1 厚度压缩仪：f a s t 2 弯曲仪；f a s t 一3 拉伸仪；f a s t 4 尺寸稳定性测 试。其直接和间接的测试指标( 见表1 2 ) 反映了与面料性能及成衣加工有关的四种 低应力下的变形、压缩、弯曲、剪切，以及尺寸稳定性，指标上绘“织物指纹 印”，以表明被测织物的性能，用于评价织物的手感。从而可以较全面地评定织物 的外观、手感和成衣的缝制加工性能。具有简单、易操作、实用性强的特点。其 “织物指纹印”可通过f a s t 数字探测及分析程序直接与计算机连接，自动记录并 打印，也可手工绘制【2 2 2 3 1 。 表1 2f a s t 系统测试指标 仪器指标符号单位 说明 t 2 织物在o 1 9 6 k p 2 9 纨一) 下的厚度差 松弛厚度和松弛表面厚度一织物在受热 s tm m f a s t 1 压缩性湿或蒸汽后松弛的t 和s t tm m 最终稳定厚度一松弛表面厚度和表面厚 s t rm m 度之差 经向l 、纬向2 的弯曲长度( 采用英国标 准b 5 3 3 5 6 ) c - 1 ，c - 2 m m 经向1 、纬向2 的弯曲刚度 f a s t 2弯曲性 b 一1 ，b - 2p k m f 一1 】- 2珊辞 可成形性一由织物在一定方向上受到 1 9 6 和4 9 n 胁( 5 和2 0 9 耽m ) 时的伸长 之差与弯曲刚度计算得到 经向1 、纬向在9 8 1 n 触( 1 0 0 9 c m ) 拉 e 1 0 0 - 1 ，e 1 0 0 - 2 伸负荷下的伸长率f 1 、f 2 ，同时测定在 e 5 - 1 ，e 5 - 24 9 和1 9 6n 恤拉伸负荷下的经、纬向伸 f a s t 3 拉伸性e 2 0 - 1 ，e 2 0 - 2长。 e b 5 4 9 n m ( 5 9 执m ) 拉伸负荷下的斜向伸长 gn 恤 塞 剪切刚度( 由斜向伸长计算解) 6 东华大学硕士学位论文织物柔软性的拉伸力测试法研究 r s 1经、纬向尺寸稳定性 r s 2 经纬向的缩水率一1 0 0 ( l 2 l 3 ) l 1 尺寸稳l 1 未浸水前织物的干燥长度 f a s t - 4 定性i ，2 浸水后织物的浸湿长度 1 3 再干燥后织物的干燥长度 h e 1 ，如巳_ 2 经纬向湿膨胀率一1 0 0 ( u l 3 ) l 1 化学天 重量w 鬯心2 0 ，r h 为6 5 条件下的织物单位重量 巫 f a s t 法具有简单、易操作、实用性强的特点。其“织物指纹印”可通过f a s t 数字探测及分析程序直接与计算机连接，自动记录并打印，也可手工绘制。但由 于f a s t 方法无表面性能测试，也不具备弹性和回复性方面的检测，因此无法直 接量化的反映出织物手感弹性的优劣【2 3 1 。 在这一时期，我国纺织科技工作者也开始了这方面的研究。上海市纺织科学 研究院研制s y g 型属单台多种力学性能的织物风格测定仪。它可以测定织物的弯 曲、压缩、摩擦、起拱变形和交织阻力等十五项力学性能。测定的织物力学性能 如表1 3 所示。 表1 3s y g 型的力学性能指标 性能指标符号单位说明 活络率 l p 主要观察织物的活络性和刚柔程度。l p 弯曲刚性 s b c n 衄 值大，织物手感活络，弹跳感好，外形保持 弯曲性 性好，s b 、p 础l x 与s b l 值大，手感刚硬。 最大抗弯力 p m a xc n s b i 可用于相同品种不同规格间比较。l p 与 弯曲刚性指数 s b l c n m ms b ( 包括s b l ) 两者组合，则l p 大s b l 小， 2 表示手感活络柔软；l p 大s b l 大手感挺 括，有身骨；l p 小s b l 大手感呆滞、刚 硬；l p 小s b l 小手感呆滞，疲软。 表观厚度 t om m 主要检验织物厚度，蓬松感和压缩回复 性。t o 及t s 大，织物较为丰厚；则蓬松感 压缩性稳定厚度 t sm m 强；c 大，织物蓬松性好；r e 大，织物有 蓬松性 c 较好的丰厚感度保持性；r c e 大，织物的蓬 压缩弹性r e 松性、压缩保持性较好。 全压缩弹性 r c e 7 东华大学硕士学位论文织物柔软性的拉伸力测试法研究 动摩擦系数 主要评价织物表面光滑和匀爽程度。 眦、眦小，表示织物手感光滑，反之则粗 表面静摩擦系数 - 糙。c v p 值大手感有爽的感觉。阻和c w 两 摩擦动摩擦变异系c u 者组合：叫c v 。都小，表示有滑腻感，帆小 数 c v 。大，表示滑爽感；p 帆都大，表示粗 爽感。 起拱变形残留 r r 值大，表示织物的抗张回复性差，服 用时膝、肘部的残留变形大。p 值大，手感 其他 交织阻力pc n 一般偏硬，带粗糙感，p 值过小，服用中易 平整度c v t 产生“批裂”。c v t 值大，表示布身厚薄不 匀。 s y g 型织物风格仪是单机台、多夹具、多指标测试评定风格的方式。它结构 较多，机台简单，可更换检测器夹具，进行不同指标的测试，并可通过改变测试 方法、设计新型夹具等途径开发新的指标及测试功能，具有设备费用省的优点。 但测试效率比多台多指标低，并且由于受结构设计的限制，计算机尚未在仪器操 作方面充分发挥作用，以及受负荷力值采样速度的限制，还不能适应某些测试项 目。 除上述三种典型的测定仪器外，尚有我校研制的f g 一1 0 0 型风格仪【2 4 】，是采 用将一定几何规格试样，通过专用“喷嘴”，测得通过喷嘴全过程力学动态曲线， 然后由电子计算机分析曲线后得出试样风格指标，根据不同织物风格嗜好求得加 权欧氏距离w d 值。可综合测定力学性能，检验织物的硬挺度、丰满度和光滑 性。f g l o o 织物风格仪法采用一次检测，获得织物风格综合信息后，由计算机按 预置程序根据不同织物风格嗜好，提取风格特征，给出综合性指标。操作简单， 具有数据处理迅速、适应性强的特点。 莱州市电子仪器有限公司生产的l l y 0 1 b 型织物硬挺度仪利用斜面法原理， 实验设备为一具有水平面呈4 5 0 的工作台、滑板和数据显示仪。在水平工作台上利 用手动将压有织物的滑板往斜面发向推出，直到由于织物本身重量的作用而下垂 触及斜面为止。可从显示器上读出试条滑出长度，由此计算织物刚度。斜面法操 作简单，数据处理也非常容易，不过数据单一，通过所测的弯曲长度只能求得弯 曲刚度，无法全面表征织物的柔软性，有一定的局限性。 矗1 s 仃o n 仪器测定法是通过h 岱仰n 仪器以特定的测试过程、相应的附件和测试 条件测定每项织物性能，以代替k e s f b 测试系统中所有的性能项目。该方法的 8 东华大学硕士学位论文织物柔软性的拉伸力测试法研究 关键是保持一个适当的远低于破坏应力的低应力水平。i n s 仃o n 仪器测定法简单易 行、成本低。但它只解决了手感客观评定需解决的基本问题之一，即用什么测量 的问题，而未对测量结果的分析有进一步的研究。 北京毛麻纺织研究所藉助电子强力仪和一个金属环组成一台简便的测定仪， 利用负荷位移曲线上提取特征值，可求硬挺度、粗糙度、活络感和弹性等。 此外，尚有一些其他的仪器 2 5 1 。 还有一些尚处在研究阶段，未商品化生产设备的评定方法。 由b e h e n y 、p a n 和y e n 使用灿1 e y 的抽出法手感测试技术，评定各种纺织品 的手感指标，通过张力试验装置牵拉织物，通过一个半圆锥形小孔，他们从位移 曲线中获得各种参数。c r o v e r 也发明了一种类似a u e y 的抽出法测织物手感，只 是其孔更简单，呈圆形。它们的原理相同，即综合手感主要取决于织物拉过圆孔 所需的最大牵伸力【2 6 2 7 1 。抽出法在所有物理、表面性质变量中，弯曲刚度、悬垂 系数和静磨擦系数是此法确定织物手感最重要的影响因素。在评定织物综合手感 和不同结构织物、后整理或湿度引起手感的变化方面是一种简单而有效的方法。 但它必须与瞄m 和p 的m 也a 脚i r i 感观手感评价紧密联系，并且由于确定的手感受 物理性质的影响比表面性质更甚，因此它还需要与滑块磨擦技术交互来评定织物 手感。 t e x a s 技术大学国际纺织中心开发了一种用人造聚合物手指来测量织物品质的 技术。此法将织物放置于一小平台上，在滑轮产生的来回运动中，人造手指摩擦 织物后将电子信号传递到特定系统来评定织物手感，据称具有比人的触觉和其它 现有的方法更快速、更准确的特点，其目的是在生产过程中能快速广泛地测定手 感。但该方法侧重于评价由两种手感完全不同的织物制成的服装是否具有相似的 品质 2 8 。2 9 1 。 针刺法是根据织物紧度程度的不同，选用不同号数缝纫针作为刺针，通过刺 针的升降运动，获得织物风格特征曲线，在曲线上选取若干特征值表示主要受力 状态，然后用模糊优先对比方法对其风格评定3 们。针刺法采用单台、单测，具有 综合性和模糊性以及快速、方便、手感模拟性强等特点，但此法只适用于轻薄而 紧密的织物。 8 0 年代至今，出现了众多的研究者对织物手感进行了更全面的研究，主要利 用了智能及其他方法。根据l i u 等( 1 5 1 6 1 提出的简单拉伸测试方法，w a n g 【1 刀等研究 9 东华大学硕士学位论文织物柔软性的拉伸力测试法研究 了该测试方法的拉伸力力学模型，z h a n 矿8 1 等研究了一组织物穿过一排平行排列的 销钉，利用计算机输出拉伸全过程，研究结果显示拉伸力法与f a s t 测试、主观 评定有一定的相关性。 1 2 2 织物柔软性主观评价方法的研究与发展 主观评定方法是通过手对织物的揉、挤、压、掐等物理作用，将织物的力学 性能反应给大脑、大脑感知后，作出的心理反应为织物的基本手感，如硬、滑、 活络、丰满等。人类在本世纪3 0 年代以前，评价织物的手感基本上是主观评价法 【3 l 3 2 】 o 1 9 5 8 1 9 6 4 年间，在纺织工业部领导下，国内每季度都会至少举行一次全国性 的织物手感的分析、专题学术研讨会，对各种织物的实物质量进行评比，而各省 市的纺织厅( 局) 每月至少举行一次类似的会议。因此，形成了标准完备、专家 云集、统一性较高、水平一流的织物主观评价的专家队伍。对织物手感的统一评 价作出了重要贡献。 类似的专家手感组在日本的发展也非常完善。1 9 7 0 1 9 9 6 年，日本纤维纺织机 械学会织物客观评价与标准化委员会，对3 0 0 0 个评价人员进行了培训，最后选出 了1 2 个稳定性、一致性都最好的评价人员，这些人就是所谓的评价织物手感的 “国手”。2 0 几年来，在日本，每次的织物手感评价会议上，至少要有6 名国手出 席，以保证评价水平和一致性。但是，随着历史的发展，国手们也渐渐退出历史 的舞台。 手感评价的用语，要求用统一的专门用语。现在常用的主观评价方法为s d 方法( s e m a 砸cd i 航彻晡a 1 ) 。s d 方法也称语言意义评定法，它将评论的内容区 分为各种不同的语言概念，取出这些概念的用于和与它呈对立状态的概念用语， 分别放在s d 表的两端，并在它们之间，按不同的语义范围划出5 7 个评价尺度， 每一个尺度都可给出一个稳定的分数等级，最后将每一个对象在不同的语言概念 上的得分相加，就可以取得其评价结果【l 】( 如图1 3 ) 。评价方法如下： 绝对判断法是指所给试样按某一手感特征或爱好程度给出1 1 0 分等具体数 量尺度，此法是在s d 法的基础上综合判断其手感。 1 0 东华大学硕士学位论文织物柔软性的拉伸力测试法研究 a 、 1 ，。 a ? b 、- ，- 、。-b c 。 d 。 c 、 -d t ，- 一一 ，一 e e t fp 、 g g h 。 r ，。- ，。 一，。 h _ 321ol一23 试样l试样2 图1 1 感官评价的s d 图 矗上等的b 女性化的c 平淡的d 娴静的 c 一古典派的f - _ 弱g 一有快感的 h 一静 i 一中 国味的a 一下等的b 。一男性化的 c _ 奇特的 d - 一热烈的c 一现代派的f h 一强2 一无快感的h - 动 i 一异田味的3 一3 一爿仁常 2 一2 - 崩嚏 1 - i 一稍稍 。一既不这样也不那样 图1 3 感官评价的s d 图 秩位法是指对所给试样按其手感特性排序，并按规定给出序号( 秩位数) ，根据 秩位数给出这些织物手感的优劣 3 3 】。 由于手感是一种感觉效果，用感觉去描述它，即用主观评定方法去进行评价 是合乎逻辑的，但这种方法人为影响因素太大，得到的结论一般也只能是手感的 相对优劣的说明。因此，主观评定方法的稳定性和一致性在实施上有较大的困 难。而且由于各种织物手感的评定方法、测得的指标间关系错综复杂，而且受地 区、民族、风俗习惯的影响，同样的织物在国与国之间的评定结果上还存在较大 差异，如何在定量评价中缩小这些明显的差异，或找出这些较大差异的评定结果 之间的对应或转换关系，制订相应的标准，亦尚在发展中。 传统的手感评定的方法是使用不同评价标准测量织物的物理性质，用感觉测 试作为其主观评定，而心理生理感觉的描绘往往缺乏客观性，因此可否用脑电图 的a 波的相关维度描述不同压力下的脑电图的动态行为、或用类似的人工神经网 络来评价手感评定中的心理生理指标是一个值得探讨的方向。人工神经网络是对 人脑神经系统的信息处理、知识存储及检索功能的数学抽象和模拟。它是由大量 简单的基本元件一神经元相互连接而成的自适应非线性动态系统。每个神经元的 东华大学硕士学位论文织物柔软性的拉伸力测试法研究 结构和功能比较简单，而大量神经元组合产生的系统行为却非常复杂。它具有学 习能力、联想记忆能力、归纳能力以及各种智能功能。在手感评定中，它具有自 适应性、容错性、模式识别能力等特点特点，可以模仿人类在主观评价的特点， 对手感主观评定尺度的变化有较强的适应性，亦是使手感评定简单化、合理化的 一个发展方向【3 4 1 。 1 3 本论文研究方法与预期目标 为了寻求检验评价织物柔软性的简便而准确的客观评价方法，本论文根据拉 伸法原理，根据平行排列的纤维从一排平行排列的销钉中拉出的拉伸力法评价动 物纤维的柔软度这个模型，研究织物在比破坏应力小得多的低应力作用下机械性 能的反应。本文拉伸力测试主要基于在纤维柔软性的研究基础上，以含羊毛纤维 和毛型薄型织物为主要对象，采用这种简单的拉伸力客观测试方法，模拟织物在 受摩擦、弯曲状态下进行低应力力学试验，并将拉伸力测试结果分别与应用较多 的k e s 系统、f a s t 系统、u 0 1 b 型织物硬挺度仪测试、织物悬垂性测试、织 物定速拉伸测试结果进行统计分析，并与主观评定织物柔软性的结果进行比较， 综合讨论该方法评价织物柔软度的可行性。 1 2 东华大学硕士学位论文 织物柔软性的拉伸力测试法研究 第二章拉伸力法测试 2 1 拉伸力法实验装置的设计 2 1 1 工作原理 我们自行设计了简单拉伸力织物夹持装置，其结构原理见图2 1 。夹持装置结 构参数与测试试样参数见表2 1 。最初我们设想将织物夹持装置做成可根据测试织 物的厚度进行相应的调节，如在夹具两边装销钉的地方按照需要钻孔，或者采用 不同直径的销钉，达到按需调整销钉间距的目的。但是由于条件有限，最终没有 实现，这一方面可以进一步探讨。 图2 1 是拉伸力的织物夹持测试装置的原理图，由一排平行排列的光滑的柱 形销钉及框架组成。其原理为：使织物从圆柱形销钉中穿过，测试织物在这个过 程中的受力情况。织物的上端被单纱强力仪的上夹头夹持，夹持装置被强力仪的 下夹头夹持。实验时，强力仪的上夹头固定不动，下夹头带动拉伸力测试装置匀 速向下运动，使织物从圆柱形销钉中抽拉出来。 表2 1 拉伸力测试织物夹持装置与试样参数 销子间距 销子直径销子根数试样长度试样宽度 ( m m )( m m )( m m )( n 皿) 1 531 05 0 02 5 图2 1 拉伸力测试的织物夹持装置原理示意图 物| # # 伸力“r # 日r 2 12 设计与制备 在织物夹持装置的构思设计中，有两个问题需要考虑。一是夹持装置的材料 问题。实验要求夹持装置的形状要稳定，在拉伸过程中不能发生形变。符合这种 要求的材料是刚性材料，如钢、铁、有机玻璃、硬性塑料等。夹持装置又由外框 和销钉两部分构成，每部分又有不同的要求。外框应坚固，而销钉则应该光滑。 在综合考虑了价格、加工和实际应用的广泛程度等因素之后，最终确定用价格较 便宜且容易加工的铁作为外框的材料，质地坚韧、不易生锈而且光滑的钢作为销 钉的材料。二是夹持装置的结构问题。首先考虑的是销钉的直径和间距。织物的 柔软性主要和弯曲性能密切相关，本实验希望拉伸力法体现织物的柔软性，就要 使织物在拉伸过程中处于较大的弯曲状态。因此销钉的直径和间距越小，从销钉 中穿过的织物也就越弯曲。但是，由于不希望织物在两销钉之间受到压缩，销钉 的问距必须丈于织物的厚度。本实验的1 8 块试样中最厚的织物的厚度为 05 5 l n l i i l ，因此销钉的问距一定要大于这个距离并且销钉的直径和间距受到加 工条件的限制不能太小。综合以上的因素和预订实验，确定了如表2 - 2 的结构参 数。其次，由于单纱强力仪的传感器较敏感，外框应在达到功能的情况下尽可能 减轻重量，最后设计成如图2 1 所示的框架式样将织物夹持装置与y 0 0 6 1 电子单 纱强力仪连接，测试装置外观结构见图2 2 ，其中图2 2 ( a ) 为y g 0 6 1 电子单纱 强力仪，图2 _ 2 ( b ) 为装上拉伸力织物夹持装置后的拉伸测试仪钡4 试数据、信 号由计算机给出，图2 0 为织物夹持装置实物图。 圈灞堕三垂至朝l 幸j 图2 2 拉伸力测试装置 | # 性* 力测口# 研究 图2 3 织物夹持装置宴物图 22 拉伸力法测试参数的优选 22 1 实验用织物 在标准温湿度下，用拉忡力法、k e s 系统、f a s t 系统