（纺织材料与纺织品设计专业论文）织物表面摩擦性能的预测.pdf

织物表面摩擦性能的预测 摘要 f 什么样的纺织品才具有良好的手感? 在产品开发中如何合理运 用原科性能、纱线以及织物结构的设计技巧生产出使消费者满意的纺 织品是许多纺织研发人员共同关心的事。在科技日益发达的今天，有 关织物手感客观评价的研究已经较为成熟，如何通过织物的纤维性 状、纱线以及织物的结构来比较准确地预测与控制织物的手感性能已 经成为迫切需要解决的问题。、7 本论文研究织物的滑糯度、滑爽度及与它们相关的重要表面摩擦 性能指标与原料性状、纱线织物结构的关系和预测这些性能的途径。 我们采集了代表日本9 0 年代初水平的新合纤织物以及代表国内精纺 产品较高水准的常州三毛精纺毛型织物计两大组共7 0 余种试样，进 行了以下3 方面的研究： 1 完成了与织物表面摩擦性能有关的基本力学量指标以及试样 的纤维性状、纱线以及织物结构参数的测试和计算，用聚类判别等方 法比较分析了不同种类织物表面手感和表面摩擦性能，探明了影响织 物风格特征的关键设计参数： 2 用逐步回归和相关分析方法分别求得差别化长丝织物、精纺毛 织物的表面手感和表面摩擦性能指标与织物设计因素在统计意义卜- 的定量关系： 3 归纳总结了滑爽度和滑糯度的基本影响因素，并设计绘制出织 物手感控制的指纹图，以方便实际工作的应用。 由于国内目前织物手感预测方面的研究不多，尤其关于织物表面 摩擦性能以及手感的评价以及预测的论文就更少了，但这方面的知识 确实研发人员在产品开发过程中急需深入了解的内容，为通过纤维性 状、纱线机织物结构比较稳定地预测织物表面摩擦性能提供了可能， 对指导生产实践具有一定的实际意义。 关键词：哥合钎、毛涤混纺织物、性能预测、表面摩擦性能 t 、 ， 、 ， 乞娥锄住 t h ep r e d i c t i o no ff a b r i cs u r f a c ef r i c t i o n a b s t r a c t w h a tk i n do ff a b r i c sd oh a v eg o o dh a n d ? h o wt or e a s o n a b l yu s et e c h n o l o g y o fr a wm a t e r i a l ，y a r na n ds t r u c t u r eo f f a b r i ci no r d e rt os a t i s f y t h e c o n s u m e ris aw i d e c o n c e r n e dm a t t e r n o w ， f a b r i co b j e c t i v ee v a l u a t i o n s y s t e m isw e l lf o r m e d i nw h i e hw a yt h a tw ec a np r e c i s e l yp r e d i c t a n d c o n t r o lt h eh a n db yr a wm a t e r i a l ，y a r na n df a b r i cs t r u c t u r e ist ob ea u r g e n tq u e s t io n i nt h ed i s s e r t a t i o n ，w ew a n tt ol e a r ns o m e t h i n ga b o u tp r i m a r yh a n ds u c h a sn u m e r i s h a r ia n dr e l a t e di m p o r t a n ts u r f a c ef r i c t i o n a lp a r a m e t e r s w e h a v ec o l l e c t e do v e r7 0h i g hq u a l i t ys a m p l e si n c l u d i n gn e ws y n t h e t i c sa n d w o r s t e df a b r i c s o u rj o bi sa b o u t ： 1 t of i n i s h m e a s u r i n g a n dc a l c u l a t i n g t h ef u n d a m e n t a lm e c h a n i c p a r a m e t e r s b yd i s c r i m i n a n t ，w ec o m p a r e t h ed i f f e r e n tf a b r i c so f d i f f e r e n th a n da n ds u r f a c ef r l e t i o np e r f o r m a n c ea n dh a v es o m ei d e ao f t h ek e yf a c t o ra f f e c t i n gt h ef a b r i ch a n d 2 b ys t e p w i s e r e g r e s s i o n a n dc o r r e l a t e dm e t h o d ，w e g e t t h er e l a t i o n b e t w e e ns u r f a c ef r i c t i o n a lp a r a m e t e r so ff u n c t i o n a lf i1 a m e n tf a b r i c s ， p o l y e s t e r w o o l w o r s t e df a b r i c sa n dr a wm a t e r i a l ，y a r na n df a b r i c s t r u e t u r e 3 t oc o n c l u d et h ef a c t o ra f f e c t i n gt h eh a n d ，t od r a wt h eh a n dc o n t f o l t a b l e ，i no r d e rt ob ee a s y u s i n g i nr e a lw o r k b e c a u s eo ft h el a c ko fr e s e a r c ho np r e d i c t i o no ff a b r i ch a n d ，e s p e c i a l 1 y o ft h ep r e d i c t i o no fs u r f a c ef r i c t i o n a l h a n d ，t h o s et h i n g sa r ec r i t i c a l i np r o d u c t d e v e l o p m e n t s o ，t h er e s e a r c hw o r ko ft h i sp a p e rc a np r o v i d e p o s s i b i l i t yf o rt h ep r e d i c t i o no ff a b r i cs u r f a c ef r ic t i o nb yr a wm a t e r i a l ， y a r na n df a b r i cs t r u c t u r e k e yw o r d ：n e ws y n t h e t i c s ，p o l y e s t e r w o o lw o r s t e df a b r i c s ，p e r f o r m a n c e p r e d i c t i o n ，s u r f a c ef r i c t i o n 图1 1 课题系统框架图 东华人学坝l 论义 第一章型途 。 1 1 研究背景及意义 近年来，随着我们国家改革开放的深入，百姓的生活水平在不 断提高。人们对衣着的追求发生了许多新的变化：一方面，衣服的 款式已经不再是左右购买的决定因素，人们更多地把目光投向面料 的质地与手感，希望购买穿着舒适性与外观俱佳的天然纤维制成的 服装；另一方面，由于天然纤维资源有限，由此导致纯天然纤维制 成的服装价格仍然比较昂贵，因此许多人希望能够“低价值高享受”。 所谓“低价值高享受”就是在目前化学纤维产量高，价格低廉 而天然纤维产量有限价格昂贵的条件下，部分使用化学纤维替代天 然纤维，并利用现代化的织物设计方法与织造技术生产出手感与外 观都不亚于纯天然纤维产品而且抗皱性和尺寸稳定性等优于天然纤 维制品的天然纤维的混纤织物。 正是基于这一社会背景，东华大学纺织学院与常州肯特精毛纺 有限公司合作，于2 0 0 0 年6 月共同申请了国家经贸委技术创新项目 新型化纤应用技术及低比例毛混纤产品开发，计划通过新型化纤 应用、纺纱加工技术、后整理工艺技术组合与优化以及产品设计与 性能预测技术这四项既相互独立又相互联系的研究生产出化学纤维 与毛混纤的织物，并使这些织物的手感与视觉风格接近甚至达到纯 毛织物的水平。本论文的研究工作隶属于上述四个部分中的产品设 计与性能预测技术部分。 本论文主要通过对差别化长丝织物以及毛混纤织物的纤维性 状、纱线和织物结构等设计因素的分析，研究这些设计因素与织物 表面摩擦性能和手感的关系，我们希望能够通过自身的研究工作对 产品设计与性能预测技术提供有用的资料。 多年来，国内使用普通化学纤维与毛进行混纺的织物的手感与 视觉风格很难接近或达到纯毛织物的水平，与此相反，国外使用具 有差别化特征的化纤长丝与毛混纺的织物却常常让人耳目一新，这 东o # 人学倾【j 论文 些织物的手感以及视觉风格达到甚至超过了纯毛织物。究其原因卜 要在于一方面使用了形态尺寸及性能与传统化学纤维有着较大差异 的差别化纤维；另一方面是因为产品开发人员进行了恰当合理的织 物设计，使得纤维的差别化特征能够在成品中最大程度地体现。随 着差别化技术在全球的推广，越来越多的产品使用差别化化纤长丝。 差别化长丝有其本身的特性，含差别化长丝的织物设计方法必然有 别于传统的织物，只有恰当地进行织物设计才能保证在差别化长丝 与毛混纺的织物中最大程度地反应这些物理与化学性能方面与传统 的化学纤维有着较大区别的差别化纤维的特性，提高化学纤维与毛 混纺织物的手感。 织物手感很复杂，本论文的研究只是围绕化纤长丝与毛混纺织 物的表面摩擦性能以及与表面摩擦性能有关的手感一一滑糯度和滑 爽度展开，希望通过我们的研究探明差别化化纤长丝与毛混纺织物 表面摩擦性能以及表面手感( 滑糯度、滑爽度) 与织物设计方法( 包 括原料性状、纱线与织物结构) 之间的定量关系，指导今后的产品 开发人员通过正确的织物设计手法，合理地使用差别化纤维，生产 出具有较好表面摩擦性能与表面手感的毛与差别化长丝纤维的混纺 织物。 由于差别化长丝与毛混纺织物在国内属于新品种，不仅是我i f j 也是其他企业研究开发的方向，在研究初期没有现成的样品可以进 行分析，因此，我们只能通过： ( 1 ) 分析日本9 0 年代初水平的“新合纤”织物，定量地得 出织物的表面摩擦性能以及表面手感滑糯度、滑爽度与 织物设计方法之间的关系，明确影响不同风格新合纤织 物的表面摩擦性能与手感的关键参数，为接下来研究差 别化化纤长丝与毛混纺织物的表面摩擦性能与表面手 感打下基础。 ( 2 ) 拓宽上述试样范围，添加普通化学纤维与毛混纺织物的 试样，定量地得出织物的表面摩擦性能以及表面手感滑 糯度、滑爽度与织物设计方法之间的关系，并得出统计 意义下的回归方程。 我们希望能够将步骤( 2 ) 得出的方程，来定量地预测差别化化 纤长丝与毛混纺织物的表面摩擦性能与手感与织物设计方法之间的 关系，并通过我们的预测辅助国家经贸委大课题的其他三个部分的 工作，指导企业实际的生产与研发，提高国内差别化化纤长丝与毛 混纺织物的设计水平。 1 2 纺织品性能设计及织物手感的研究回顾 随着时代的进步，纺织品的设计方法也经历了一个不断变化的 过程，现代的纺织品设计则更能体现“科技以人为本”的精神，见 图1 2 与图1 3 。由于本论文的研究基于川端与丹羽所开发的k e s 系统3 ，因此本节的概述主要围绕使用k e s 系统进行纺织品性能设计 的历史与发展展开。 以前的设计方法( f o r m e rd e s i g n i n gm e t h o d ) ： 图1 2 以前的织物设计方法流程图 如今的设计方法：( d e s i g n i n gm e t h o di n u s en o w ) ： 东华人学硕j j 论文 图1 3 现代织物设计方法流程图 图上实线连接的部分已经有较多的研究，而虚线连接的部分正 是我们的课题需要研究并得出结论，给广大纺织品设计人员以一定 指导的地方。 从图上比较可以看出，如今的设计方法内更多的是双向的箭头， 我们在设计面料的同时较多的是考虑消费者的需求，当然要达到这 一目的，我们必须有非常详实的面料性能的客观数据库( k e s 或 f a s t ) 。设计人员在充分考虑了消费者的需求之后，将根据已有的k e s 或f a s t 数据库有针对性的调出符合消费者需求的k e s 或f a s t 指标， 然后通过以往已经研究过的k e s 指标与纤维、纱线、织物结构之间 的关系，确定使用的纤维，确定纤维、纱线与织物的结构，然后投 产，在生产出产品后，将最终产品的性能与我们的预测进行对比， 找出两者之间的差距，然后让系统进行自适应性学习，丰富数据库， 调整系统精度。可以说，今后的面料设计将是更为客观、更为人性， 更准确，更快捷。 从7 0 年代末到9 0 年代初，使用k e s 系统进行性能预测与设计 东华人学伽论文 经历了一段曲折，7 0 、8 0 年代日本风格计量与标准化研究委员会( 简 称h e s c ) 所倡导的k e s 系统受到了日、澳、新、英以及其他欧洲国 家的认同，使用k e s 分析面料性能的方法广泛应用到机织物、针织 物、无纺布”1 、地毯、一次性卫生用品“3 ，麻织物旧1 等领域，并出现 了大量的研究成果，这一切客观上推动了一些性能优异的面料的出 现。但随着时间的推移，织物风格的研究似乎趋于冷淡，甚至连作 为倡导国之一的新西兰也退出了织物风格的研究组织，现在除了日 本之外，已经很少有国家热衷于织物风格的研究了。 我个人认为造成这一现象的原因有： 1 ) k e s 系统本身除了昂贵之外就是使用不便，如此多的指标使得如 果没有自动化系统介入的话，从采样到分析到得出结果的这一个 周期可能要比面料设计与生产整个周期还要长。由于人们生活水 平的提高，多品种少批量成为主流，如果k e s 分析系统本身不能 降到售价，降低使用成本，缩短面料的分析周期，减少分析使用 的力学指标，将使得使用k e s 系统的企业一、不能够缩短生产周 期以适应市场流行趋势的变化，二、企业不易掌握k e s 分析工具 的精髓，空有一大堆数据却难以使用这些数据去提高产品性能， 三、多品种少批量的现状使得许多企业的利润较薄，再使用费用 昂贵的k e s ，将使得产品成本提高，利润再度下降，企业面临无利 可图的局面。 2 ) 川端所倡导的织物风格研究方法，基于人的主观感觉，然后与 客观性能联系起来的方法在整个社会面料性能普遍不高的前提 下，可以发挥她的作用，大幅度提升面料性能。但是发达国家通 过近三十年的使用，面料性能不断提高，可以说已经到达了一个 相当高的水平，原有的方法则逐渐不适应新的状况，不断的显示 出她的弱点，这是因为：是人的主观感觉精度有限，用精度有 限的方法指导面料的生产其最终结果是面料性能提升到一定程度 后便难以再进一步，除非用比人的感觉更精确，精度更高的传感 器来评价织物的风格才能使得面料的性能再提高一个档次，丽料 性能的评价更为客观可信，但这一切取决于计算机科学、生物科 学的水平，但很可惜以现有的科学水平无法达到这一层次。但零 星的可以听到一些大学包括新南威尔士大学正在进行这方面的研 究，二是川端方法使用的面料数据蓝本是7 0 年代左右的面料，那 时的面料与现在的面料不可同日而语，使得人们在使用川端公式 时发现她的适应性不好”1 。 分析清楚了这些原因之后，我们就不会再为在我们国家使用川 端方法来分析面料性能的正确性产生担忧。原因很简单：因为我们 国家的面料性能还远不如国外使用风格评价方法后生产的面料，可 以说面料的风格评价方法在我国仍然有着广阔的发展前景，如果没 有清楚的认识我国面料产品的现状而人云亦云是不可取的。 近年来，也许象日本这样的国家可能也开始认识到川端方法的 许多不足。 i 在选用川端基本手感计算公式的时候存在以下一些问题： ( 问题1 ) 1 9 7 5 年男士西装的基本手感值转换公式的标准化过程 完成，1 9 8 0 年综合风格的转换公式的标准化过程完成。在标准化过程 中，有一些染整专家认为，在比较不同结构织物的手感尤其是综合风 格值( t h v ) 时存在一定的困难池。同时他们指出，在织物设计与染 整过程中能够控制的织物手感主要来自于织物结构。例如，对于平纹 织物丽言，基本手感值滑糯度是在某个一定范围之内的，平纹织物的 手感值只能在平纹织物大类内进行比较才有意义，因此提出必须对平 纹织物建立专门的手感转换公式。 ( 问题2 ) 在进行手感评价时，男士服装由于款式变化比较简单， 易于区分，所以，选用手感转换公式只要参照第四章表4 9 ( a ) 、( b ) 一般都能比较好的解决。但是女士服装款式多变，种类繁多，不易区 分，教难选用合适的转换公式。因此，现在许多研究都针对女士服装， 希望能够通过判别公式将女士服装比较准确的分类他7 。 东+ # 人学颂l 论文 从以往的研究来看，在1 9 8 0 年日本h e s c 就已经开始研究女士服 装面料的t h v 。他们将这些面料分成三类：厚面料( t h i c k f a b r i c ) ( 大衣用) ，中厚面料( m e d i u mt h i c k n e s sf a b r i c ) ( 西服等外衣用) 以及轻薄型面料( t h i nf a b r i c ) ( 衬衫，单衣用) 。中厚型面料以及 轻薄型面料的手感在接下来的时间里进行了充分研究。人们从研究：i ： 作中总结出：女士中厚型面料的手感值类似男士冬季或夏季服装，其 手感值的计算可以在稍作修正以后归入男士冬季或夏季服装的手感 值计算转换公式。然而，女士轻薄型面料的基本手感却与男士冬季或 夏季服装不同，所以人们为女士轻薄型面料建立了专门的力学指标与 基本风格值的转换公式，并试图从外观轮廓上来区分女士轻薄型面 料。但即使如此，因为轻薄型面料的定义太过广泛，许多种类的面料 可以归入轻薄型的范围，在使用这些专门公式精确评价轻薄型织物手 感时仍存在许多困难。 男士衬衫面料的克重范围包括在女士轻薄型面料的克重范围内。 由于2 0 世纪8 0 年代初，日本在进行男士冬季西服面料基本手感评 价时选用的面料大多是6 0 年代末n 7 0 年代中期的一些面料，那时的冬 季面料较厚重，因此选来进行统计回归的男士西服面料的克重普遍超 过男士夏季西服面料克重分布范围的上5 艮3 0 m g c m 2 。 然而随着时代的进步，人们生活水平的提高，衣服面料轻薄化是 大势所趋，大量面料的克重降到了1 0 2 0m g c m 2 间，大街上也很少 有人愿意穿着又厚又重的衣服。 从我们选用的这一批样品来看，尤其是毛涤混纺产品( 样品克重 分布范围见第四章表4 1 0 ) ，虽然表面看来它们的大多数可以用来制 作男士或女士冬季服装，但它们克重分布在8 0 年代女士轻薄型面料 的克重分布范围之内，因此我们在考虑基本风格的时候最好不使用针 对于男士冬季服装的计算公式，而应该考虑女士轻薄型面料的基本风 格计算公式。在计算与织物表面摩擦性能有较大关系的两个基本手感 值滑糯度和滑爽度时使用的基本风格换算公式k n 一2 0 2 一l d y 和k n 一 2 0 3 一i d y 。 i i 川端的研究方法也在不断完善。继8 0 年代，风格评价的标 准化与解析( 第二版) 盯1 一书出版，1 9 8 2 年布的品质，力学性质， 性能的客观评价陋3 ，1 9 8 3 年高品质高性能面料的研究和技术 ”1 ，1 9 8 5 年客观测定：产品设计工程控制上的应用“。1 以及1 9 8 6 年以丹羽为研究代表的客观方法在高品质衣用面料的风格分析以 及高性能面料设计上的应用1 系列研究之后，1 9 9 6 年在日本文部 省的科学研究费的援助下，以川端为研究代表进行了高品质理想 面料的设计和设计手册的制作“”为主题的研究计划，再度开始了 产业界与学术界的共同研究。并由理想布研究委员会发起，开始发 展可提供给消费者制作真正优良产品方法的指导准则。新的品质评 估技术被全面性的应用到。在1 9 9 8 年完成了秋冬衣料以及夏季衣料 的基本设计，成功制作出理想的高品质衣服布料“1 。 他们认为的“理想布”必须满足三点： 1 触感良好而舒服 2 当其制作成服装时，可使衣服具有优美的轮廓及外观成型性。 3 当穿着此衣服时，毫无拘束感且易于着用。此外，不易起皱 且即使起皱也易于处理或烫平。 具有良好手感的“理想布”应该通过三个步骤来进行评估： 1 布的拉伸、剪切变形性能、弯曲刚度、压缩性能以及表面摩 擦性能等布的基本性质的测定。 2 将这些数据代入计算公式，由电脑自动计量手感值，进而计 算布料的手感品质。 3 确切的算出或预测衣服的外观成形性或着用容易性，求出布 料的本质性能，进而评估出综合的真正品质。 从日本服饰店方面有一提案，为防止不是“理想布”的衣料以“理 想布”的名义混入市场，建议对“理想布”进行认证，凡是通过认证 的“理想布”都必须挂上“理想布”标签( 见图1 4 ) ，以示区别“。 积澄嘟章脱明檫箴的例子 图1 4 “理想布”认证标识 1 3 织物表面摩擦性能概述 评价织物的手感是滑爽还是滑糯、是否发涩等，是非常重要的。 滑爽感受织物与皮肤之间的摩擦阻力以及布面凹凸、粗糙程度的影响 很大，但织物的滑爽程度与与织物的摩擦系数之间的定量关系，还有 许多不明了之处。手感是否发涩除了受纤维及织物结构的弹性的影响 外，与织物在整理加工过程中是否使用柔软剂密切相关。这是因为柔 软剂对纤维间摩擦特性产生影响。此外，织物的摩擦方向性差异，也 是影响织物表面摩擦性能和手感的重要因素。 织物表面摩擦性能用摩擦系数或摩擦阻力来反映。表面摩擦是进 行接触的两物体之间的问题，因接触对象而异。关于织物的摩擦，因 为有许多不同的接触对象，所以影响织物摩擦性能的因素不一定总是 相同的。仅就衣服而言，手( 特别是皮肤) 和服装面料之间的摩擦将 影响到人对面料手感的判断。另外，因为重叠穿着，服装面料之间的 摩擦性能也是重要的。 织物的摩擦阻力，一般可以大致分为( 1 ) 织物表面的纤维的摩 擦阻力( 2 ) 织物表面的形状引起的摩擦阻力。“。但与混凝土那样的 粗糙物体摩擦时，纤维的勾挂强度和织物表面纤维的约束状态成为j ! 要的支配因素。织物与织物摩擦时，表面越平滑的，其摩擦阻力越受 纤维的摩擦阻力所支配。粗糙的织物表面的凹凸会引起摩擦阻力。例 如，有波纹状凹凸的布类，类似齿轮啮合那样地凹凸交叉，在向与波 纹成垂直的方向滑动时，将产生非常大的摩擦阻力。长丝织物问的摩 擦阻力往往倾向于第一种，短纤维织物间的则倾向于第二种。 织物的摩擦也与纤维问的摩擦相同，摩擦力f 与法向压力n 之间 一般成指数的关系”“，f = an “。但织物表面形状或织物结构和摩擦阻 力的关系非常复杂，几乎还没有搞清楚，零星可见的只是些有关k e s 表面摩擦指标与织物结构的关系的研究。有研究通过对股线织物的分 析发现，随着织物纬纱细度的提高，s m d 有明显下降的趋势”，拥有 更小m m d 和s m d 的股线织物可能得益于较大的织物紧度以及股线结构 在织物内不断进行不均匀变形“。 从感觉上说，表面平滑的、浮纱多的( 向浮纱方向滑动较容易) 、 毛羽少的等等，被认为比较容易产生滑动。在实际测定中，表面越平 滑的，因为真正接触面积增多，摩擦系数增大了，显示了与一般经验 不同的结果，是需要注意的。 按照凝着说理论“”1 ，接触数量和真正的接触面积增大，则摩擦 阻力增大。所以，采用相同组织和相同纱支织造的织物，根据单纤维 的细度、织造或加工工程中形成纱的扁平化( 我们用压扁系数表征) 和 压紧程度而确定织物容易产生滑动的程度。 有资料晴邮指出，长丝织物的均衡程度d 九与摩擦方向差之间， 静摩擦和动摩擦都有强烈的负相关。短纤纱织物表面覆盖着没有方 向性的毛羽，因而表面摩擦的方向性一般很少，与织物结构没有特 别的关系( 0 为纬纱与经纱的支数比，入为单位面积内经纱长度与 纬纱长度之比) 。 单纤维特性在很大程度上决定织物的摩擦特性和手感等。例如， 丝织物特有的手感是由于丝纤维的三角形截面形状和细度所决定 的，羊毛制品的发涩和光滑性是由于羊毛纤维的性质所决定的。 m a t s u d a i f a 等人研究了中空率不同的圆形以及三角形纤维断面的新 合纤织物发现中空率提高，织物蓬松丰满感增大”。 纤维间的静摩擦与动摩擦系数的差异较大时织物具有丝呜感”“ 较小则织物手感柔软。一方面纤维问的静摩擦系数是影响织物手感 的重要因素“，另一方面手感较好的m o h a i r 织物普遍拥有较高的动 摩擦系数。”1 。国外还有研究通过表面摩擦系数u 以及u 的分布范围 将手感非常接近的新合纤织物区分开”。 一般不很受注意而有很大影响的是纤维表面或与接触物之间存 在的润滑剂”。润滑剂的有无或润滑剂的数量不同，产生摩擦的机 理是不同的。根据润滑剂数量的多少，可以分为边界摩擦和流体摩 擦。润滑剂较少的是边界摩擦，润滑剂丰富的则成为流体摩擦。其 特性由润滑剂的粘度决定。纤维材料方面研究的摩擦，多数是流体 摩擦和边界摩擦混合存在，因此摩擦现象非常复杂。有许多研究报 告和测定结果发表了，但未说明的问题还很多。 从原理上分析，影响织物表面摩擦性能的因素可归纳为表1 1 。 表1 1 为影响织物表面摩擦性能的各种因素。 润滑剂 纤维的摩擦特性纤维的截面形状 纤维的种类 捻系数与捻向 织物的表 纱纱的结构纤维细度 面摩擦性 纱线的摩擦特性纤维的卷曲 能 毛羽 纱线的压缩特性纱线细度 纤维的弯曲刚度 织物组织 织物表面凹凸织物密度 纱线细度 东4 # 人学硕i j 论文 1 4k e s 表面试验仪( k e s - f 4 ) 的介绍： 一 夹k 兰；多孤 一三黻 ( b ) 粗糙度试验 图1 5 表面试验原理图( a ) k e s - f b 4 表面性试验仪可测定织品表面摩擦与粗糙特性，主要 评价织品表面的光滑、粗糙、爽糯及匀整性。其试验原理如图1 5 ( a ) 、 ( b ) 所示。 表面试验时，转筒以恒速带动试样移动并在移动3 o c m 时自动返 转回至原位，处理系统仅采用位移全过程中部2 o c m 内的信号，以 避免两端干扰信号。测表面摩擦性的触头是用1 0 根直径为o 5 m m 的 钢琴丝制成的宽为5 m m 的u 型环。试验时，触头不动，试样位移， 触头靠重锤以0 4 9 n 的压力接触试样产生摩擦力，由摩擦传感器将 其变为电信号传送到计数机m i u 和m m d 上积累。测表面粗糙度的触 头是用直径为o 5 m m 的单根钢琴丝制成的u 型环，靠弹簧片以o 0 9 8 n 紧压接触试样表面，随着试样位移，触头因试样表面粗糙不平( 厚度 变化起伏) 而上下位移，再利用装在触头上端的差劲变压器转换为电 信号，传送到计数机s m d 上积累。两项试验可得到以下三项特征值： 矗一 豁 k 器 雅 斟 巨 鼍 蜊 鞋 蔓竺叁兰型! ：堡兰兰蔓! ! 坠 摩擦系数平均值m i u = i , u d x x ， r x一 摩擦系数平均偏差m m d i l 产一卢l d x x ， r x 表面粗糙度的平均偏差s m d = 1 i 丁一丁i d x x ， 式中p ( 摩擦系数) 一f ( 摩擦力) p ( 触头对试样压力) z 为试样表面上触头的位置； x 一为试样移动有效距离( 这里是2 e r a ) ； j 一一是摩擦系数产的平均值； r 是试样在x 位置的厚度； 丁为7 t 的平均值。 图1 6 是织品的表面摩擦、粗糙特性曲线。m i u 和m m d 值表示织 物的滑糯、滑爽、匀整等特性。s m d 值表示织品表面粗糙平坦的程度。 m m d a r e a x a 彳袭一锄。卜 矿一vi 一一 i 图1 6 织物表面摩擦性能指标图图1 5 表面试验原理图( b ) 东1 # 人学硕i 论文 第一二章新台纤织物表面性能的训究 第二章新合纤织物表面性能的研究 葺i i 暑暑暑暑暑置暑暑宣暑置暑暑皇皇薯皇篁皇_ i i i 2 1 引言 在经过了第一章的讨论后我们知道，研究和明确影响差别化长丝 织物的表面摩擦性能和表面手感的因素是进一步研究差别化长丝或 短纤与毛混纺织物的摩擦性能与手感的基础和前提条件。为了能够较 好地研究差别化纤维织物的代表品种一一“新合纤”织物，我们有必 要在本章的开头先介绍一些国外的具有代表性的差别化长丝织物以 及国外对差别化长丝织物的表面摩擦性能与手感的最新研究成果。 2 1 1 国外差别化长丝织物的代表性产品 现在的化纤织物广泛使用超细纤维，因为超细纤维杰出的性能使 得通过高收缩以及高密度制作技术制成的织物具有透气、防水、除尘 等机能性，或拥有超柔软、滑糯、仿皮或桃皮绒的手感。 超细纤维由日本锺纺( k a n e b o ) 于1 9 7 7 年率先制成，商品名为 b e l i m a x 。b e l i m a 纤维结构如图2 1 。它是两种高分子材料相间 k bk b 肌g h 。 的复合纤维。b e l i m a x 可用于服装、袜子、 驯= n 1 0 ”6 高尔夫手套以及光学镜头等的高级擦拭布。 图2 1b e l i m a - x 纤维结构 b e l i m a x 可用于机织或针织物。长丝在织 造过程中不开纤，织好后使用化学后整理方 法将长丝中涤锦双组分剥离，成为超细纤 维，在处理过程中，含有b e l i m a x 的织物剧 烈收缩，成为高密织物。与b e l i m a x 相似的纤维还有t o r a y 公司的 g c s a i n e ，k u r a r a y 公司的r a n p u 以及t i j i n 公司的f s y ”刚等。 表2 1 b e l i m a x 纤维数据表 类型细度强度伸长 ( d r e x )( c n d t e x ) ( ) 4 4 2 5 b s s4 3 04 8 53 60 5 6 2 5 b s s 5 3 84 9 43 5 0 1 1 0 5 0 b s s 1 0 7 94 8 53 5 0 1 2 2 1 0 0 b s s 1 2 2 24 8 12 6 0 筒子纱重 ( k g ) 3 2 5 2 8 0 2 7 5 2 7 5 与杜邦公司的吸湿导汗功能性纤维c o o l m a x 用途相反的k u r a r a y 率)5 5 5 o 油、1省 禽0 0 o 0 o | | 率 | 缩，5 2 2 o收曼量曼墨水， 沸 第二章新合纤织物表面性能的研究 公司s o p h i s t a - - t m ，具有良好的保温防寒性能，是构成冬季服装面料 良好的材料“，详见表2 2 。 表2 2k u r a r a yc o 的s o p h i s t a t m 纤维数据表 在使用s o p h i s t a 时，必须注意由于纤维的强度比较低，上机张 力必须适当减小，在对纤维进行加捻的时候捻度不能过大，推荐使用 6 0 0 - 1 0 0 0 t m 。使用s o p h i s t a 混率3 0 的面料，其q 。可以大于0 2 5 。 t h e r m o l i t e 是杜邦公司在中国市场上推出的5 种纤维之一，是极 具保暖功能的材质。t h e r m o l i t e 通过其中空纤维系统，利用较大的纤 维比表面积迅速将湿气排到布料最外层，从而保持身体温暖。 t h e r m o l i t e 布料较同样重量的常规布料暖和3 0 ，干透率比全棉快 5 0 ，比电解加工布料快2 0 。 t h e r m o l i t e 的三大系列： t h e r m o lit e 固a c t i v e 一适合用 作大量活动、动作及保暖薄型纤维 材料： t h e r m o jit e p l u s 一工程用轻 盈纤维材料； t h e r m o l i t e b a s e 一日常使用 图2 2 杜邦t h e r m a s t a t 保暖系统 的功能性纤维材料 在使用这些材料时也应该根 据需要。例如，在制作滑雪服的时候，内层可以使用c o o l m a x 纤维快 速吸汗导汗，中层则使用t h e r m o l i t e 导汗保暖，外层则使用坚固耐 用的t a c t e l 机织布。在制作普通登山服时内层使用c o o l m a x ，而外层 使用高强耐磨的t a c t e lh t 纤维。 上述各种纤维都是差别化长丝，由于它们的细度、截面形状等方 面较常规纤维发生了很大变化，所以表现出很多特殊的优良性能或功 东毕人学硕士论文 第二章新台纤织物表面性能的研究 能。新合纤织物就是使用各种新型纤维的产品。本章通过以新合纤织 物为研究对象，希望能够探明差别化长丝织物性能的设计方法与原 理。 2 1 2 新合纤织物表面摩擦性能和手感的研究回顾 自从1 9 3 7 年f t p i e r c e 在他的经典论文“4 1 中预言织物的手感与 基本力学物理量之间有密切关系以来，科学家们就希望能够定量化地 表征和描述织物的手感。在以k e s 系列测试仪为基础的研究中，各国 科学家为此目的做了大量基础性和应用性的探索，并取得了许多突破 性的成果。 织物表面摩擦性能尤其是新合纤织物的表面摩擦方面，从2 0 世 纪8 0 年代至今，积累了许多研究成果。锄柄“础通过k e s 仪研究r 女 用连裤袜与机织物、针织物之间的摩擦特性。r b r a m g u i a m ”刚利用激 光的方法，非接触地测定布的表面粗糙度，然后与k e s 仪测定的数据 进行比较。锄柄、石桥“73 认为用k e s 仪得出的m i u 、m m d 来评价布的 表面凹凸感并不十分理想，因此尝试用能谱法分离不同波长的信号， 找到织物表面手感与织物结构之间的关系。木下“、藤田“钟等人在研 究新合纤织物的触觉特征时，将k e s 仪测得的表面摩擦指标的波形图 谱用傅里叶变换进行频率分析，试图找到摩擦信号的频谱或波谱与织 物结构参数之问的关系。米田”o3 在对织物的触感有主要影响的基本手 感值滑糯度和滑爽度的研究中试图对他们进行定量分析。 m m a t s u d a i r a 他”用表面摩擦系数将新合纤织物比较准确地进行了分 类。 这些研究成果或多或少地向着定量的方向发展，但就对织物性能 设计的指导性上来说，还很不够。因此，我们采集了3 5 种新合纤织 物，希望通过我们的研究能够建立差别化长丝织物的结构与基本手感 值和k e s 仪测得的摩擦指标之间的关系。 2 2 回归分析研究 第_ 二章新台纤织物表面阽能的州究 2 2 1 研究方法 i 试样 我们选择有代表性的差别化长丝织物日本生产的新合纤织物 共3 5 种作为试样。新合纤织物是8 0 年代末期日本几家大的合纤企业 相继开发出的一大类手感及外观都大大优于常规涤纶制品的涤纶差 别化纤维产品，其纤维形态和纱线结构的变化远远超出常规范围。这 3 5 种新合纤织物的种类包括桃皮绒类( p e a c hs k i n 以下简称p s ) 、仿 真丝类( n e ws i i k 以下简称n s ) 、干爽手感类( d r yt o u c h 以下简称 d t ) 和仿精梳毛类织物( n e ww o r s t e d 以下简称n w ) 。这些织物的结 构参数见表2 3 。 i i 实验方法 ( 1 ) 用k e s 仪器测得织物表面经纬向平均摩擦系数( m i u 。、m i u 2 ) 、 摩擦系数不匀率( m m d 。、m m d ：) 、表面不平度( s m d 。、s m d ：) ；本文用下 标1 表示织物的经向指标，用下标2 表示纬向指标。 ( 2 ) 用川端方法”1 计算面料的滑糯度( n u m e r i ) 和滑爽度( s h a r i ) 。 由于所选试样均为女士轻薄型外衣面料，故在表面手感的具体计算时 采用女士轻薄型外衣面料的基本风格计算公式及相应的m ，、5 值对各 力学指标进行规格化处理；滑糯度( n d m e r i ) 的计算使用了k n 一2 0 3 公式，滑爽度( s h a r i ) 的计算使用了k n 一2 0 2 一l d y 公式1 。 数据处理 织物的表面手感或表面摩擦性能的影响因素十分复杂，为从众多 影响因素中找出影响织物表面摩擦性能的主要因素，采用逐步回归分 析方法对实验数据进行处理。这样，便可在尽可能提高预报精度和预 报稳定性的前提下，选择影响最强的变量和最优回归方程。这里比较 关键的一个问题是变量的提取工作。需要在全面考虑各种影响因素的 基础上提取主要变量。 查兰查兰堡! ：堡兰 丝= 皇堑垒堑堡塑室堕生堂堕堕 表2 3 新合纤纱线、织物结构参数 编号经纱纬纱 经纱纬纱经密纬密 nr e xt e x根1o c m 根l o o m l3 3 1 5096 1 0 34 9 54 1 0、17 纹 24 3 787 3 8 51 1 71 0 47 1 54 2 5、1 7 纹 36 9 83 6 0 87 8 4 99 6 06 2 0五枚二飞绛由缎纹 41 0 6 95 0 7 15 99 89 6 05 4 0 1i 一f 斜纹( s = 2 ) 52 5 281 5 731 1 57 26 5 2 54 5 5、r 纹 6 15 6 73 3 7 9 1 1 69 16 2 05 2 7 ，5、r 纹 71 6 5 8 301 l9 51 3 0 05 7 0 五枚一飞纤面缎 8 05 8 6 41 4 1 3 65 8 2 53 2 5、r 纹 91 6 3 26 5 7 41 3 39 85 5 7 53 8 2 5、r 纹 1 07 1 62 8 7 】6 i727 6 53 9 0、r 纹 1 l8 3 75 4 2 21 1 21 1 27 2 7 54 0 7 5甲纹 1 25 8 34 7 4 57 7779 6 04 4 0五枚三飞终血缎纹 1 33 9 1 35 4 2 58 49 57 0 2 54 0 2 5、r 纹 1 46 0 6 66 1 61 6 81 5 25 7 7 52 9 2 5、r 纹 1 5006 46 64 3 04 1 7 5、r 纹 1 61 0 27 6 5 46 58 67 9 54 3 5、r 纹 t 78 6 73 8 9 19 21 0 35 7 03 6 5平纹 181 2 1 46 6 7 54 71 0 58 8 7 54 5 2 5 、p 纹 1 97 5 7 66 5 3 19 88 58 0 04 7 5 二_ 二下纬晕，f 2 09 5 78 0 198 87 5 2 53 7 0 一二j ：二下纬重、r 2 19 6 1 17 6 8 49 88 i7 6 03 8 7 5 一f 一下纬重、1 7 2 24 1 3 67 1 99 48 26 7 53 0 5 一f 一f 绎蕈、卜 2 36 05 3 8 56 8694 5 03 8 7 5、一纹 2 45 3 73 0 6 457 14 7 2 54 8 0 、p 纹 2 52 7 0 34 2 1 46 59 61 0 0 04 2 0 五枚一飞经面缎 2 67 6 9 77 2 31 7 51 6 57 2 03 0 0三i 二下斜纹( s = 2 ) 2 76 4 74 9 71 7 21 6 65 6 53 2 0 三 ：_ 二下斜纹is = 2 ) 2 87 0 87 3 54 99 37 5 53 7 5 五枚三飞绎商缎 2 9 3 7 9 32 3 81 71 64 1 7 53 0 0甲敛 3 06 2 8 95 7 l2 1 71 9 95 7 62 8 2 = | ：一下斜纹 3 18 1 6 78 6 7 62 0 72 05 4 5 2 8 2 5 一l ：一下p ul 。下斜纹 3 29 2 7 38 9 4 41 9 52 05 6 53 1 0 一f _ 二下叫l 一下剁纹 3 36 5 28 0 071 41 9 45 0 03 7 0 蛐枚破斜纹 3 44 0 1 54 3 5 91 9 92 1 55 1 52 9 0 叫枚破斜纹 3 55 4 03 3 2 111 92 0 77 0 52 6 0 矗二f ：下纬蕈、r 除了考虑常用的经、纬纱细度，织物经、纬向紧度，经、纬纱捻 系数等我们又反复分析比较选用了如下5 项自变量： ( 1 ) 经( 纬) 向组织点问距【2 2 】 这个指标是新合纤开发人员使用的，回归分析过程中我们发现这 个指标确实与织物表面性能密切相关。 经( 纬) 向组织点间距= 组织循环纬( 经) 纱数下机纬( 经) 密( 2 1 ) ( 2 ) 经( 纬) 纱纤维比表面积【2 3 】 8 查! ! 叁堂堡! ：丝兰 塑