劉成霞，韓永華，張才前

(1.浙江理工大學(xué)服裝學(xué)院，浙江杭州 310018;2.浙江省服裝工程技術(shù)研究中心，浙江杭州 310018;3.浙江理工大學(xué)信息學(xué)院，浙江杭州 310018;4.紹興文理學(xué)院元培學(xué)院，浙江紹興 312000)

織物的彎曲性能是體現(xiàn)織物柔軟變形能力的重 要力學(xué)指標(biāo)，它直接關(guān)系到織物的懸垂性、抗起皺性、抗拱性、成型性等外觀性能，因此織物彎曲性的研究一直受到紡織專家和學(xué)者的廣泛關(guān)注［1-3］，如王府梅等［4］通過(guò)研究得到了單層毛型織物彎曲性能的預(yù)測(cè)公式，石風(fēng)俊等［5］用線性黏彈理論對(duì)織物在小彎曲變形情況下的彎曲性能作了分析，何琦輝等［6］提出了一種利用織物在自重作用下的實(shí)際彎曲形態(tài)間接測(cè)試織物彎曲性能的測(cè)試方法。倪紅等［7］提出了基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的織物斜向彎曲性能的預(yù)測(cè)方法。Kadir Bilisik［8］研究了多層、多方向縫合后的機(jī)織物的彎曲性能?？椢飶澢阅艿难芯看蠖嗉性诶碚摲治龌驍?shù)學(xué)建模上［9-10］，關(guān)于測(cè)試及評(píng)價(jià)方法的研究較少，且目前的織物彎曲性能測(cè)試方法每次只能測(cè)1塊試樣或1個(gè)角度的彎曲性能，要測(cè)不同方向或多塊試樣時(shí)，需要進(jìn)行多次測(cè)試。針對(duì)這一現(xiàn)狀，本文提出一種簡(jiǎn)便的、基于圖像處理的織物彎曲性能測(cè)試方法：水滴法，應(yīng)用此方法可以同時(shí)測(cè)多個(gè)方向或多塊試樣的彎曲性能。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試樣的選取

選取彎曲性能差異較大的棉、滌及混紡織物共20種，分別編號(hào)1#～20#，織物規(guī)格見(jiàn)表1。

表1 織物規(guī)格參數(shù)表Tab.1 Fabric specification parameters

1.2 斜面法測(cè)試的織物彎曲性能

根據(jù)GB/T 18318—2001《紡織品織物彎曲長(zhǎng)度的測(cè)定》和ZB W04003—1987《織物硬挺度試驗(yàn)方法斜面懸臂梁法》，用YG(B)022D型全自動(dòng)織物硬挺儀，在標(biāo)準(zhǔn)大氣環(huán)境中測(cè)試20塊試樣的經(jīng)、緯向、45°角3個(gè)方向的抗彎長(zhǎng)度C和抗彎剛度B，且每塊試樣分為正面和反面分別進(jìn)行測(cè)試。所測(cè)數(shù)值取平均值作為此織物的最終彎曲長(zhǎng)度和彎曲剛度，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。

1.3 水滴法測(cè)試的織物彎曲性能

1.3.1 原理介紹

水滴法測(cè)試織物彎曲性能的原理是將長(zhǎng)方形的織物試條彎曲并將兩端對(duì)攏固定，試樣由于受到自身重力的作用而呈現(xiàn)上端類似銳角結(jié)構(gòu)，下端類似半橢圓形的水滴狀，故將這一方法命名為水滴法。不同變形能力的織物所形成的水滴形態(tài)有所不同，因此具體的水滴形態(tài)可以體現(xiàn)織物彎曲性能的差異。

1.3.2 試驗(yàn)準(zhǔn)備

1)試驗(yàn)工具：數(shù)碼相機(jī)，試驗(yàn)臺(tái)，大頭針若干，固定用的紙盒或其他。

2)試驗(yàn)條件：標(biāo)準(zhǔn)大氣環(huán)境，光照均勻且光線充足的室內(nèi)。

3)試驗(yàn)試樣：上述20種織物，分別按照經(jīng)向、與經(jīng)紗成45°角、緯向3種絲縷方向剪成2.5cm×20cm大小，并分正面和反面，且以上每種情況剪3塊試樣，因此每種織物共有18塊試樣。

表2 織物彎曲性能測(cè)試結(jié)果Tab.2 Results of fabrics bending performance

1.3.3 試驗(yàn)流程

1)將裁剪好的織物試樣在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下放置24 h，并在距離試樣長(zhǎng)度方向的2個(gè)邊緣1cm處與邊緣平行畫(huà)記號(hào)線。

2)將1#織物的經(jīng)向、正面試樣的2條2.5cm長(zhǎng)的邊緣對(duì)齊并攏，并在做好的記號(hào)線位置垂直地穿入3枚大頭針使之固定。這時(shí)試樣在重力的作用下形成水滴狀，并同時(shí)準(zhǔn)備2塊完全相同的水滴狀試樣。

3)按2)中方式準(zhǔn)備好2塊1#織物的緯向、正面水滴狀試樣。

4)將準(zhǔn)備好的4塊穿入大頭針的水滴狀試樣分別置于試驗(yàn)臺(tái)4條邊緣的中間位置(試驗(yàn)臺(tái)的上下端面為正方形)，并將固定用的紙盒或其他有一定質(zhì)量的物品壓于大頭針之上，注意不要碰到試樣，以免影響水滴形態(tài)。

5)在4塊水滴狀試樣的正前方分別等距離地放置4架數(shù)碼相機(jī)，調(diào)好焦距并固定位置和焦距。

6)水滴狀試樣形態(tài)穩(wěn)定1 min后，用調(diào)好參數(shù)的數(shù)碼相機(jī)對(duì)其進(jìn)行拍照。

7)更換試樣，直至1#織物3個(gè)角度(經(jīng)向、與經(jīng)紗成45°角、緯向)、正反兩面，每種情況的3塊試樣全部測(cè)好后換2#織物，依此類推?？椢镄纬傻乃涡螒B(tài)見(jiàn)圖1。

圖1 水滴狀試樣Fig.1 Water-drop like fabric

1.3.4 水滴法織物彎曲性能指標(biāo)

將以上所拍照片導(dǎo)入AutoCAD圖像處理軟件，利用此軟件的查詢不規(guī)則圖形距離和面積的功能進(jìn)行彎曲特征的提取。不同彎曲性能的織物形成的水滴形態(tài)有所不同，因此引入水滴寬度、水滴長(zhǎng)度、水滴面積和抗彎系數(shù)作為評(píng)價(jià)織物彎曲性能的指標(biāo)。

1)水滴寬度D，即水滴底部形態(tài)最豐滿處的試樣兩端之間的水平距離。

2)水滴長(zhǎng)度L，即水滴最頂端尖點(diǎn)與底部最突出點(diǎn)之間的距離。

3)水滴面積A，即試樣彎曲所形成外邊緣封閉曲線的面積。

4)織物抗彎系數(shù)I，即水滴寬度與水滴長(zhǎng)度之比，D越大，說(shuō)明織物越不容易彎曲，引入此指標(biāo)是為了避免照相機(jī)放置的遠(yuǎn)近距離對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響。

水滴法測(cè)得的織物彎曲性指標(biāo)平均值見(jiàn)表2。

2 結(jié)果與討論

2.1 2種測(cè)試方法的各指標(biāo)相關(guān)性

表2 中的斜面懸臂梁法與水滴法所測(cè)各項(xiàng)彎曲性能指標(biāo)之間的相關(guān)系數(shù)如表3所示。

表3 織物各項(xiàng)彎曲性指標(biāo)之間的相關(guān)性Tab.3 Correlation analysis of bending performance

從表3可看出：1)水滴法中的水滴寬度、水滴長(zhǎng)度、水滴面積以及抗彎系數(shù)，與斜面懸臂梁法中的抗彎長(zhǎng)度及抗彎剛度兩兩之間都呈顯著線性相關(guān)關(guān)系。

2)水滴法中的4項(xiàng)指標(biāo)與抗彎長(zhǎng)度的相關(guān)性大于這4項(xiàng)指標(biāo)與抗彎剛度的相關(guān)性。

3)與斜面懸臂梁法中的抗彎長(zhǎng)度與抗彎剛度相關(guān)性從大到小排序依次是水滴面積、抗彎系數(shù)、水滴寬度和水滴長(zhǎng)度。

4)除水滴長(zhǎng)度與抗彎長(zhǎng)度和抗彎剛度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系外，水滴法的其余3個(gè)指標(biāo)與抗彎長(zhǎng)度和抗彎剛度均呈正相關(guān)關(guān)系。

2.2 水滴法中彎曲指標(biāo)與抗彎長(zhǎng)度的關(guān)系

水滴法中的水滴面積、水滴寬度與抗彎長(zhǎng)度之間的關(guān)系如圖2、3所示。

圖2 水滴面積與抗彎長(zhǎng)度之間的關(guān)系Fig.2 Relationship between drop area and bending length

圖3 水滴寬度與抗彎長(zhǎng)度之間的關(guān)系Fig.3 Relationship between drop width and bending length

圖中顯示：水滴面積和水滴寬度與抗彎長(zhǎng)度呈顯著的正線性相關(guān)關(guān)系，即抗彎長(zhǎng)度越大的織物，也就越硬挺，是越不容易彎曲的織物，在水滴法中呈現(xiàn)的水滴寬度和面積越大。對(duì)應(yīng)的回歸方程分別是：

Y=0.000 7X1-19.029，其中 X1是水滴面積(像素)，Y是抗彎長(zhǎng)度(mm)，判定系數(shù) R2為0.902 9;

Y=0.164 3X2-9.579 8，其中 X2是水滴寬度(像素)，Y是抗彎長(zhǎng)度(mm)，判定系數(shù) R2為0.832 7。

這2個(gè)關(guān)系式都可以用來(lái)估算及預(yù)測(cè)織物的抗彎長(zhǎng)度，其中利用水滴面積來(lái)預(yù)測(cè)抗彎長(zhǎng)度的精確度更高。圖4示出斜面法測(cè)試的抗彎長(zhǎng)度與水滴法測(cè)試的抗彎系數(shù)間的關(guān)系。

圖4 抗彎系數(shù)與抗彎長(zhǎng)度之間的關(guān)系Fig.4 Relationship between bending index and bending length

由圖可知，斜面法中抗彎長(zhǎng)度隨水滴法中的抗彎系數(shù)的增大而呈增大的趨勢(shì)。二者的具體關(guān)系式為：Y=317.25X2-106.51X+20.703，其中 X 是抗彎系數(shù)，Y是抗彎長(zhǎng)度(mm)，判定系數(shù)R2為0.857 2。柔軟、易變形的織物，即抗彎長(zhǎng)度小的織物，容易因重力的影響，使水滴縱向拉伸變長(zhǎng)，水滴寬度變小，水滴長(zhǎng)度增大，從而使二者的比值，即抗彎系數(shù)變小，呈現(xiàn)出細(xì)長(zhǎng)的水滴狀。

3 結(jié)論

本文以 20塊試樣為研究對(duì)象，用YG(B)022D型全自動(dòng)織物硬挺儀分別測(cè)試織物彎曲長(zhǎng)度和彎曲剛度，再用自行設(shè)計(jì)的水滴法進(jìn)行測(cè)試，并用圖像處理軟件求取水滴寬度、水滴長(zhǎng)度和水滴面積，經(jīng)過(guò)研究得出以下結(jié)論。

1)水滴法中的4項(xiàng)指標(biāo)與斜面懸臂梁法中的抗彎長(zhǎng)度及抗彎剛度都具有高度線性相關(guān)關(guān)系。這說(shuō)明本文作為嘗試和探索提出的利用水滴法測(cè)試織物彎曲性能是可行的。

2)與斜面懸臂梁法中的抗彎長(zhǎng)度與抗彎剛度相關(guān)性從大到小排序依次是：水滴面積、抗彎系數(shù)、水滴寬度和水滴長(zhǎng)度。水滴面積和水滴寬度與抗彎長(zhǎng)度呈顯著正線性相關(guān)關(guān)系，水滴長(zhǎng)度與抗彎長(zhǎng)度呈負(fù)線性相關(guān)關(guān)系。

3)水滴面積與抗彎長(zhǎng)度的回歸方程是：Y=0.000 7X-19.029，相關(guān)系數(shù)R2為0.902 9，可以利用此關(guān)系式來(lái)預(yù)測(cè)織物的抗彎長(zhǎng)度。

本文提出了一種簡(jiǎn)便的測(cè)試織物彎曲性的方法，應(yīng)用此方法可同時(shí)測(cè)多塊織物或同一織物多個(gè)方向的彎曲性能。接下來(lái)的研究可以在下述幾個(gè)方面展開(kāi)：1)應(yīng)用更完善的圖像處理技術(shù)，建立水滴法更全面的彎曲性評(píng)價(jià)體系;2)根據(jù)圖像中水滴法的彎曲性指標(biāo)，確立織物實(shí)際的水滴形態(tài)數(shù)據(jù)，并建立其與抗彎長(zhǎng)度及剛度更精確的定量關(guān)系;3)通過(guò)數(shù)值分析對(duì)水滴法進(jìn)行更深入的理論研究。

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