于曉坤，肖 平，張 音

(1.東華大學(xué)服裝·藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院，上海 200051;2.東華大學(xué)現(xiàn)代服裝設(shè)計(jì)與技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200051)

文胸在女性日常穿著的過程中，肩帶彈性變差甚至勞損嚴(yán)重的現(xiàn)象時(shí)常發(fā)生，即肩帶出現(xiàn)“疲勞”。這些“疲勞”的集中體現(xiàn)導(dǎo)致肩帶松弛滑落，給穿著者造成了生理上的不適、心理上的尷尬以及視覺上的不雅。肩帶雖被視為文胸的附件，但肩帶對(duì)乳房的提拉塑型效果發(fā)揮了主導(dǎo)作用［1］。鑒于肩帶經(jīng)?；涞默F(xiàn)象，甘應(yīng)進(jìn)等［2］探索了肩帶滑落的原因，從結(jié)構(gòu)、款式、面料及肩帶與肩型搭配等方面提出了應(yīng)對(duì)方法，并以結(jié)構(gòu)改進(jìn)為研究重點(diǎn)，綜合運(yùn)用物理的力學(xué)分析和數(shù)學(xué)的解析幾何分析方法，得到平行式和交叉式肩帶與文胸后比的連接角度，為肩帶與文胸連接位置的設(shè)計(jì)提供了一定的參考。

國(guó)內(nèi)外一些著名的文胸品牌公司也針對(duì)肩帶滑落的問題開展了相關(guān)研究，從不同角度提出了防止肩帶滑落的改進(jìn)方法。主要措施為改變肩帶與后背拉伸片的連接角度［3-4］，肩帶扣加固［5-7］，增加輔助連接條［8-9］，增加肩帶與人體接觸的摩擦力［10-11］等。然而相關(guān)研究成果在實(shí)踐中并未得到廣泛應(yīng)用。在關(guān)于文胸穿著舒適性調(diào)查研究中仍有較多的消費(fèi)者指出經(jīng)常會(huì)遭遇肩帶滑落的困擾［12-13］。

本文以文胸肩帶為研究對(duì)象，基于織物的主要力學(xué)性能指標(biāo)，進(jìn)行拉伸斷裂試驗(yàn)、定伸長(zhǎng)反復(fù)拉伸試驗(yàn)，獲得肩帶的各拉伸性能指標(biāo)并進(jìn)行討論和分析。

1 肩帶的基本力學(xué)性能和拉伸彈性

基于織物拉伸斷裂時(shí)所應(yīng)用的主要力學(xué)性能指標(biāo)［14］，本文結(jié)合文胸肩帶拉伸曲線的特征，擬測(cè)量肩帶拉伸斷裂性能的基本指標(biāo)以及有效彈性終點(diǎn)指標(biāo)。其中，斷裂強(qiáng)力(N)、斷裂伸長(zhǎng)(mm)和斷裂功(J)指標(biāo)可以通過與拉伸試驗(yàn)儀相連的計(jì)算機(jī)直接輸出獲得。鑒于文胸肩帶自身的造型特征，本文選擇N/cm作為肩帶斷裂強(qiáng)度指標(biāo)的單位。根據(jù)肩帶的拉伸曲線可判定肩帶的有效彈性終點(diǎn)，觀察該點(diǎn)的負(fù)荷與伸長(zhǎng)關(guān)系。

文胸肩帶在使用過程中可認(rèn)為其處于定伸長(zhǎng)拉伸狀態(tài)，因此本文在試驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)選擇采用定伸長(zhǎng)拉伸。鑒于肩帶疲勞現(xiàn)象的產(chǎn)生，不僅需要機(jī)械外力的作用，更與長(zhǎng)時(shí)間或是多次加負(fù)荷、去負(fù)荷的反復(fù)循環(huán)作用密切相關(guān)，因此定伸長(zhǎng)拉伸時(shí)選擇多次反復(fù)循環(huán)拉伸。選取彈性回復(fù)率ε(%)和塑性變形率G(%)來表征文胸肩帶的拉伸回彈性能。

2 試驗(yàn)

試驗(yàn)采集了7款文胸肩帶作為試樣。7種試樣的帶身材料均為目前市場(chǎng)上較為主流的錦綸/乳膠絲，即經(jīng)紗選用彈力錦綸絲，配用乳膠絲，包覆成包芯紗;緯紗選用錦綸絲［15］。為了減小系統(tǒng)測(cè)量誤差，根據(jù)需要的試驗(yàn)項(xiàng)目，每項(xiàng)試驗(yàn)均取各肩帶試樣4根進(jìn)行測(cè)試。

2.1 試樣規(guī)格測(cè)定

根據(jù)GB/T 4666—2009《紡織品 織物長(zhǎng)度和幅寬的測(cè)定》，肩帶試樣的寬度測(cè)量采用1 mm分度的鋼卷尺，計(jì)算測(cè)量均值，精確到±1 mm。

參考肩帶生產(chǎn)企業(yè)用伸度表征肩帶的拉伸彈性。測(cè)定伸度時(shí)取肩帶中間10cm長(zhǎng)的一段作為基準(zhǔn)值，用手指捏住其兩端并拉伸至最大伸長(zhǎng)，最大伸長(zhǎng)時(shí)的長(zhǎng)度與基準(zhǔn)值的比值即為伸度，精確到0.1。根據(jù)企業(yè)關(guān)于伸度的測(cè)量方法測(cè)定肩帶試樣的伸度。

2.2 試樣的拉伸斷裂試驗(yàn)

肩帶試樣的拉伸斷裂試驗(yàn)按照GB/T 3923.1—1997《紡織品 織物拉伸性能 第1部分：斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率的測(cè)定條樣法》執(zhí)行。采用美國(guó)英斯特朗公司生產(chǎn)的INSTRON 3365萬能材料試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行測(cè)試。用預(yù)加張力夾持試樣，預(yù)加張力為0.1 N。夾持長(zhǎng)度為(100±1)mm，夾持器移動(dòng)的恒定速度為100 mm/min，精確度為±2%。

鑒于文胸肩帶寬度造型的特殊性，其帶身均較窄，不能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于試樣寬度的最小要求，并且7種肩帶試樣的寬度不盡相同，本文試驗(yàn)不對(duì)肩帶試樣的寬度進(jìn)行處理，在進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，所拉伸的試樣寬度就是肩帶試樣的實(shí)際寬度。而寬度對(duì)拉伸性能指標(biāo)的影響將在數(shù)據(jù)分析時(shí)給予排除。

拉伸時(shí)，在鋏鉗中心位置夾持肩帶試樣，以保證拉力中心線通過鋏鉗的中點(diǎn)。開啟試驗(yàn)機(jī)，拉伸肩帶試樣至斷脫，輸出拉伸曲線，并記錄斷裂強(qiáng)力、斷裂伸長(zhǎng)以及斷裂功。

2.3 定伸長(zhǎng)反復(fù)拉伸試驗(yàn)

定伸長(zhǎng)反復(fù)拉伸性能測(cè)試參照FZ/T 60021—2010《織帶產(chǎn)品物理機(jī)械性能試驗(yàn)方法》。采用INSTRON 3365萬能材料試驗(yàn)機(jī)，預(yù)加張力夾持試樣，張力為0.1 N，夾持長(zhǎng)度為(200±1)mm。試驗(yàn)將夾持器的移動(dòng)速度設(shè)定為：在試樣獲得預(yù)加張力0.1 N前，夾持器移動(dòng)速度恒定為20 mm/min;此后，夾持器移動(dòng)速度恒定為100 mm/min，精確度為±2%。

基于著裝者在實(shí)際穿著過程中對(duì)文胸肩帶松緊度的不同習(xí)慣和要求，試驗(yàn)將定伸長(zhǎng)率設(shè)定為10% 、20% 、30% 。

試驗(yàn)時(shí)，試樣長(zhǎng)度方向的兩端平整地緊固在鋏鉗中間位置，保證拉力中心線通過鋏鉗中心。啟動(dòng)儀器，施加0.1 N的預(yù)加張力。待試樣拉伸至預(yù)定伸長(zhǎng)率時(shí)，停置30 s，之后以原速回到起點(diǎn)，停置1 min，再次加以0.1 N的預(yù)加張力。按以上步驟反復(fù)拉伸5次并記錄相關(guān)測(cè)試數(shù)據(jù)。

3 測(cè)試結(jié)果與分析

3.1 試樣拉伸性能指標(biāo)測(cè)定與計(jì)算

拉伸斷裂試驗(yàn)可直接測(cè)量記錄的數(shù)據(jù)有斷裂強(qiáng)力、斷裂伸長(zhǎng)以及斷裂功，其他相關(guān)性能指標(biāo)根據(jù)公式計(jì)算獲得。相關(guān)測(cè)量值和計(jì)算結(jié)果均值可參見表1。

表1 肩帶試樣規(guī)格、拉伸性能指標(biāo)測(cè)定與計(jì)算均值匯總表Tab.1 Specifications and tensile properties of bra strap samples

為了保證肩帶的完整性，在測(cè)試過程中未對(duì)其寬度的一致性進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，因此由肩帶的寬度引起的斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)指標(biāo)的數(shù)值差異導(dǎo)致無法簡(jiǎn)單地判定哪種肩帶的斷裂強(qiáng)力高或低，或是斷裂伸長(zhǎng)大與小。斷裂強(qiáng)度是去除肩帶寬度后的強(qiáng)力指標(biāo)，因此斷裂強(qiáng)度較能體現(xiàn)各肩帶強(qiáng)伸性能。斷裂功是強(qiáng)力和伸長(zhǎng)的綜合指標(biāo)，可有效評(píng)定材料的堅(jiān)牢度或耐久性能。企業(yè)應(yīng)用伸度指標(biāo)粗略地表示肩帶的拉伸彈性，對(duì)照伸度和斷裂伸長(zhǎng)指標(biāo)，伸度相同的肩帶試樣其斷裂伸長(zhǎng)也較為接近，且伸度和斷裂伸長(zhǎng)的總體變化趨勢(shì)也相同。

3.2 肩帶有效彈性終點(diǎn)的確定

圖1 示出文胸肩帶的拉伸曲線。從圖可看出，在開始拉伸的一段時(shí)間內(nèi)，拉伸力很小，初始模量很低，因?yàn)樵撨^程中產(chǎn)生的變形主要是構(gòu)成肩帶的彈性材料自身的伸長(zhǎng)變形，是可恢復(fù)的彈性變形。拐點(diǎn)A后拉伸曲線開始上揚(yáng)，此時(shí)的彈性材料已經(jīng)到達(dá)其最大伸長(zhǎng)狀態(tài)，構(gòu)成肩帶的纖維、紗線產(chǎn)生了不可恢復(fù)的塑性變形和滑移?？烧J(rèn)為拐點(diǎn)A是文胸肩帶的有效彈性終點(diǎn)，該點(diǎn)對(duì)肩帶拉伸回彈性能意義重大。

圖1 文胸肩帶試樣的拉伸曲線Fig.1 Stretch curve of sample strap

關(guān)于有效彈性終點(diǎn)的確定方法未見統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。通過查閱相關(guān)的文獻(xiàn)資料，將該點(diǎn)的確定方法總結(jié)為以下2種：一種是以拉伸曲線上dq/ds=1的點(diǎn)［16］來確定，其示意圖如圖2所示。該方法認(rèn)為彈力織物的拉伸曲線上總存在斜率等于1的特殊點(diǎn)A，即該點(diǎn)處dq/ds=1。這種確定方法缺乏可以參照的實(shí)踐標(biāo)準(zhǔn)和理論依據(jù)。另一種是從負(fù)荷伸長(zhǎng)曲線上找出負(fù)荷明顯增大的拐點(diǎn)，并沿初始與斷裂前的線性段作切線延伸，其交點(diǎn)可認(rèn)為是對(duì)應(yīng)的最大彈性伸長(zhǎng)點(diǎn)，即有效彈性終點(diǎn)［17］，其示意圖如圖3所示。雖然該作圖過程與考泊蘭(Coplan)法確定纖維屈服點(diǎn)的作圖過程［14］類似，但由于上述理論預(yù)測(cè)是在假設(shè)松弛狀態(tài)下緯紗無收縮，且為直線狀的條件下計(jì)算的，而實(shí)際上緯紗在松弛狀態(tài)下略顯彎曲，使得經(jīng)紗收縮更加充分，從而實(shí)測(cè)值應(yīng)略大于理論預(yù)測(cè)值。

圖2 彈力織物有效彈性終點(diǎn)的確定方法1Fig.2 Method one for determining effective elastic point of stretch-fabric

圖3 彈力織物有效彈性終點(diǎn)的確定方法2Fig.3 Method two for determining effective elastic point of stretch-fabric

結(jié)合文胸肩帶拉伸曲線的自身特征和曼列狄斯(Meredith)法確定纖維屈服點(diǎn)的作圖過程［14］(如圖4所示)，本文對(duì)肩帶試樣的有效彈性終點(diǎn)的確定方法設(shè)計(jì)如下：在拉伸曲線上做出坐標(biāo)原點(diǎn)和斷裂點(diǎn)連線的平行線，并與拉伸曲線的轉(zhuǎn)折區(qū)域相切，切點(diǎn)A即為所需確定的有效彈性終點(diǎn)。圖5示出該確定方法的作圖過程。

圖4 曼列狄斯(Meredith)法確定纖維屈服點(diǎn)Fig.4 Meredith method for determining yield point of fiber

圖5 本文肩帶有效彈性終點(diǎn)的確定方法Fig.5 Method for determining effective elastic point of strap in this paper

基于以上關(guān)于有效彈性終點(diǎn)確定方法的討論分析，在拉伸斷裂試驗(yàn)所得文胸肩帶拉伸曲線圖上，先借助CorelDRAW軟件獲取各試樣拉伸曲線上的有效彈性終點(diǎn)，再借助GetData Graph Digitizer軟件獲取有效彈性終點(diǎn)的橫、縱坐標(biāo)值，即有效彈性終點(diǎn)處的負(fù)荷和伸長(zhǎng)，相關(guān)數(shù)據(jù)如表2所示。

對(duì)照各肩帶試樣在有效彈性終點(diǎn)處的拐點(diǎn)負(fù)荷和伸長(zhǎng)，1、3、5號(hào)肩帶的拐點(diǎn)負(fù)荷和伸長(zhǎng)值分別較為接近，在試樣中屬于強(qiáng)度居中拉伸彈性較好的肩帶。2號(hào)肩帶的拐點(diǎn)負(fù)荷值最小，但其拐點(diǎn)伸長(zhǎng)較大，說明2號(hào)肩帶的彈性非常好，易產(chǎn)生拉伸形變，但抵抗形變的能力不佳，在使用過程中容易累積塑性變形。4號(hào)肩帶的拐點(diǎn)負(fù)荷和伸長(zhǎng)都處于較低水平，相比而言其強(qiáng)度較差、彈性較好，但因其斷裂功指標(biāo)非常低，其堅(jiān)牢度和耐用性較差。6號(hào)肩帶的拐點(diǎn)負(fù)荷和伸長(zhǎng)指標(biāo)都較大，說明其強(qiáng)度和彈性均較好，且對(duì)照其斷裂功指標(biāo)可知，其堅(jiān)牢度和耐用性在試樣中為最優(yōu)。7號(hào)肩帶的拐點(diǎn)負(fù)荷最大，拐點(diǎn)伸長(zhǎng)最小，說明其彈性較差，但抵抗拉伸形變的能力好，不易產(chǎn)生塑性變形，結(jié)合其斷裂功指標(biāo)可知，其總體的堅(jiān)牢度和耐用性亦較好。

表2 肩帶試樣有效彈性終點(diǎn)指標(biāo)Tab.2 Related indicators of yield point of strap samples

3.3 肩帶拉伸彈性測(cè)量結(jié)果與分析

通過肩帶試樣定伸長(zhǎng)反復(fù)拉伸試驗(yàn)，記錄試驗(yàn)過程中的相關(guān)數(shù)據(jù)，并計(jì)算求得肩帶試樣在定伸長(zhǎng)拉伸1次和反復(fù)拉伸5次后的彈性回復(fù)率和塑性變形率。

3.3.1 彈性回復(fù)率及塑性變形率配對(duì)樣本檢驗(yàn)

比較肩帶單次拉伸和反復(fù)5次拉伸后的彈性回復(fù)率和塑性變形率數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)在數(shù)值上存在較小的差異，應(yīng)用配對(duì)樣本均值檢驗(yàn)探討差異是否顯著。配對(duì)檢驗(yàn)結(jié)果如表3所示。可見，兩配對(duì)樣本的p值接近為0，均小于顯著性水平0.05，因此認(rèn)為1次拉伸和5次反復(fù)拉伸后彈性回復(fù)率、塑性變形率存在顯著差異。說明肩帶在長(zhǎng)時(shí)間使用過程中，其彈性回復(fù)率將產(chǎn)生顯著衰變，塑性變形率將產(chǎn)生顯著積累。

表3 彈性回復(fù)率、塑性變形率配對(duì)樣本檢驗(yàn)Tab.3 Paired sample test for elastic recovery and plastic strain

3.3.2 疲勞伸長(zhǎng)對(duì)疲勞表征的方差分析

定伸長(zhǎng)反復(fù)拉伸試驗(yàn)中設(shè)定的不同定伸長(zhǎng)率模擬著裝者在實(shí)際穿著過程中對(duì)肩帶松緊度的不同要求和穿著習(xí)慣，肩帶穿著時(shí)的伸長(zhǎng)狀態(tài)對(duì)其疲勞性能是否有影響，影響作用如何尚不明晰。設(shè)疲勞伸長(zhǎng)率為固定因子，定伸長(zhǎng)反復(fù)5次拉伸的彈性回復(fù)率ε5、塑性變形率G5為因變量，應(yīng)用SPSS軟件進(jìn)行單因素方差分析，分析結(jié)果見表4。

表4 疲勞伸長(zhǎng)對(duì)肩帶彈性回復(fù)率及塑性變形率方差分析表Tab.4 Analysis of variance for elastic recovery and plastic strain of strap samples

由表4中的p值均接近0可知在顯著性水平α=0.05時(shí)，不同疲勞伸長(zhǎng)率對(duì)肩帶試樣的彈性回復(fù)率ε5、塑性變形率G5影響顯著。再觀察表4中各疲勞表征變量的擬合系數(shù)R2可知，雖然疲勞伸長(zhǎng)率對(duì)肩帶試樣的彈性回復(fù)率ε5、塑性變形率G5都產(chǎn)生了顯著影響，但并不是構(gòu)成各疲勞表征指標(biāo)差異的主要影響因素。該方差分析模型的檢驗(yàn)效果并不理想。觀察肩帶試樣的各疲勞表征指標(biāo)，經(jīng)檢驗(yàn)其定伸長(zhǎng)反復(fù)5次拉伸彈性回復(fù)率ε5與其初始彈性回復(fù)率ε1，以及定伸長(zhǎng)反復(fù)5次塑性變形率G5與其初始塑性變形率G1存在顯著的線性相關(guān)關(guān)系，因此考慮將肩帶試樣的初始彈性回復(fù)率ε1、塑性變形率G1作為協(xié)變量引入到方差分析中，以排除協(xié)變量對(duì)因變量的影響，從而更加客觀地分析疲勞伸長(zhǎng)率的影響作用。引入?yún)f(xié)變量后，疲勞伸長(zhǎng)對(duì)彈性回復(fù)率ε5、塑性變形率G5的協(xié)方差分析結(jié)果如表5所示。

表5 疲勞伸長(zhǎng)對(duì)肩帶彈性回復(fù)率、塑性變形率的協(xié)方差分析Tab.5 Analysis of covariance for elastic recovery and plastic strain of strap samples

由表5可見肩帶初始彈性回復(fù)率ε1、塑性變形率G1分別對(duì)反復(fù)拉伸5次后的彈性回復(fù)率ε5、塑性變形率G5有較為顯著的貢獻(xiàn);同時(shí)，在排除協(xié)變量的影響后，疲勞伸長(zhǎng)率對(duì)肩帶彈性回復(fù)率ε5、塑性變形率G5的變化沒有顯著影響。從模型的擬合優(yōu)度看，考慮協(xié)變量的模型各擬合系數(shù)R2均接近1，遠(yuǎn)大于不考慮協(xié)變量模型中的擬合系數(shù)R2，說明肩帶試樣的初始彈性回復(fù)率ε1、塑性變形率G1是引起各疲勞表征變量變差的主要因素，肩帶試樣的疲勞伸長(zhǎng)(率)對(duì)肩帶反復(fù)拉伸后的彈性回復(fù)率ε5、塑性變形率G5的影響作用并不顯著。

4 結(jié)論

本文基于文胸肩帶的自身造型及其在日常穿著中的使用特點(diǎn)，采集了7種肩帶樣本作為試驗(yàn)對(duì)象，分別通過拉伸斷裂試驗(yàn)、定伸長(zhǎng)反復(fù)拉伸試驗(yàn)，獲得肩帶試樣的拉伸性能指標(biāo)，應(yīng)用統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，對(duì)肩帶的拉伸性能進(jìn)行了探索性的討論與分析，得到結(jié)論主要如下。

基于文胸肩帶拉伸曲線的特征，結(jié)合曼列狄斯(Meredith)法確定纖維屈服點(diǎn)的作圖過程，對(duì)文胸肩帶的有效彈性終點(diǎn)進(jìn)行了簡(jiǎn)便有效的設(shè)計(jì)：在拉伸曲線上做出坐標(biāo)原點(diǎn)和斷裂點(diǎn)連線的平行線，并與拉伸曲線的轉(zhuǎn)折區(qū)域相切，切點(diǎn)即為所確定的有效彈性終點(diǎn)。

文胸肩帶在日常穿著中產(chǎn)生的形變對(duì)于自身拉伸特性而言均屬于小伸長(zhǎng)形變狀態(tài)范圍，肩帶表現(xiàn)出良好的彈性回復(fù)性能和耐疲勞性能。隨著使用時(shí)間的累積，肩帶會(huì)產(chǎn)生顯著的彈性衰變和塑性積累，但由日常穿著習(xí)慣或胸部塑型要求造成的疲勞伸長(zhǎng)(率)的變化對(duì)其彈性回復(fù)率和塑性變形率指標(biāo)不具有顯著的影響作用，說明肩帶的拉伸回彈性能與正常使用條件下的伸長(zhǎng)狀態(tài)無關(guān)。

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