孫 草，杜趙群

(東華大學(xué)紡織面料技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 201620)

織物硬挺度為織物的基本風(fēng)格之一，是決定織物造型美和消費(fèi)者喜好的關(guān)鍵指標(biāo)之一，如西服的挺括、針織內(nèi)衣的貼身柔軟、非織造布的硬挺等?？椢镉餐Χ鹊目陀^實(shí)驗(yàn)測(cè)試［1－3］可有效評(píng)價(jià)其使用，如皮革類非織造布的硬挺度測(cè)試能更好地指導(dǎo)其在服用、家紡上的應(yīng)用，針織物測(cè)試可以使其在內(nèi)衣上達(dá)到更好的舒適度，機(jī)織物測(cè)試使其在西服、西褲等選材上更具指導(dǎo)意義。

織物硬挺度風(fēng)格的測(cè)試方法常見(jiàn)的為KES、FAST、PhabrOmeter等［4－6］，以上基本上為小應(yīng)力下的織物硬挺度定量測(cè)試，對(duì)于非織物、大衣等硬挺試樣的測(cè)試就變得較為困難，且分析繁瑣、儀器價(jià)格昂貴，而未能得到廣泛應(yīng)用，因此，國(guó)內(nèi)外企業(yè)所常采用簡(jiǎn)易的斜面法測(cè)試儀分析織物硬挺度［4］，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18318.1—2009《紡織品 彎曲性能的測(cè)定第1部分:斜面法》和GB/T 18318.2—2009《紡織品彎曲性能的測(cè)定第2部分:心形法》。該方法測(cè)試簡(jiǎn)易，成本低，但織物試樣制備過(guò)程中一端由于拆紗差異對(duì)結(jié)果影響較大，對(duì)剛硬的非織物和柔軟的針織物而言其測(cè)試亟待解決;基于此類原理的心形法測(cè)試織物的硬挺度，是將織物彎成心形形狀，測(cè)試彎曲剛度和長(zhǎng)度，但對(duì)于柔軟織物而言，造型接近，分辨率低。

據(jù)此，本文基于紡織品性能測(cè)試儀(CHES-FY)對(duì)織物硬挺度進(jìn)行測(cè)試［7－8］，探索其在測(cè)試織物柔軟硬挺度方面的實(shí)用性，選用針織布、機(jī)織布、非織造布和復(fù)合材料等柔軟、硬挺顯著差異，測(cè)試指標(biāo)值為寬范圍的試樣進(jìn)行測(cè)試，并與斜面法和心形法進(jìn)行對(duì)比測(cè)試，驗(yàn)證該系統(tǒng)測(cè)試的可適性。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 CHES-FY系統(tǒng)彎曲性能測(cè)量基本原理

CHES-FY系統(tǒng)及主要機(jī)構(gòu)［9］如圖1(a)所示，由托針、雙U形針、夾頭、主機(jī)和控制器構(gòu)成。實(shí)驗(yàn)時(shí)將試樣夾持在夾頭上，由托針完成試樣的抽拔。

托針抽拔織物的抽拔力由與托針相連的力傳感器獲得，抽拔距離由托針移動(dòng)速度和采樣頻率計(jì)算獲得，所得抽拔力-位移曲線如圖1(b)所示。根據(jù)織物的抽拔變形形態(tài)與抽拔力-位移曲線形態(tài)，可知曲線特征值與織物的彎曲性能存在相關(guān)性。原因在于試樣在抽拔過(guò)程中存在彎曲變形，當(dāng)托針托起試樣至雙U形針間的織物試樣為水平直線形態(tài)，托針和雙U形針構(gòu)成三點(diǎn)梁結(jié)構(gòu)［10］對(duì)試樣實(shí)施彎曲變形，為彎曲階段的開(kāi)始位置，終止于抽拔力達(dá)到最大力值開(kāi)始下降位置?？蓮膹澢A段的抽拔力-位移曲線提取左斜率k、峰值力Y和左面積S，因此，左斜率、峰值力和左面積用于CHES-FY系統(tǒng)評(píng)價(jià)織物的彎曲性能。

實(shí)驗(yàn)樣品規(guī)格:機(jī)織物經(jīng)緯向尺寸分別為200mm×20mm;針織物、非織造布、復(fù)合材料尺寸為200mm×20mm。所有試樣在溫度為(20±2)℃，濕度為(65±3)%的條件下平衡24 h。實(shí)驗(yàn)測(cè)試中的儀器參數(shù)設(shè)置為:定夾頭距離60mm，夾頭到雙壓針的距離60mm，壓針直徑2mm，壓針間距離10mm。

1.2 斜面法實(shí)驗(yàn)

根據(jù)斜面法彎曲性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)(如圖2所示)，將矩形試樣放在水平平臺(tái)上，試樣長(zhǎng)軸與平臺(tái)長(zhǎng)軸平行，沿平臺(tái)長(zhǎng)軸方向推進(jìn)試樣，使其伸出平臺(tái)并在自重下彎曲，伸出端懸空，由尺子壓住平臺(tái)上試樣的另一部分。當(dāng)試樣的頭端通過(guò)平臺(tái)的前緣達(dá)到與水平線呈41.5°傾角斜面時(shí)，可得彎曲長(zhǎng)度。

圖1 CHES-FY系統(tǒng)示意圖和典型曲線圖Fig.1 System diagram of CHES-FY system and typicalcurve.(a)System diagram of CHES-FY system;(b)Typical pulling-out force＆displacement curve

圖2 斜面法示意圖Fig.2 Schematic of Cantilever bending meter

實(shí)驗(yàn)樣品規(guī)格:機(jī)織物經(jīng)、緯向尺寸分別為250mm×25mm;針織物、非織造布、復(fù)合材料尺寸為250mm×25mm。所有試樣在溫度為(20±2)℃、濕度為(65±3)%的條件下平衡24 h。

1.3 心形法

心形法測(cè)試原理如圖3所示，把長(zhǎng)方形試樣兩端反向疊合后夾在試驗(yàn)架上，試樣呈心形懸掛，測(cè)定心形環(huán)的高度，依此評(píng)定織物的彎曲性能。

圖3 心形法試樣及試樣夾持Fig.3 Schematic diagram of Heart Loop test

實(shí)驗(yàn)樣品規(guī)格:機(jī)織物經(jīng)、緯向尺寸分別為250mm×20mm;針織物、非織造布、復(fù)合材料尺寸為250mm×20mm。所有試樣在溫度為(20±2)℃，濕度為(65±3)%的條件下平衡24 h。

1.4 織物試樣規(guī)格

實(shí)驗(yàn)共選擇20塊織物試樣，其中1號(hào)～3號(hào)為非織造布，4號(hào)為復(fù)合材料，5號(hào)和6號(hào)為針織布，7號(hào)為超高分子量聚乙烯纖維布，8號(hào)～20號(hào)為機(jī)織布。試樣的厚度和面密度如表1所示。

表1 20種試樣的規(guī)格Tab.1 Specifications of 20 samples

2 結(jié)果與分析

2.1 測(cè)試結(jié)果分析

分別采用CHES-FY系統(tǒng)、斜面法、心形法對(duì)織物進(jìn)行彎曲性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表2所示。從表2的測(cè)試結(jié)果可知:由于1號(hào)試樣很硬，伸出的長(zhǎng)度超過(guò)儀器范圍，故斜面法對(duì)1號(hào)試樣無(wú)法進(jìn)行測(cè)試;心形法測(cè)試的彎曲長(zhǎng)度數(shù)值很接近，由于誤差的存在可能無(wú)法進(jìn)行彎曲性能測(cè)試。而CHES-FY系統(tǒng)能測(cè)試上述20種試樣，且測(cè)試指標(biāo)結(jié)果對(duì)于柔軟和硬挺的織物存在明顯差異，較斜面法和心形法而言，可清晰地表達(dá)織物彎曲硬挺度的差異。

表2 20種試樣的測(cè)試結(jié)果Tab.2 Experimental results of 20 samples

2.2 CHES-FY系統(tǒng)測(cè)試與斜面法相關(guān)性

基于對(duì)CHES-FY系統(tǒng)測(cè)試的實(shí)驗(yàn)分析，首先分別作每個(gè)變量與織物斜面法的彎曲長(zhǎng)度的線性回歸分析，結(jié)果如圖4～6所示?？梢钥闯?，3個(gè)變量與織物斜面法的彎曲長(zhǎng)度L之間有較好的線性關(guān)系。分析三者與斜面法彎曲長(zhǎng)度的相關(guān)性知，三者與斜面法的相關(guān)系數(shù)分別為 0.934、0.905、0.858，說(shuō)明用CHES-FY系統(tǒng)測(cè)試與斜面法的彎曲長(zhǎng)度有較好的相關(guān)性，CHES-FY系統(tǒng)可準(zhǔn)確地測(cè)量織物的彎曲性能。

圖4 左斜率k與斜面法彎曲長(zhǎng)度的線性回歸分析Fig.4 Linear regression analysis of left slope k and bending length of Cantilever test

圖5 峰值Y與斜面法彎曲長(zhǎng)度的線性回歸分析Fig.5 Linear regression analysis of peak Y and bending length of Cantilever test

圖6 CHES-FY的左面積S與斜面法彎曲長(zhǎng)度的線性回歸分析Fig.6 Linear regression analysis of left area S and bending length of Cantilever test

CHES-FY系統(tǒng)測(cè)試曲線特征值中的左斜率k、峰值Y和左面積S與織物彎曲性能相關(guān)，利用SPSS軟件將CHES-FY系統(tǒng)測(cè)試中的3個(gè)相關(guān)特征值與斜面法測(cè)得彎曲長(zhǎng)度作多元線性回歸分析，可更優(yōu)地表征織物的彎曲性能。

采用SPSS相關(guān)性分析中的進(jìn)入法對(duì)提取特征指標(biāo):左斜率k、峰值Y和左面積S(自變量)與斜面法測(cè)試時(shí)的彎曲長(zhǎng)度(因變量)進(jìn)行多元線性回歸分析。由于采用進(jìn)入法，沒(méi)有剔除變量，保留了全部3個(gè)變量，其多元回歸結(jié)果如表3所示。

表3 回歸方程中的回歸系數(shù)(斜面法)Tab.3 Regression coefficient of regression equation(cantilever test)

多元線性回歸系數(shù)R為0.926，說(shuō)明回歸方程建立的比較好，所以回歸方程可滿足線性與方差齊性的假設(shè)且擬合效果好。方差分析結(jié)果表明，當(dāng)回歸方程包含3個(gè)不同自變量時(shí)，其顯著性概率小于0.001，即拒絕總體歸回系數(shù)為0的假設(shè)，因此，最終方程應(yīng)包含著3個(gè)變量。

由表3中回歸結(jié)果分析得出其多元線性回歸方程為L(zhǎng)=1.872+10.147k－2.184Y+0.204S。

2.3 CHES-FY系統(tǒng)測(cè)試與心形法相關(guān)性

為了分析CHES-FY系統(tǒng)測(cè)試實(shí)驗(yàn)過(guò)程中提取的曲線特征值(左斜率k、峰值Y和左面積S)與心形法測(cè)得的彎曲長(zhǎng)度的關(guān)系，首先分別作每個(gè)變量與心形法的彎曲長(zhǎng)度的線性回歸分析，結(jié)果如圖7～9所示?？梢钥闯?，3個(gè)變量與織物心形法的彎曲長(zhǎng)度之間有較好的線性關(guān)系，CHES-FY系統(tǒng)的左斜率k、峰值Y和左面積S與心形法的彎曲長(zhǎng)度的相關(guān)系數(shù)分別為 0.646、0.642、0.648，說(shuō)明用 CHES-FY系統(tǒng)與心形法測(cè)試的彎曲長(zhǎng)度具有很好的相關(guān)性，CHES-FY系統(tǒng)能較為準(zhǔn)確地測(cè)量織物的彎曲性能。

圖7 CHES-FY系統(tǒng)測(cè)試的左斜率k與心形法彎曲長(zhǎng)度的線性回歸分析Fig.7 Linear regression analysis of left slope k and bending length of Heart Loop test

對(duì)于CHES-FY系統(tǒng)測(cè)試曲線特征值中的左斜率k、峰值Y和左面積S，采用SPSS軟件分析與心形法測(cè)得彎曲長(zhǎng)度的多元線性回歸關(guān)系，采用SPSS相關(guān)性分析中的進(jìn)入法分析左斜率k、峰值Y和左面積S(自變量)與心形法測(cè)試時(shí)的彎曲長(zhǎng)度進(jìn)行多元線性回歸分析，結(jié)果如表4所示。

由表4可知，多元線性回歸系數(shù)R為0.838，說(shuō)明回歸方程建立的比較好。方差分析結(jié)果表明，當(dāng)回歸方程包含3個(gè)不同自變量時(shí)，其顯著性概率小于0.001，即拒絕總體歸回系數(shù)為0的假設(shè)，因此，最終方程應(yīng)包含3個(gè)變量，其方程擬合效果較好。

圖8 CHES-FY系統(tǒng)測(cè)試的峰值Y與心形法彎曲度的線性回歸分析Fig.8 Linear regression analysis of peak Y and bending length of Heart Loop test

圖9 CHES-FY系統(tǒng)測(cè)試的左面積S與心形法彎曲長(zhǎng)度的線性回歸分析Fig.9 Linear regression analysis of left area S and bending length of Heart Loop test

表4 回歸方程中的回歸系數(shù)(心形法)Tab.4 Regression coefficient of regression equation(heart loop test)

表4為回歸結(jié)果分析表，其多元線性回歸方程為L(zhǎng)=4.246+4.26k－0.861Y+0.079S。

2.4 儀器特征值的分辨率和重現(xiàn)性

在分析了CHES-FY系統(tǒng)測(cè)試特征值與斜面法、心形法測(cè)試結(jié)果的相關(guān)性之后，為了進(jìn)一步確定CHES-FY系統(tǒng)測(cè)試是否能有效地表征織物彎曲性能，對(duì)當(dāng)前條件下的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了靈敏度(對(duì)不同硬挺度織物的區(qū)分和硬挺測(cè)試數(shù)據(jù)的范圍作為本次測(cè)量的靈敏度)和重現(xiàn)性分析。

2.4.1 CHES-FY系統(tǒng)測(cè)試特征值的靈敏度

為了定量表征CHES-FY系統(tǒng)測(cè)試的優(yōu)越性，采用左斜率、峰值和左面積的靈敏度［9］作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)20組CHES-FY系統(tǒng)測(cè)試的曲線特征值和斜面法、心形法的彎曲長(zhǎng)度進(jìn)行靈敏度分析，結(jié)果如表5所示。

表5 CHES-FY系統(tǒng)測(cè)試和斜面法、心形法靈敏度分析Tab.5 Sensitivity analysis of CHES-FY system test，Cantilever test and Heart Loop test

由表5知，CHES-FY系統(tǒng)測(cè)試的曲線3個(gè)特征值的 CV值和極差分別是 1.15、2.93，1.09、2.71，1.03、2.11，而斜面法和心形法的CV值和極差分別為 0.23、0.62;0.2、－0.19，CHES-FY 系統(tǒng)特征值的CV值和極差比斜面法和心形法的測(cè)試值的CV值和極差都高，說(shuō)明CHES-FY系統(tǒng)能更好地區(qū)分不同硬挺度的織物及更廣泛的測(cè)試數(shù)據(jù)范圍，表明CHES-FY系統(tǒng)有更高的靈敏度，能區(qū)分明顯差異的柔軟和硬挺織物，也能區(qū)分硬挺度較為接近的織物。

斜面法測(cè)試彎曲長(zhǎng)度中1號(hào)試樣無(wú)法進(jìn)行測(cè)量，心形法測(cè)試結(jié)果非常接近，表明難以區(qū)分硬挺接近的織物試樣;而CHES-FY系統(tǒng)不僅定量測(cè)試了其彎曲性能，而且能較大地區(qū)分硬挺度接近的織物，表明其測(cè)試靈敏度高，測(cè)試試樣的適用性更廣。

2.4.2 3臺(tái)儀器測(cè)試的重現(xiàn)性

在相同實(shí)驗(yàn)條件下，用CHES-FY系統(tǒng)對(duì)20種試樣進(jìn)行了3次重復(fù)測(cè)試，在測(cè)試曲線中分別提取左斜率、峰值和左面積，并根據(jù)已經(jīng)分析出來(lái)的斜面法彎曲長(zhǎng)度與3個(gè)指標(biāo)的方程關(guān)系:L=1.872+10.147k－2.184Y+0.204S，將3個(gè)指標(biāo)帶入方程，得到理論彎曲長(zhǎng)度值;然后，計(jì)算試樣3次重復(fù)測(cè)時(shí)所得的彎曲長(zhǎng)度的CV值;同時(shí)計(jì)算斜面法和心形法的彎曲長(zhǎng)度的CV值，其結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 20組試樣的CV值Tab.6 CV of 20groups of sample

從表6可以看出，所測(cè)織物試樣的彎曲長(zhǎng)度的CV值全部小于5%，說(shuō)明在本文實(shí)驗(yàn)參數(shù)組合下，CHES-FY、斜面法和心形法的測(cè)試結(jié)果穩(wěn)定，重復(fù)性好，可有效地用于測(cè)試試樣的彎曲性能。

基于CHES-FY系統(tǒng)測(cè)試的彎曲階段的特征值較為穩(wěn)定，并能高靈敏度地鑒別硬挺度接近的織物和寬范圍的適用性，表明儀器在測(cè)試非織造、復(fù)合材料、針織、機(jī)織等織物彎曲性能的穩(wěn)定性較好，可以比較穩(wěn)定、真實(shí)地反映織物的彎曲性能。

3 結(jié)論

本文在相同實(shí)驗(yàn)條件下采用CHES-FY系統(tǒng)對(duì)20組織物試樣(包含非織造布、復(fù)合材料、針織物、機(jī)織物)進(jìn)行了測(cè)試，從抽拔力-位移曲線上提取左斜率、峰值和左面積3個(gè)特征值;采用SPSS對(duì)3個(gè)特征值與斜面法、心形法的彎曲長(zhǎng)度進(jìn)行了相關(guān)性分析，結(jié)果表明相關(guān)性較好。同時(shí)，對(duì)CHES-FY系統(tǒng)的靈敏度和實(shí)驗(yàn)重現(xiàn)性進(jìn)行了分析，其靈敏度遠(yuǎn)高于斜面法和心形法測(cè)試彎曲性能，實(shí)驗(yàn)重現(xiàn)性穩(wěn)定。CHES-FY系統(tǒng)能較為準(zhǔn)確清晰地反映織物的彎曲性能，并且有很好的靈敏度和實(shí)驗(yàn)重現(xiàn)性，因此，能客觀準(zhǔn)確地表達(dá)織物的硬挺性能。

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