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织物多方向硬挺度测试方法

作者: 发布于:2016-06-17 点击量:389

织物抵抗其弯曲方向形状变化的能力称为抗弯刚度即硬挺度,常用来评价织物的柔软程度,同时也决定着织物的悬垂性和手感[1-2]。因 此 织物 弯 曲 硬挺度的研究一直受到广泛关注。杨振威等[3]利用自制的织物马鞍状弯曲测试装置研究了织物在实际弯曲状态下的力学性能。刘成霞等[4]进行了水滴法测试织物弯曲性的新探索。何琦辉等[5]提出了一种利用织物在自重作用下的实际弯曲形态间接测试织物弯曲性质的方法。李艳芳等[6]采用一种新的测试方法并制作了测试装置,测试并研究了棉织物的动态弯曲性能。Bilisik[7]探析了缝合方式与机织物弯曲性能的关 系。陈 志 华 等[8]研 究 了混 纺 比 对 棉 与 竹浆、棉纱交织物弯曲性能的影响。杜赵群 等[9]提 出了一种可同时评价与表征纱线与织物弯曲性的测试系统。
综上可知,无论是最近众多学者提出来的各种测试新方法,还是现在通用的斜面法、心形法、织物风格仪测试法,每次都只能得到单一方向的硬挺度指标,现在国标规定用织物经纬两个方向的弯曲性指标来表征织物的硬挺度,而由于织物具有各向异性,不同方向的硬挺度有较大差异,因此经纬两个方向的弯曲性未必能全面反映整块织物的硬挺度。要全面了解织物不同方向的弯曲性能,则需要进行多次测量,耗费较多的人力和物力。
针对以上情况,本文提出一种简便的、能同时测试织物多个方向硬挺度的方法。

 实 验
1.1 试样的选取
选取硬挺度差异较大的棉、麻及其他织物共15种,其具体结构指标如表1所示。
1.2 斜面法5个方向测试织物硬挺度
尽管国家标准中规定织物弯曲性和硬挺度均只测试织物经纬两个方向,但为使研究更深入和全面,本文在 研 究 中 增 加 了 另 外 3 个 方 向。即 参 照 ZBW04003—1987《织 物 硬挺 度 试 验 方 法 斜 面 悬 臂 梁法》,测试 织 物0°(纬 向)、22.5°、45°、67.5°、90°(经向)这5个方向的弯曲长度和抗弯刚度,测试仪器为YG(B)022D型全自动织物硬挺仪,所测结果如表2所示。表2显示,织物不同方向的抗弯刚度有所不同,如1# 试样如果仅取经纬向平均抗弯 刚 度,则 结果是792.38cN·cm,而5个 方 向的 平 均 抗 弯 刚 度是554.48cN·cm,两者差异较大。
1.3 织物多方向硬挺度测试方法
1.3.1 原理
织物多方向硬挺度测试方法的原理是将一重物置于四周固定、中间悬空的圆形试样中心位置,织物的圆心位置会在重物作用下下陷而产生弯曲变形,形变量是织物多个方向抵抗外力作用的结果,因而可根据织物的变形程度来表征织物综合的硬挺度。故将这一方法命名为凹陷法。
1.3.2 实验准备
a)实验工 具:凹 陷 试 验 台(试 验 台 用 有 机 玻 璃制成,如图1(a)所 示。上 端 面 是 正 方 形,且 中 心 位置带有直径6cm 的中空圆形);数码相机5架(分别置于凹陷试验台的正上方及四周合适的位置);质量适宜的砝码。
b)大气环境:恒 温 恒 湿 的 标 准 大 气 条 件,且 光照均匀充足。
c)试样规 格:将 表1中的织物剪成直径10cm的圆形试样,每种织物准备3块试样。
本文所采用 的 砝 码 质 量 为3g,正 式 实 验 前,为确定试验台上端面中心圆孔直径的尺寸,将圆孔直径从3cm 到8cm,每 隔1cm 均 做 过预 实 验,研 究 发现:圆孔在3~4cm 之间 时,对于 中 厚 型 织 物,凹 陷深度和翘起高度不够明显,圆孔直径在7~8cm 时,对于轻薄柔软的织物,在3g砝码重力的作用下,则会过度凹陷,甚 至 滑 落 下 去,因 此 直 径 选 在5cm 和6cm 比较合适。综合考虑本文中选取的面料以及所裁剪的试样直径,最终将圆孔直径定为6cm。
1.3.3 测试步骤
a)将待测试样的直径方向上,分 别 做 经、纬 向标记线,并将其置于标准大气条件下24h;
b)将置于凹陷试验 台 正 上 方 和 四 周 侧 面 的 数码相机调整好焦距和拍摄角度;
c)将准备好的圆形试样置于凹陷试验台上端,注意尽量使试样置于试验台的中心位置,然后将砝码轻轻匀速地放在试样圆心位置(即经、纬标记线的交点处);d)放置砝码1min、试样形态稳定后,用相机从
5个角度对变形后的织物拍照。
需要说明的是,表2中的2# 试样由于硬挺度太小,放置砝码时,很容易从试验台中心滑落,因此只拍摄得到14块织物的图像。
1.3.4 评价指标
将以上拍摄的照片导入具有查询长度和面积等参数功能的 AutoCAD图像处理软件。新指标的设定原理:硬挺度不同的织物利用凹陷法测试时,在相同重物的作用下,试样圆心的凹陷深度、四周边缘的翘起高度以及试样投影面积都有所不同,因此引入凹陷深度、翘起高度和硬挺度系数作为评价织物硬挺度的指标。
a)凹陷深度 D:即试样在砝码的作用下,圆心下陷的距离;
b)翘起高度 H:由于试样在砝码的作用下圆心凹陷,而使四周翘起的高度,具体为凹陷试样4个水平方向所得图像中最大翘起高度的平均值;
c)硬挺度系数I:即试样凹陷后的正上方投影面积与 凹 陷 前 正 上 方 投 影 面 积 之 比,其 取 值 介 于0~1之间,引入此指标是为了避免照相机放置的远近距离对测试结果的影响。

2 结果与讨论
2.1 斜面法与凹陷法所得指标之间的相关性将凹陷法所测硬挺度指标与表2中斜面法测得的弯曲长度和抗弯刚度之间进行相关分析,结果如表3所示。
从表3可以看出以上几项重要结果。
a)凹陷法中3个表征硬挺度的指标:凹陷深度D、翘起高度 H 及硬挺度系数I,与斜面法测得的5个方向的平均弯曲长度及抗弯刚度之间都呈显著的线性相关关系。
b)3项新指标与织物多方向的平均抗弯刚度的相关性大于这三者与弯曲长度的相关性。
c)与斜面法中的两个指标相关性从大到小依次是:硬挺度系数、凹陷深度和平均翘起高度。且硬挺度系数与弯曲长度和抗弯刚度成正相关关系,凹陷深度和翘起高度与弯曲长度和抗弯刚度成负相关关系。
由于凹陷法中的3项指标与抗弯刚度的相关性大于其与弯曲长度的相关性,因此接下来进一步通过回归分析,建立凹陷法中的硬挺度指标与抗弯刚度的关系。
2.2 凹陷法中的硬挺度指标与斜面法多方向的平均抗弯刚度之间的关系硬挺度系数、凹陷深度和翘起高度与斜面法中织物多方向的平均抗弯刚度之间的回归关系分别见图2、图3和图4。
图2显示凹陷法中硬挺度系数越大的织物,也就是越 硬 挺、越不容易变形的织物,外 力 作 用(即自身重力和砝 码 重 力)使其凹陷产生的面积变化越小,因此在斜面法中它们所测的织物多个方向平均的抗 弯 刚 度 也 就 越 大,二 者 具 有 明 显 的 正 线性关系。其 对 应 的 具 体 关 系 式 为:Y=5096.1X1-3509.4,其 中 X1 是 硬 挺度 系 数,Y 是 抗 弯刚 度(cN·cm),相 关 系 数 R2 为 0.8952。此 方 程 表 明可以用凹陷法中的 硬 挺 度 系 数 来 估 算 织 物 多 方 向的平均抗弯刚度。
图3和图4表明凹陷深度和翘起高度随抗弯刚度的增大呈明显的递减趋势。织物多方向的平均抗弯刚度越大,即硬挺度越高的织物,越不容易随外力而改变原有的形状,因此在重物砝码的作用下,试样圆心处的下陷深度和四周的翘起高度也越小。具体关系式分别是:Y=-980.94X2+1793.4其中X2 是凹陷深度(cm),Y 是抗弯刚度(cN·cm),相关系数R2 为0.8077。Y=1967X23-5124.1X3+3346.5其中X3 是平均翘起高度(cm),Y 是抗弯刚度(cN·cm),相关系数R2 为0.7968。

3 结 论
本文先用传统的斜面法测试了常见织物5个不同方向的弯曲长度和抗弯刚度,接下来用自行设计的凹陷法进行测试,并用图像处理软件提取了14块织物的硬挺度系数、凹陷深度和翘起高度,经过数据分析,得出以下结论。
a)凹陷法中的3项指标与斜面法中织物5个不同方向的平均弯曲长度及抗弯刚度都具有高度的线性关系。这说明本文提出的凹陷法在预测织物多方向的弯曲性能方面具有一定的可行性。
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