不同織物彎曲性能測(cè)試儀測(cè)試結(jié)果的比較

吳巧英，胡 瀅，吳春勝，勞世慧

(1.浙江理工大學(xué)服裝學(xué)院，浙江 杭州 310018;2.浙江科技學(xué)院藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院，浙江 杭州 310023)

不同織物彎曲性能測(cè)試儀測(cè)試結(jié)果的比較

吳巧英1，胡 瀅1，吳春勝2，勞世慧1

(1.浙江理工大學(xué)服裝學(xué)院，浙江 杭州 310018;2.浙江科技學(xué)院藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院，浙江 杭州 310023)

為研究不同儀器彎曲性能測(cè)試結(jié)果的穩(wěn)定性及其相關(guān)性，選取FAST-2彎曲儀和YG(B)022D型全自動(dòng)織物硬挺度儀作為對(duì)比儀器，測(cè)試了15種棉織物、毛織物、絲織物在0°、45°、90°以及135°方向上的彎曲性能，計(jì)算了彎曲剛度測(cè)試結(jié)果的變異系數(shù)，并用統(tǒng)計(jì)分析方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。結(jié)果表明:硬挺度儀對(duì)3類(lèi)織物的測(cè)試結(jié)果穩(wěn)定性明顯優(yōu)于FAST-2彎曲儀，差異程度從高到低排序依次是絲織物、毛織物和棉織物;2種儀器對(duì)毛織物的測(cè)試穩(wěn)定性均優(yōu)于其他2類(lèi)織物，且2種儀器測(cè)試結(jié)果之間的相關(guān)系數(shù)達(dá)0.945，為強(qiáng)正相關(guān)。

彎曲性能;彎曲剛度;織物;誤差分析

織物的彎曲性能對(duì)服裝外觀造型、成衣可加工性及穿著舒適性等方面有較大影響［1］，準(zhǔn)確評(píng)價(jià)彎曲性能對(duì)于合理選用織物，控制服裝產(chǎn)品質(zhì)量有著重要的意義。國(guó)內(nèi)外研究者致力于對(duì)織物彎曲性能客觀評(píng)價(jià)的研究，提出了許多測(cè)試方法和評(píng)價(jià)指標(biāo)［2-3］，其中的斜面法因操作簡(jiǎn)單，評(píng)價(jià)指標(biāo)明晰而成為紡織服裝界應(yīng)用最廣泛的測(cè)試方法［4］。斜面法應(yīng)用懸臂梁力學(xué)模型［5］，測(cè)得彎曲長(zhǎng)度，計(jì)算得到織物彎曲剛度，已成為各國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法，如美國(guó)的ASTM，中國(guó)的GB等。該法也被廣泛應(yīng)用于儀器的開(kāi)發(fā)研制中，如澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究所(CSIRO)的FAST-2彎曲測(cè)試儀，國(guó)產(chǎn)各型號(hào)手動(dòng)或自動(dòng)的織物硬挺度測(cè)試儀。國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究結(jié)果表明，斜面法中的彎曲剛度與其他方法如純彎曲法［6-7］、水滴法［8］等測(cè)得的彎曲性能指標(biāo)之間具有較高程度線(xiàn)性相關(guān)關(guān)系。但是，斜面法存在一定局限性，該法不適于測(cè)量特別柔軟、卷曲或扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象嚴(yán)重的織物，并且測(cè)試過(guò)程中容易出現(xiàn)誤差［3］，影響測(cè)試結(jié)果的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。隨著新產(chǎn)品、新材料的不斷開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，急需在提高儀器的測(cè)試穩(wěn)定性和準(zhǔn)確度等方面加強(qiáng)研究。

本文擬通過(guò)2種基于斜面法的常用彎曲剛度測(cè)試儀實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較分析，研究2種儀器測(cè)試結(jié)果的穩(wěn)定性和相關(guān)性，分析誤差產(chǎn)生原因和減少誤差的途徑，以期為減少織物彎曲性能測(cè)試誤差，提高測(cè)試準(zhǔn)確性提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器

選取 FAST-2彎曲儀(以下簡(jiǎn)稱(chēng)儀器 1)和YG(B)022D型全自動(dòng)織物硬挺度儀(以下簡(jiǎn)稱(chēng)儀器2)作為對(duì)比儀器。

1.2 實(shí)驗(yàn)材料的選取

織物的選取遵循常見(jiàn)、多樣及代表性相結(jié)合的原則，根據(jù)織物的厚薄、織物結(jié)構(gòu)組織的不同，選取生產(chǎn)中常見(jiàn)的棉織物、絲織物和毛織物各5種(不包含特別柔軟、卷曲或扭轉(zhuǎn)嚴(yán)重的織物)。織物基本參數(shù)見(jiàn)表1，其中棉織物、絲織物和毛織物試樣對(duì)應(yīng)的編號(hào)分別為1～5、6～10和11 ～15。

1.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果評(píng)價(jià)方法

分別用FAST-2彎曲儀和YG(B)022D型全自動(dòng)織物硬挺度儀，在標(biāo)準(zhǔn)大氣環(huán)境中測(cè)試織物經(jīng)、緯向、45°和135°斜向等4個(gè)方向的彎曲性能，2種儀器的彎曲性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)方案見(jiàn)表2，其中后者的測(cè)試方法依據(jù)GB/T 18318.1—2009《紡織品彎曲性能的測(cè)定第1部分:斜面法》。

彎曲儀與硬挺度儀的評(píng)價(jià)指標(biāo)相同，彎曲長(zhǎng)度C通過(guò)測(cè)量直接得到，而后通過(guò)式(1)計(jì)算得到彎曲剛度:

式中:B為彎曲剛度，μN(yùn)·m;W為織物面密度，g/m2;C為彎曲長(zhǎng)度，mm。

表1 織物基本參數(shù)Tab.1 Specification parameters of fabric

表2 2種儀器的彎曲剛度測(cè)試實(shí)驗(yàn)方案Tab.2 Experimental scheme for determination of bending behavior by using two apparatuses

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表3列出經(jīng)向(0°)和緯向(90°)試樣彎曲剛度的測(cè)試結(jié)果。

2.2 測(cè)試結(jié)果的穩(wěn)定性比較

由表3可見(jiàn)，彎曲儀(儀器1)測(cè)得的織物彎曲剛度低于硬挺度儀(儀器2)，分析原因?yàn)?種儀器測(cè)試原理相同，但采用的試樣尺寸不同，導(dǎo)致測(cè)得彎曲剛度數(shù)值不同［9］，因此選用變異系數(shù)來(lái)比較2種儀器測(cè)試結(jié)果的離散程度［6］，變異系數(shù)越大，測(cè)試結(jié)果波動(dòng)性越大，儀器穩(wěn)定性越低。變異系數(shù)的計(jì)算公式為

表3 彎曲剛度測(cè)試結(jié)果Tab.3 Test results of bending rigidity μN(yùn)·m

表4 彎曲剛度測(cè)量值的變異系數(shù)CV值Tab.4 Coefficient of variation of bending rigidity%

用單因素方差分析法［10］比較相同儀器測(cè)得0°、45°、90°、135°這4 個(gè)方向的彎曲剛度測(cè)量值變異系數(shù)均值，得到儀器1和儀器2的F檢驗(yàn)值分別為1.728、0.488，對(duì)應(yīng)的顯著性分別為 0.172、0.692，均高于顯著水平0.05，變異系數(shù)均值無(wú)顯著差異。結(jié)果表明，用相同儀器測(cè)量織物不同方向彎曲剛度，測(cè)量結(jié)果的穩(wěn)定性無(wú)顯著差異。

用單因素方差分析法比較相同儀器測(cè)得不同織物類(lèi)別的彎曲剛度測(cè)量值變異系數(shù)均值。儀器2不同織物類(lèi)別之間的彎曲剛度測(cè)量值變異系數(shù)方差不齊(Levene統(tǒng)計(jì)量的顯著性為0.012，小于顯著水平0.05)，故先將數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換，使其滿(mǎn)足方差齊性要求(對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)的Levene統(tǒng)計(jì)量的顯著性為0969)［10］。由此得到儀器1和儀器2的F檢驗(yàn)值分別為 4.448、9.588，對(duì)應(yīng)的顯著性分別為0.016、小于0.001，可見(jiàn)用同一種儀器測(cè)量的不同面料類(lèi)別的變異系數(shù)均值差異顯著。

用Tukey多重比較檢驗(yàn)法［10］對(duì)不同類(lèi)別織物彎曲剛度測(cè)量值變異系數(shù)作進(jìn)一步分析，檢驗(yàn)結(jié)果列于表5。可見(jiàn)，2種儀器測(cè)量毛織物的彎曲剛度變異系數(shù)均值分別為最小，表明毛織物的測(cè)量穩(wěn)定性最好。對(duì)于儀器1，棉織物與絲織物及毛織物的彎曲剛度變異系數(shù)均值無(wú)顯著差異(顯著性分別為0.746和0.091)，而絲織物與毛織物差異顯著(顯著性為0.016)，表明儀器1測(cè)量毛織物的穩(wěn)定性明顯高于絲織物。對(duì)于儀器2，絲織物與棉織物及毛織物的彎曲剛度變異系數(shù)均值無(wú)顯著差異(顯著性分別為0.108和0.185)，而棉織物與毛織物差異非常顯著(顯著性為0.001)，表明儀器2測(cè)量毛織物的穩(wěn)定性明顯高于棉織物。

表5 不同類(lèi)別織物彎曲剛度測(cè)量值變異系數(shù)CV的多重比較檢驗(yàn)結(jié)果Tab.5 Results of multiple comparisons of CV of bending rigidity among different fabric types

用兩配對(duì)t檢驗(yàn)法［10］比較2種儀器測(cè)得3類(lèi)織物彎曲剛度B測(cè)量值變異系數(shù)均值，結(jié)果見(jiàn)表6。

由表6可見(jiàn)，不論哪類(lèi)織物，2種儀器的彎曲剛度變異系數(shù)均值都存在顯著差異(顯著性均小于0.05)，表明儀器2(硬挺度儀)測(cè)得彎曲剛度的變異系數(shù)明顯低于儀器1(彎曲儀)，硬挺度儀的穩(wěn)定性明顯較優(yōu)。另根據(jù)t檢驗(yàn)值大小可以看出，2種儀器的測(cè)試穩(wěn)定性從高到低排序依次為絲織物、毛織物和棉織物，對(duì)應(yīng)的變異系數(shù)均值差分別為5.04%、3.42%和2.93%。

表6 2種儀器彎曲剛度測(cè)量值變異系數(shù)CV的配對(duì)樣本t檢驗(yàn)結(jié)果Tab.6 Results of paired sample test of CV of bending rigidity between two apparatuses

2.3 二種儀器測(cè)試結(jié)果相關(guān)分析

采用儀器1(彎曲儀)與儀器2(硬挺度儀)測(cè)得面料4個(gè)方向彎曲剛度的散點(diǎn)圖，結(jié)果見(jiàn)圖1。由圖可見(jiàn)，2種儀器測(cè)得的彎曲剛度呈明顯的正線(xiàn)性關(guān)系。2個(gè)變量間的相關(guān)系數(shù)為0.945，呈高度正相關(guān)關(guān)系。

圖1 2種儀器彎曲剛度測(cè)試結(jié)果散點(diǎn)圖Fig.4 Scatter diagram of bending rigidity tested by two apparatuses

通過(guò)回歸分析［10］，可建立硬挺度儀和彎曲儀彎曲剛度測(cè)量值(分別對(duì)應(yīng)B1和B2)之間的回歸方程為

考察回歸方程的顯著性，得到F檢驗(yàn)值為487.556，相應(yīng)的顯著性小于0.001，回歸方程非常顯著。考察回歸系數(shù)的顯著性，得到t檢驗(yàn)值為22.081，相應(yīng)的概率p值小于0.001，回歸系數(shù)非常顯著，表明建立的回歸方程有統(tǒng)計(jì)意義，2個(gè)變量之間線(xiàn)性關(guān)系顯著，2種儀器測(cè)得的彎曲剛度具有較好的可替代性。

3 彎曲剛度測(cè)試實(shí)驗(yàn)誤差分析

3.1 裝置使用誤差

彎曲儀和硬挺度儀均采用是斜面法，采用懸臂梁原理，因此彎曲長(zhǎng)度測(cè)量準(zhǔn)確與否非常關(guān)鍵。本文研究發(fā)現(xiàn)，2種儀器測(cè)試過(guò)程中，有時(shí)試樣頂端會(huì)黏著在滑板上而突然掉下［11］，或者由于摩擦太大黏在滑板上無(wú)法自然垂下使測(cè)得的彎曲長(zhǎng)度發(fā)生誤差，因此在測(cè)量中遇到試樣黏在壓板上不能自然落下的情況，須停止測(cè)試，取出試樣后將其放置在一旁，調(diào)整一段時(shí)間后再進(jìn)行測(cè)試。此外，用彎曲儀測(cè)試時(shí)，人工推鋁板的速度需勻速而緩慢，當(dāng)紅燈亮起時(shí)要多來(lái)回推動(dòng)幾次，使得系統(tǒng)記錄的值更精確。

3.2 人為誤差

硬挺度儀是用紅外線(xiàn)來(lái)測(cè)試織物受重力作用自然彎曲與41.5°斜面接觸時(shí)的長(zhǎng)度，因此在測(cè)試時(shí)，絕對(duì)不能用手或者其他物品遮擋住紅外線(xiàn)。在測(cè)試過(guò)程中，試樣放置在測(cè)試臺(tái)上，都必須與托板前端對(duì)齊，超出或者不到托板前端，都會(huì)直接影響測(cè)試結(jié)果的穩(wěn)定性。為確保實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，進(jìn)行多次測(cè)試取平均值［12］。

3.3 試樣誤差

試樣要求邊緣剪得干凈、平直，特別是矩形的寬度，必須要確保沒(méi)有紗線(xiàn)松散的現(xiàn)象，若有紗線(xiàn)松散，硬挺度儀的紅外線(xiàn)可能在松散的紗線(xiàn)接觸到斜面時(shí)就停止測(cè)試，記錄下錯(cuò)誤的彎曲長(zhǎng)度，從而產(chǎn)生誤差。且織物的彎曲剛度會(huì)受到織物試樣平整度的影響，因此在裁剪試樣時(shí)，必須先熨燙織物，待其平整后再進(jìn)行裁剪。

3.4 環(huán)境誤差

彎曲儀和硬挺度儀都要求在標(biāo)準(zhǔn)大氣狀態(tài)，即溫度為20℃、相對(duì)濕度為65%的環(huán)境下進(jìn)行織物彎曲性能的測(cè)試，因此要控制好測(cè)試環(huán)境的濕度與溫度，并且將試樣在該環(huán)境下調(diào)濕24 h。

4 結(jié)論

1)用相同儀器測(cè)量織物在4個(gè)不同方向的彎曲剛度，測(cè)量結(jié)果的穩(wěn)定性無(wú)顯著差異。

2)棉、絲、毛3類(lèi)織物彎曲剛度測(cè)量結(jié)果的穩(wěn)定性存在差異，2種儀器對(duì)于毛織物彎曲剛度測(cè)量結(jié)果的穩(wěn)定性均優(yōu)于其他2類(lèi)織物，且彎曲儀和硬挺度儀測(cè)量毛織物的穩(wěn)定性分別明顯高于絲織物和棉織物。

3)硬挺度儀對(duì)3類(lèi)織物的測(cè)試結(jié)果穩(wěn)定性明顯優(yōu)于彎曲儀，差異程度從高到低排序依次是絲織物、毛織物和棉織物。

4)彎曲儀與硬挺度儀測(cè)試彎曲剛度的原理相同，采用的試樣尺寸不同，因此測(cè)得彎曲剛度數(shù)值不同，硬挺度儀測(cè)試結(jié)果高于彎曲儀，但2種儀器的測(cè)試結(jié)果之間的相關(guān)系數(shù)達(dá)0.945，為強(qiáng)正相關(guān)，并建立了二者之間的回歸模型。

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Comparative analysis on test results of different fabric bending behavior test apparatus

WU Qiaoying1，HU Ying1，WU Chunsheng2，LAO Shihui1
(1.School of Fashion Design and Engineering，Zhejiang Sci-Tech University，Hangzhou，Zhejiang 310018，China;2.School of Art and Design，Zhejiang University of Science and Technology，Hangzhou，Zhejiang 310023，China)

In order to compare the difference in test stability of bending property and find out the relationship among different apparatus，the FAST-2 bending instrument and the automatic fabric stiffness tester were chosen to acquire bending data of fabrics.Fifteen fabrics including cotton，silk and wool fabrics were selected and the bending properties at 0°，45°，90°and 135°were tested.The coefficient of variation of bending rigidity was calculated.Then the data were processed with statistical analysis.It is found that the test stability of stiffness tester is better than that of FAST-2 bending instrument for all three types of fabric.The degree of difference from highest to lowest is silk，wool and cotton fabrics.Both of the stabilities of wool fabric tested by these two apparatus are the best among three types of fabric.The bending rigidity tested by these two apparatus has a strong positive correlation，and the correlation coefficient between them is 0.945.

bending property;bending rigidity;fabric;error analysis

TS 941.2

A

10.13475/j.fzxb.20140705305

2014-07-24

2014-11-20

“紡織科學(xué)與工程”重中之重一級(jí)學(xué)科中青年拔尖人才和中青年骨干人才培養(yǎng)計(jì)劃資助項(xiàng)目(11110532241411);浙江理工大學(xué)科研啟動(dòng)基金項(xiàng)目(14072098-Y)

吳巧英(1972—)，女，教授，博士。主要研究方向?yàn)榉b設(shè)計(jì)與技術(shù)、服裝消費(fèi)科學(xué)。E-mail:qywu@zstu.edu.cn。