新型織物風(fēng)格測量儀CHES-FY紡織品手感風(fēng)格評價(jià)儀

孫 懿，杜趙群，劉 蕭

（1.東華大學(xué)紡織學(xué)院，上海201620；2.南通宏大實(shí)驗(yàn)儀器有限公司，江蘇南通226212）

0 引言

隨著人們生活水平的提高，對生活的要求也在逐漸提高。紡織這個(gè)與生活息息相關(guān)的行業(yè)也有了飛速的發(fā)展，特別是服裝或家紡產(chǎn)品的舒適性是廣大消費(fèi)者最為關(guān)注的重點(diǎn)之一。因此，對于織物力學(xué)性能與風(fēng)格關(guān)系的綜合研究顯得至關(guān)重要。織物風(fēng)格是評價(jià)紡織產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標(biāo)，同時(shí)也是影響紡織品銷售的重要因素，消費(fèi)者主要通過觸覺及視覺來判定產(chǎn)品的質(zhì)量。織物手感是影響織物性能的重要因素，也是紡織品和服裝舒適性的重要評判指標(biāo)之一，故紡織品手感風(fēng)格測量儀器一直是紡織科技領(lǐng)域密切關(guān)注的研究方向，正確、有效、客觀地對織物手感風(fēng)格做出定量的評價(jià)已成為迫切的需要。

1 紡織品風(fēng)格測量儀器

1.1 KES-FB織物風(fēng)格儀及其優(yōu)缺點(diǎn)

KES-FB（全稱Kawabata Evaluation System-Fabric）織物風(fēng)格儀法也稱為川端法，于1970年由日本川端季雄等制造多臺(tái)多測多指標(biāo)式的織物風(fēng)格儀（如圖1），由低應(yīng)力下的拉伸測試儀、剪切性能測試儀、彎曲性能測試儀、壓縮性能及厚度測試儀、摩擦及表面粗糙度測試儀組成。設(shè)計(jì)主要是對織物手感風(fēng)格進(jìn)行評價(jià)，分三個(gè)層次，分別為基本力學(xué)量、基本風(fēng)格值HV和綜合風(fēng)格值THV。基本力學(xué)量包括14個(gè)力學(xué)指標(biāo)和2個(gè)物理指標(biāo)，分別反映織物的拉伸性能、壓縮性能、彎曲性能、剪切性能、表面性能和織物的厚、重特性。綜合風(fēng)格是對織物品質(zhì)總的感官評估，同時(shí)為了方便與織物基本風(fēng)格之間建立數(shù)量關(guān)聯(lián)，又將綜合風(fēng)格劃分為0～5，共6類，稱為織物的綜合風(fēng)格值，記作THV。

圖1 KES-FB織物風(fēng)格儀

KES-FB體系測試的內(nèi)容是低應(yīng)力下織物的拉伸、剪切、彎曲、壓縮、表面性能和厚重特性等6項(xiàng)性能，共測得16個(gè)指標(biāo)，是在20世紀(jì)70年代由日本京都大學(xué)的川端教授研制的用于客觀評定織物手感的成套儀器。隨后，此中的部分指標(biāo)也用于預(yù)測織物，尤其是毛織物的成衣加工性能。

KES-FB織物風(fēng)格儀優(yōu)點(diǎn)——由于其基本風(fēng)格值和綜合風(fēng)格值都是由日本的專家評定的，具備一定的區(qū)域局限性。鑒于由于不同國家的人們由于文化背景的不同和生活環(huán)境的差別，對織物風(fēng)格有不同的偏好，由川端等分析獲得的由基本力學(xué)量到基本風(fēng)格值和由基本風(fēng)格值到綜合風(fēng)格值的多元回歸轉(zhuǎn)換式并不適用于每一個(gè)國家。

KES-FB織物風(fēng)格儀缺點(diǎn)——由不同的力學(xué)性能儀器組成的一個(gè)系列的儀器，在一臺(tái)儀器上只能測試一種力學(xué)性能，不能同臺(tái)多性能測試。KES-FB體系測試不能代表和判斷各個(gè)基本手感（硬挺、豐滿等）之間的差別，其指標(biāo)間還存在著重復(fù)性。該儀器的測量精度高，但測試指標(biāo)多，測量費(fèi)時(shí)且測試過程和數(shù)據(jù)處理復(fù)雜，而且價(jià)格昂貴。

1.2 FAST織物風(fēng)格儀及其優(yōu)缺點(diǎn)

FAST（全 稱 Fabric Assurance by Simple Test?ing）織物風(fēng)格儀是1990年由澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究所研制的一套毛織物特性測試體系（如圖2），用來測定織物特性對裁剪縫制性能及成衣外形的影響，主要是面向產(chǎn)品加工的。該測試體系包含3臺(tái)簡單的測試儀器及一套測試方法，專為毛織物生產(chǎn)、整理及服裝制造廠質(zhì)量管理而設(shè)計(jì)。其中的三臺(tái)儀器和一種測試方法分別為FAST-1壓縮儀、FAST-2彎曲儀、FAST-3低張力伸長儀和FAST-4織物尺寸穩(wěn)定性儀。

圖2 FAST織物風(fēng)格儀

與KES-FB織物風(fēng)格儀相同，它也是測量織物在小應(yīng)力下的物理機(jī)械性能，通過測量織物的壓縮、拉伸、彎曲、剪切4項(xiàng)基礎(chǔ)力學(xué)性能指標(biāo)，通過不同的FAST系列儀器測試不同的性能。根據(jù)上述性能指標(biāo)繪“織物指紋印”，以表明被測織物的性能，用于評價(jià)織物的手感。主要區(qū)別在于：①KESFB的彎曲剛度測試儀中測量的是純彎曲，F(xiàn)AST彎曲儀測量原理為斜面法；②FAST系統(tǒng)測量斜向拉伸一項(xiàng)，KES-FB無此項(xiàng)指標(biāo)；③KES-FB測試剪切剛度時(shí)，試樣長度固定，F(xiàn)AST剪切剛度是由織物在5 cN/cm負(fù)荷下的斜向伸長率計(jì)算得到。

FAST織物風(fēng)格儀的優(yōu)點(diǎn)——該體系測試的是小負(fù)荷小變形作用下織物的壓縮、拉伸、彎曲、剪切四項(xiàng)基本力學(xué)性能和尺寸穩(wěn)定性，要點(diǎn)在于預(yù)測織物可成形性，尤其是毛織物的成衣加工性能。與KES系統(tǒng)相比，其測量精度不高，但測試簡單，價(jià)格相對便宜。FAST評價(jià)系統(tǒng)是澳大利亞根據(jù)當(dāng)?shù)孛媪霞庸ず头b制造的設(shè)備和條件而建立，與國內(nèi)相比存在一定的差距。

1.3 PhabrOmeter織物手感評價(jià)系統(tǒng)及其優(yōu)缺點(diǎn)

PhabrOmeter織物手感評價(jià)系統(tǒng)，中文譯名法寶儀，是由美國欣賽寶科技公司與潘寧教授研發(fā)的一套用于模擬人手觸摸織物時(shí)產(chǎn)生的感官性能評價(jià)并給出量化數(shù)據(jù)的新型測量儀器系統(tǒng)。可測試的材料包括一般纖維片狀制品，如機(jī)織布、無紡布、針織品、紙張及皮革產(chǎn)品等。此處織物感官性能包括其手感（觸覺），折皺恢復(fù)能力和織物懸垂性（即與視覺有關(guān)的性能）。

織物的手感風(fēng)格是各種小負(fù)荷綜合作用的結(jié)果，該測試系統(tǒng)的測試原理是將樣品水平放置在測試臺(tái)上，并施加一定的重力，由計(jì)算機(jī)發(fā)送信號(hào)驅(qū)動(dòng)推桿向下移動(dòng)，推動(dòng)樣品通過測試盤中心圓孔產(chǎn)生機(jī)械變形，并提取相關(guān)載荷—位移曲線，經(jīng)過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換計(jì)算出相應(yīng)的手感風(fēng)格指標(biāo)。在測試過程中，通過圓孔的樣品經(jīng)歷拉伸、剪切、彎曲以及摩擦復(fù)雜的低應(yīng)力變形過程。以此變形過程來模擬用手掌做手感評價(jià)時(shí)的變形過程，并將與織物手感的相關(guān)信息通過一個(gè)載荷—位移曲線進(jìn)行反應(yīng)。根據(jù)大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析結(jié)果將織物風(fēng)格指標(biāo)定義為手感（剛韌度、柔軟度、光滑度）、織物懸垂系數(shù)和折皺回復(fù)率，并根據(jù)公式計(jì)算出被測織物相對參考的織物手感值。

PhabrOmeter織物風(fēng)格儀的優(yōu)缺點(diǎn)——PhabrOmeter織物手感評價(jià)系統(tǒng)更接近人手觸摸織物時(shí)織物的受力情況，因此可以更好地反應(yīng)織物手感的真實(shí)性。所得到的測試指標(biāo)相互獨(dú)立，使最終的評價(jià)更為準(zhǔn)確。測試速度快，效率高，一次測試可同時(shí)獲得手感、懸垂性、折皺回復(fù)性等多項(xiàng)指標(biāo)。但該系統(tǒng)還不完善，只確定了3個(gè)織物手感特征，即剛韌度、柔軟度和光滑度，需要進(jìn)一步的完善。

圖3 PhabrOmeter織物手感測試儀

2 CHES-FY紡織品手感風(fēng)格評價(jià)儀

現(xiàn)有織物風(fēng)格儀器機(jī)械、硬件部分復(fù)雜，儀器昂貴，測試指標(biāo)通用性低。經(jīng)過多年研究及不斷改進(jìn)，由東華大學(xué)和南通宏大實(shí)驗(yàn)儀器有限公司聯(lián)合自主研發(fā)的織物與紗線綜合測試評價(jià)系統(tǒng)——CHES-FY紡織品手感風(fēng)格評價(jià)儀正式面世，集紗線與織物測量于一體的原位組合測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于單機(jī)單次測量多指標(biāo)測試?yán)砟睿ㄟ^對人手觸摸織物拉、壓、捏、揉、搓等動(dòng)作的模擬，實(shí)現(xiàn)織物的厚度、彎曲、壓縮、摩擦、拉伸等性能的測試，其基本結(jié)構(gòu)見圖4。

圖4 CHES-FY的裝置示意圖

2.1 CHES-FY紡織品手感風(fēng)格評價(jià)儀特征

2.1.1 物理結(jié)構(gòu)

CHES-FY紡織品手感風(fēng)格評價(jià)儀主要由測量單元、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、信號(hào)采集系統(tǒng)、程序控制軟件系統(tǒng)組成，其中測量單元由工作平臺(tái)、測厚基準(zhǔn)板、雙壓輥、雙保護(hù)裝置、運(yùn)動(dòng)壓板組成，其中測厚基準(zhǔn)板安裝于工作平臺(tái)，在電機(jī)驅(qū)動(dòng)下作水平90°運(yùn)動(dòng)；雙壓輥安裝于豎直運(yùn)動(dòng)桿，在電機(jī)驅(qū)動(dòng)下可豎直移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對織物的施壓；雙保護(hù)裝置安裝于固定基板，基板與傳動(dòng)桿相連，在電機(jī)驅(qū)動(dòng)下可豎直移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)防止織物翹起的保護(hù)作用；運(yùn)動(dòng)壓板安裝于壓力桿，通過壓力桿與傳感器相連，從而實(shí)現(xiàn)力值的實(shí)時(shí)測量。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)由步進(jìn)電機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)器等組成，控制雙壓輥、雙保護(hù)裝置和運(yùn)動(dòng)壓板豎直方向的平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)；信號(hào)采集系統(tǒng)由高精度力傳感器、位移傳感器、濾波器和數(shù)據(jù)采集器組成，測量運(yùn)動(dòng)過程中力值與位移的變化。

該風(fēng)格儀的程序控制軟件系統(tǒng)按軟件設(shè)定的程序使測量單元在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)控制下進(jìn)行完整測量，通過信號(hào)采集系統(tǒng)實(shí)時(shí)顯示力-位移曲線，并在軟件上提供相應(yīng)特征值的特取模塊、驅(qū)動(dòng)控制模塊、數(shù)據(jù)與曲線存儲(chǔ)和界面操作模塊等，從而實(shí)現(xiàn)漸變快速的測量。

2.1.2 系統(tǒng)特征

采用三點(diǎn)梁彎曲理論模型，通過兩個(gè)壓輥分別固定織物兩端，運(yùn)動(dòng)壓板受電機(jī)控制進(jìn)行運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)對織物的力變形實(shí)驗(yàn)（見圖5），通過力傳感器對壓力的數(shù)據(jù)采集，可以完成織物和紗線厚度、壓縮、彎曲、摩擦、拉伸等多項(xiàng)物理力學(xué)性能指標(biāo)的測試。

其特征在于采用單機(jī)單次測量多指標(biāo)測試?yán)砟睿ㄟ^施加變形于織物試樣，使試樣在不同位移處呈現(xiàn)不同的受力行為，依據(jù)各階段建立理論模型獲取試樣相應(yīng)力學(xué)特征值，并通過數(shù)據(jù)采集器與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)對儀器進(jìn)行控制及高精度智能化測量。

圖5 織物三點(diǎn)彎曲變形過程

2.1.3 測試曲線及典型曲線特征

CHES-FY紡織品手感風(fēng)格儀測試的仿毛類機(jī)織物和滌棉混紡類機(jī)織物的風(fēng)格曲線，其中所得典型曲線見圖6。依據(jù)織物在測試過程中呈現(xiàn)不同的變形形態(tài)，整個(gè)測量過程可分為以下五個(gè)階段：第一階段（I）為測厚階段，即左側(cè)壓輥與測厚基準(zhǔn)板及織物先后接觸，該階段可獲得織物試樣的厚度值；第二階段（II）為壓縮階段，即左側(cè)壓輥下移對織物進(jìn)行壓縮至力值設(shè)定值，該階段可獲得織物試樣的壓縮模量、壓縮變形量；第三階段（III）為彎曲階段，即織物兩端無壓力時(shí)，運(yùn)動(dòng)壓板下移至位移設(shè)定值，該階段可獲得織物試樣的彎曲最大值、彎曲模量、彎曲功；第四階段（IV）為摩擦階段，即織物兩端施加壓力時(shí)，運(yùn)動(dòng)壓板下移至位移設(shè)定值，該階段可獲得織物試樣的平均摩擦力、摩擦系數(shù)、摩擦功；第五階段（V）為拉伸階段，即織物兩端固定時(shí)，運(yùn)動(dòng)壓板繼續(xù)下移至極限值，該階段可獲得織物試樣的拉伸模量、拉伸功。

圖6 CHES-FY測試的織物力-位移曲線

2.2 CHES-FY紡織品手感風(fēng)格評價(jià)儀測試

2.2.1 試樣制備

CHES-FY紡織品手感風(fēng)格評價(jià)儀測試前，需進(jìn)行織物試樣的制備。織物試樣需要平整后在溫度為20±2℃、相對濕度為（65±3%）標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下平衡24 h，其中機(jī)織物試樣裁剪規(guī)格為500 mm×55 mm，拆邊紗至試樣規(guī)格為500 mm×50 mm；針織物和非織造布試樣時(shí)，可直接裁剪為500 mm×50 mm，對于針織物等卷邊性嚴(yán)重的紡織品，測試前可通過熱濕定型方法將試樣統(tǒng)一平整后進(jìn)行測試。

2.2.2 儀器參數(shù)設(shè)置

CHES-FY紡織品手感風(fēng)格評價(jià)儀采用自行設(shè)計(jì)和研制的紗線與織物性能測量裝置，其測試過程中的參數(shù)設(shè)置為：儀器工作臺(tái)長50 cm、工作區(qū)域長30 cm、測厚壓力為3 cN、壓縮力值設(shè)定值為400 cN、摩擦壓輥壓力值為100 cN、拉伸力值設(shè)定值為400 cN、摩擦位移設(shè)定值為4 cm、拉伸位移設(shè)定值為80 cm。

2.2.3 測試步驟

CHES-FY紡織品手感風(fēng)格評價(jià)儀測試步驟包括：①測厚階段，將織物試樣平整放置于測試區(qū)域，啟動(dòng)程序控制軟件驅(qū)動(dòng)左側(cè)壓輥先后與測厚基準(zhǔn)板和織物的接觸，實(shí)現(xiàn)測厚過程；②壓縮階段，左側(cè)壓輥豎直下移至壓縮力值設(shè)定值，完成壓縮過程；③彎曲階段，左側(cè)壓輥豎直上移，運(yùn)動(dòng)壓板豎直下移至彎曲位移設(shè)定值，完成彎曲過程；④摩擦階段，左右側(cè)壓輥豎直下移，給織物一定壓力值固定織物兩端，運(yùn)動(dòng)壓板繼續(xù)豎直下移至摩擦位移設(shè)定值實(shí)現(xiàn)摩擦過程；⑤拉伸階段，左右側(cè)壓輥力值增大，防止面料滑動(dòng)，運(yùn)動(dòng)壓板繼續(xù)豎直下移，直至拉伸力值或位移達(dá)到極限，完成拉伸過程。

3 結(jié)論

CHES-FY紡織品手感風(fēng)格評價(jià)儀與其他儀器相比具有很大的優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：①CHES-FY通過模擬人手觸摸織物拉、壓、捏、揉、搓等動(dòng)作，測試織物的彎曲、壓縮、摩擦、拉伸等性能，從而得出量化指標(biāo)來對織物的手感進(jìn)行綜合判定，為紡織品風(fēng)格提供更加科學(xué)、客觀的評價(jià)方法；②CHES-FY采用單機(jī)單次測量多指標(biāo)的測試?yán)砟睿瑴y試快速便捷、精度高，測試結(jié)果在紡織行業(yè)具有更直接、定量的應(yīng)用價(jià)值；③CHES-FY采用了最新傳感器技術(shù)和微機(jī)控制技術(shù)，儀器體積小，具有測控精度高、智能化程度高、性能穩(wěn)定可靠、界面簡潔、易于操作等優(yōu)點(diǎn)。