基于KES與PhabrOmeter測試系統的棉織物保形性對比

趙超 劉新金 王廣斌

摘要： 目前對于織物保形性的測試方法過于繁瑣，自動化程度較低，而KES與PhabrOmeter這兩種測試系統能方便地提供可靠的數據。為了探究這兩種測試系統保形性指標的相關性，分別對15種全棉織物進行了測試。利用SPSS軟件對指標進行多元回歸分析，得到擬合度較高的多元回歸方程。并采用灰色關聯法，分析棉織物基本參數與保形性能之間的關系。結果表明：PhabrOmeter系統的折皺回復率與KES風格儀的剪切剛度G、剪切滯后量2HG、彎曲剛度B和壓縮線性度LC這幾個參數之間具有較高的可代替性；棉織物的保形性能和織物的密度關系最密切，其次是紗線的線密度，織物的組織和保形性能之間的關聯度較弱。

關鍵詞： KES；PhabrOmeter；保形性；回歸分析；灰色關聯法

中圖分類號： TS101.923.1

文獻標志碼： A

文章編號： 1001-7003（2017）12-0026-06

Abstract： Current methods to test fabric shape preservation are too cumbersome， and the automation level of testing methods is low. However， KES and PhabrOmeter test systems can conveniently provide reliable data. In order to explore the correlation of the shape preservation index between the two test systems，15 different kinds of cotton fabrics were measured. The multivariate regression analysis was carried out for the indexes with SPSS to gain the multiple regression with high degree of fitting. In addition， grey correlation method was used to analyze the relation between basic parameters and shape preservation of cotton fabrics. It is shown that there is a high degree of substitutability between the wrinkle recovery rate of PhabrOmeter system and the parameters of KES system including shear stiffness G， shear hysteresis 2HG， bending stiffness B and compression linearity LC. The shape preservation of cotton fabrics is most closely related to its density， followed by linear density of yarns. Fabric texture has little influence on the shape preservation.

Key words： KES； PhabrOmeter； shape preservation； regression analysis； grey correlation method

隨著社會經濟的發展，人們對衣物的服用性能要求越來越高，除了舒適性、耐久性等常規性能外，衣物的保形性也越來越受到重視。衣物的保形性指織物在使用過程中能保持原有外觀特征，便于使用、易于保養的性能[1]。而衣物的保形性一般通過測試織物的折皺回復性能來表示，折皺回復率越大則織物的折皺回復性能越好，保形性能也越好。針對現有測量折皺回復性能的方法存在的測試過程自動化程度低，測量結果精確度不高等弊端[2]，近年來國內外學者對織物折皺回復性能進行了一系列的研究。張曉婷等[3]找出了織物物理性能和折皺回復性能之間的線性關系；王蕾等[4]研發了一種基于視頻序列的JN-1型織物折皺回復性能動態測試儀，能精確直觀評價織物的抗皺性能；劉成霞等[5]提出了一種可模擬實際著裝的抗皺測試方法，利用圖像處理技術來表征織物穿戴過程中的折皺能力；Xia Dong等[6]研究了織物的應變曲線與折皺回復性的關系，并建立了回歸方程。由于這些測試方法過于繁瑣，自動化低，本文采用KES織物風格儀和PhabrOmeter織物風格儀這兩種測試系統對織物的保形性能進行測試評價。這兩種測試系統的測試原理差異導致PhahrOmeter織物風格儀能為用戶提供更可靠的量化數據，并且在使用上更加快捷方便，費用更低。為探討這兩種測試系統之間的關系，本文選用不同線密度、不同密度、不同組織結構的15種純棉織物，分析它們所測試的指標之間的關系和可代替性，并分析了影響棉織物保形性能的多種因素，為評價面料的保形性將起到一定的推動作用。

1 KES與PhabrOmeter測試系統簡介

1.1 KES測試系統介紹

20世紀70年代末，Kawabata研制開發出一整套測試服裝面料低應力力學性能和表面性能的儀器KES-F系統[7]，用于服裝面料手感的客觀評定，在世界范圍內得到了應用。以川端方法為基礎研制的KES-FB系列織物風格儀，能測定織物的拉伸、剪切、彎曲、壓縮、表面、厚度六項基本力學性能，共16個力學指標，從而計算出織物的風格和綜合風格，最后判斷織物的風格特性。

1.2 PhabrOmeter測試系統介紹

美國潘寧教授對織物客觀評價進行了大量的研究，利用抽出法研制出了PhabrOmeter織物手感評價系統[8]。PhabrOmeter織物風格儀織物的測試原理很簡單，類似于選購面料時，將面料從戒指中穿過，并以穿拉過程中面料的抵抗程度來判斷面料質量。該儀器通過模擬人拿捏紡織品使之變形，由計算機發送信號控制一推桿向下移動，推動樣品通過測試盤中心圓孔產生包括拉伸、剪切、彎曲及摩擦等機械變形，來模擬手掌做手感評價，并提取相關載荷—位移曲線，經過數據轉換計算出相應指標，分別為硬挺度、柔軟度、光滑度、懸垂系數、手感值和折皺回復率。PhabrOmeter測試原理圖如圖1所示。

通常來講，織物的折皺可以簡單看做彎曲變形和剪切變形的過程，因此選擇用KES的剪切剛度、彎曲剛度和剪切滯后量這三個參數來表征織物折皺性能。除此之外，織物的折皺回復能力還與壓縮性能有關[9]。所以，KES與PhabrOmeter測試系統所測的與織物保形性能有關的指標見表1。

2 實驗準備

2.1 試 樣

選擇不同紗支、不同紗線密度、不同織物組織結構的15種全棉機織物（紹興市沁宇紡織品有限公司），分別使用KES織物風格儀（加藤技研株式會社）與PhabrOmeter織物風格儀（美國欣賽寶科技公司），對這些織物進行織物風格性能測試，試樣的具體規格見表2。

2.2 測試方法

KES風格儀器測試：同一塊樣布取3塊20cm×20cm大小的試樣，根據FZ/T01054.1—1999《織物風格試驗方法 總則》，在室溫20℃、相對濕度65%的標準環境下預調濕48h，采用KES風格儀分別測試拉伸性能、剪切性能和彎曲性能，測試3次取平均值，測試結果如表3所示。

PhabrOmeter風格儀測試：同一塊樣布取3塊100cm2大小的圓形試樣，根據美國標準AATCC TM202—2012《紡織品服裝 相對手感值的評定：儀器法》，將待測織物在溫度為20℃、相對濕度為65%條件下平衡24h后，根據測試原理將試樣平鋪在測試平臺上，啟動儀器，推桿將試樣從圓盤中心平臺穿過（圖1），接著將所測面料從儀器中取出靜置5min，然后將上述織物按原先測試順序再次放入設備測試，通過使用PhabrOmeter風格儀自帶軟件計算織物前后差異，測得織物的折皺回復率，測試結果如表3所示。

3 測試結果與分析

3.1 建立回歸模型

為了更好地分析比較KES與PhabrOmeter測試系統保形性指標之間的關系，利用SPSS軟件對1#～11#棉織物指標進行多元線性回歸分析。首先建立多元線性回歸方程，模型為：

Y=a+b1X1+b2X2+b3X3+b4X4（1）

式中：Y為PhabrOmeter的折皺回復率，a為常數，b1～b4為各項指標的回歸系數，X1、X2、X3、X4分別代表剪切剛度、彎曲剛度、壓縮線性度和剪切滯后量。

以公因子為自變量，折皺回復角為因變量，采用進入法，即將X1、X2、X3、X4這四個自變量全部選入回歸模型，對各項指標進行多元回歸模擬分析。得到的回歸方程為：Y=93.17+6.757X1-167.589X2-159.617X3+0.74X4。模型擬合度R為0.924，說明PhabrOmeter的折皺回復率和KES測試系統的各指標之間的回歸模型擬合度非常好。回歸方程F檢驗中，F為8.765，大于臨界值F0.05（4，11）=3.36，且P檢驗值為0.011，小于0.05，所以，可以認為建立的回歸方程顯著。

3.2 回歸模型檢驗

對上文建立的回歸方程進行驗證，將12#～15#棉織物的測試指標代入回歸方程，把計算值與實際測得的結果進行比較，結果如表4所示。

為了更顯著地比較實測值與計算值的差異，考證回歸方程的準確度，以檢驗織物樣品編號為橫坐標，折皺回復率的計算值和實測值分別為縱坐標，進行比較分析，結果如圖2所示。

結合表4和圖2可以看出，兩條數據線不僅趨勢相同，峰值變化也基本一致，絕對值最大為2.16，最大誤差率絕對值為4.42，這說明該回歸方程基本能夠預測PhabrOmeter的折皺回復率的實測數據及變化趨勢，驗證了經上述方程計算的折皺回復率較為準確，用來評價織物抗皺性能具有可行性。同時也說明了PhabrOmeter的折皺回復率與KES風格儀的剪切剛度G、剪切滯后量2HG、彎曲剛度B和壓縮線性度LC這幾個參數之間具有可代替性，該回歸方程具有較高的實用價值，能為織物折皺回復的測試提供選擇和參考依據。

4 棉織物保形性能分析

4.1 棉織物基本參數與折皺回復性能的關系分析

折皺回復率是衡量織物保形性能的一個重要指標，為了更好地分析棉織物保形性能和織物組織結構之間的關系，將表3棉織物的PhabrOmeter折皺回復率測試結果繪制成圖3。結合圖3和表2可知：1）當棉織物的紗線線密度和織物密度基本一致時，由織物12#、13#、3#和棉織物4#、14#、5#這兩組織物可知，緞紋棉織物的折皺回復率最好，斜紋棉織物次之，平紋棉織物最差。這是因為平紋棉織物組織最為緊密，雖然當它受到外力時不容易折皺變形，但是當外力撤去時，紗線也不容易回復到原來的位置，所以平紋棉織物的保形性能較差。2）織物6#、7#、8#和織物9#、15#、10#是紗線線密度相同而密度不同的2組平紋組織，由圖3可知，織物密度越大，折皺回復率越小，棉織物的保形性越差。這是因為隨著紗線線密度的增加，紗線之間空隙變小，當棉織物發生折皺回復時，紗線不易相對移動，所以當其他條件相同時，織物密度小的保形性能好。3）棉織物6#、9#和11#是織物密度相同但紗線線密度不同的平紋組織，由圖3可知，由于紗線線密度小，紗線與紗線之間的摩擦力減小，折皺回復時容易回到原來位置，因此抗皺性能越好，保形性也越好。

4.2 棉織物基本參數與折皺回復性能灰色關聯分析

灰色關聯分析方法，是根據各個因素與結果之間的發展相似程度，對各因素與結果間的主次程度作出衡量的一種方法[10]。通過灰色關聯分析法，分析棉織物紗線線密度、經緯紗線密度、織物組織與棉織物折皺回復性之間互存在的聯系，并對關聯度進行排序。由于不同織物組織的浮長不同，因此用浮長來量化不同的織物組織，平紋組織浮長為1，三枚斜紋為1.5，五枚緞紋為2.5。

第一步，將棉織物折皺回復率設為參考數列，記為：Y0=（43.01，40.19，30.42，36.64，34.27，50.77，49.53，45.91，52.41，47.63，52.76，36.3，31.44，36.02，48.82），線密度、浮長、經紗線密度和緯紗線密度設為對比數列，分別記為：Y1=（18.2，18.2，14.6，11.7，11.7，9.7，9.7，9.7，7.3，7.3，5.83，14.6，14.6，11.7，7.3）， Y2=（2.5，1，1，2.5，1，1，1，1，1，1，1，2.5，1.5，1.5，1）， Y3=（130，130，133，144，144，90，110，140，90，151，90，133，133，144，133）， Y4=（70，70，72，80，80，88，110，120，88，152，88，72，72，80，100）。

第二步，對以上數列進行初值化處理，得到：

X0=（1，0.93，0.71，0.85，0.8，1.18，1.15，1.07，1.22，1.11，1.23，0.84，0.73，0.84，1.14）， X1=（1，1，0.8，0.64，0.64，0.53，0.53，0.53，0.4，0.4，0.32，0.8，0.8，0.64，0.4）， X2=（1，0.4，0.4，1，0.4，0.4，0.4，0.4，0.4，0.4，0.4，1，0.6，0.6，0.4）， X3=（1，1，1.02，1.11，1.11，0.69，0.85，1.08，0.69，1.16，0.69，1.02，1.02，1.11，1.02）， X4=（1，1，1.03，1.14，1.14，1.26，1.57，1.71，1.26，2.17，1.26，1.03，1.03，1.14，1.43）。

第三步，求出Xi與X0的絕對差值如表5所示，得到最小絕對差值為0，最大絕對差值為1.04。

接著根據表5數據，求出線密度、浮長、經紗線密度和緯紗線密度分別對應的關聯系數（ζ1，ζ2，ζ3，ζ4）：

ζ1=（1，0.89，0.85，0.71，0.77，0.45，0.46，0.49，0.39，0.42，0.36，0.93，0.88，0.73，0.41），

ζ2=（1，0.49，0.63，0.78，0.57，0.40，0.41，0.44，0.39，0.41，0.39，0.77，0.80，0.69，0.41），

ζ3=（1，0.89，0.62，0.67，0.63，0.52，0.63，0.98，0.50，0.95，0.49，0.74，0.64，0.66，0.82），

ζ4=（1，0.89，0.62，0.64，0.60，0.87，0.55，0.45，0.93，0.33，0.94，0.74，0.64，0.63，0.64）。

因為關聯系數多且分散，不便于比較，所以最后計算出紗線線密度關于折皺回復率的關聯度R1=0.65，浮長關于折皺回復率的關聯度R2=0.57，經紗線密度關于折皺回復率的關聯度R3=0.72，緯紗線密度關于折皺回復率的關聯度R4=0.70。由R3>R4>R1>R2可知，棉織物的折皺回復性能與經紗線密度之間的關聯度最好為0.74，其次是緯紗線密度和紗線線密度，浮長與折皺回復性之間的關聯度較弱。所以，棉織物的保形性能和織物的密度關系最密切，其次是紗線的線密度和浮長。通過灰色關聯分析可以為織物的工藝設計提供依據。

5 結 論

1）PhabrOmeter系統的折皺回復率與KES風格儀的剪切剛度G、剪切滯后量2HG、彎曲剛度B和壓縮線性度LC這幾個定義織物保形性能參數之間，能夠建立高擬合度的多元線性回歸方程，且具有可代替性，因此能用KES與PhabrOmeter這兩種測試系統來表征織物的保形性能。

2）在其他參數相同的情況下，緞紋棉織物的保形性能最好，斜紋棉織物次之，平紋棉織物最差；隨著棉織物密度的增加，保形性能變差；隨著棉織物紗線線密度的減小，棉織物的保形性能越好。

3）棉織物的保形性能和織物的密度關系最密切，其次是紗線的線密度，織物的組織和織物的保形性能之間的關聯度較弱。

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