機(jī)織物反復(fù)彎曲性能測(cè)試及指標(biāo)分析

程浩南

(1.江西服裝學(xué)院，江西 南昌 330201； 2.江西省現(xiàn)代服裝工程技術(shù)研究中心，江西 南昌 330201)

織物的彎曲性能是評(píng)價(jià)面料風(fēng)格的一項(xiàng)重要力學(xué)性能指標(biāo)，受到人們的廣泛關(guān)注[1-3],彎曲性能直接影響著內(nèi)衣的貼身性、柔軟性和懸垂特性，也影響著外衣的挺括性、抗皺性、保形與造型等特征[4-6]。

Peirce提出了懸臂梁模型開(kāi)啟了面料風(fēng)格和織物彎曲力學(xué)性能研究的序幕[7]，此后眾多的專家學(xué)者對(duì)面料風(fēng)格和彎曲性能展開(kāi)了研究，形成了多種彎曲理論，并建立了相應(yīng)的理論模型[8-9]，已經(jīng)被大家公認(rèn)的研究方法很多，測(cè)試儀器也有多樣，可以說(shuō)織物的彎曲性能測(cè)試方面的研究已經(jīng)較為全面[10-11]。但是現(xiàn)有的測(cè)試方法和測(cè)試儀器基本上都是建立在織物1次彎曲的基礎(chǔ)上，而織物在使用和穿著過(guò)程中通常不是彎曲1次，而是不停的反復(fù)彎曲或者長(zhǎng)期處于彎曲狀態(tài)中，織物的彎曲性能也并不能僅靠1次彎曲的結(jié)果就能反映出來(lái)，所以現(xiàn)有的方法和測(cè)試儀器不能較為充分的、全面的反映織物的彎曲性能[12]。本文采用馬鞍法對(duì)機(jī)織物進(jìn)行反復(fù)彎曲，得出織物在多次彎曲情況下的彎曲及回復(fù)曲線，分析織物多次彎曲與1次彎曲過(guò)程中的差別， 為機(jī)織物反復(fù)彎曲性能的研究提供理論參考。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)原料

選擇純棉、滌綸和羊毛3種類型機(jī)織物，每一類取2種試樣，共 6種試樣，試樣規(guī)格見(jiàn)表1。

表1 試樣規(guī)格

試樣制作：將織物經(jīng)過(guò)低溫熨燙、自然干燥，消除內(nèi)應(yīng)力。將試樣分經(jīng)、緯方向分別按照長(zhǎng)70 mm，寬30 mm進(jìn)行裁剪，共12 塊試樣，并做好標(biāo)記，然后調(diào)濕 24 h，測(cè)試環(huán)境保持在溫度為20±2 ℃，相對(duì)濕度為65%±2%。 加夾持裝置的馬鞍肩寬為20 mm，加載速度為 20 mm/min。

1.2 試驗(yàn)儀器

自制馬鞍狀織物彎曲測(cè)試夾具；Instron 5966 型萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)(美國(guó)英斯特朗公司)，該儀器使用 Bluehill 2 軟件，力傳感器設(shè)置 2.5 N，載荷精度±0.1%，加載速度范圍0.05～1 000 mm/min，傳感器識(shí)別模式可用于載荷傳感器和引伸計(jì)的自動(dòng)傳感器識(shí)別。

將織物試樣按照經(jīng)、緯向順序進(jìn)行試驗(yàn)，在試驗(yàn)過(guò)程中彎曲次數(shù)太少會(huì)導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果規(guī)律不明顯，試驗(yàn)次數(shù)太多會(huì)導(dǎo)致彎曲過(guò)程中數(shù)據(jù)量過(guò)大，數(shù)據(jù)處理工作量較大，并且增加試驗(yàn)時(shí)間。故本文試驗(yàn)的反復(fù)彎曲次數(shù)設(shè)定為10次。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 試驗(yàn)結(jié)果

圖1～6為6種織物經(jīng)、緯向彎曲曲線。

圖1 1#試樣彎曲曲線

圖2 2#試樣彎曲曲線

圖3 3#試樣彎曲曲線

圖4 4#試樣彎曲曲線

圖5 5#試樣彎曲曲線

圖6 6#試樣彎曲曲線

從圖1～6可以看出：試樣在經(jīng)過(guò)10次反復(fù)的彎曲后，載荷—位移曲線都已經(jīng)趨近于一條曲線，說(shuō)明經(jīng)過(guò)10次彎曲之后，試樣織物出現(xiàn)了彎曲性能的穩(wěn)定。同時(shí)，織物1次彎曲曲線和10次反復(fù)彎曲的曲線之間有較大的差距，說(shuō)明織物的彎曲性能并不是1次彎曲所表現(xiàn)的出來(lái)的狀態(tài)，多次彎曲能更準(zhǔn)確地反映織物的彎曲性能。為了準(zhǔn)確地分析織物在反復(fù)彎曲中的形態(tài)，獲取更多的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，根據(jù)Ghosh的四次多項(xiàng)式織物的彎曲的理論，對(duì)織物的1次彎曲和10 次彎曲曲線分經(jīng)緯向進(jìn)行四次多項(xiàng)式的擬合，6種試樣的經(jīng)、緯向擬合方程如表2～9所示。

表 2 試樣1次經(jīng)向彎曲過(guò)程曲線方程

表3 試樣1次經(jīng)向回復(fù)過(guò)程曲線方程

表4 試樣10次經(jīng)向彎曲過(guò)程曲線方程

表 5 試樣10次經(jīng)向回復(fù)過(guò)程曲線方程

表6 試樣1次緯向彎曲過(guò)程曲線方程

表7 試樣1次緯向回復(fù)過(guò)程曲線方程

表8 試樣10 次緯向彎曲過(guò)程曲線方程

表9 試樣 10次緯向回復(fù)過(guò)程曲線方程

2.2 指標(biāo)分析

為了更具體的表現(xiàn)織物的反復(fù)彎曲性能，本文引進(jìn)多次彎曲功衰減率、多次回復(fù)功衰減率和末次滯后功差異率等概念，定量表征織物10次彎曲與反復(fù)彎曲的之間的數(shù)量關(guān)系。

2.2.1多次彎曲功衰減率

多次彎曲功衰減率K彎曲是試樣在 1次彎曲后的彎曲過(guò)程中的彎曲力對(duì)位移的積分值與n次彎曲后的彎曲過(guò)程中的彎曲力對(duì)位移的積分值的差值，對(duì)試樣在 1次彎曲后的彎曲過(guò)程中的彎曲力對(duì)位移的積分值的百分?jǐn)?shù)，該數(shù)值越大說(shuō)明織物的抗反復(fù)彎曲性越差，用數(shù)學(xué)公式表示為:

(1)

根據(jù)表2～9的彎曲曲線方程，計(jì)算得出經(jīng)、緯向多次彎曲功衰減率，如表10所示。

表10 多次彎曲功衰減率

從表10可以看出：1次彎曲的彎曲力與多次彎曲的彎曲力之間具有一定的差距，說(shuō)明用1次彎曲的方法描述機(jī)織物的彎曲性能是不準(zhǔn)確的，反復(fù)彎曲的方式更能反映機(jī)織物在實(shí)際應(yīng)用中的彎曲性能。同時(shí)，還可以看出：機(jī)織物緯向抗反復(fù)彎曲的性能普遍優(yōu)于經(jīng)向，滌綸織物和純棉織物抗反復(fù)彎曲性能相對(duì)較好，羊毛織物抗反復(fù)彎曲性能最差。

2.2.2多次回復(fù)功衰減率

多次回復(fù)功衰減率K回復(fù)是試樣在1次彎曲后的回復(fù)過(guò)程中的彎曲力對(duì)位移的積分值與n次彎曲后的回復(fù)過(guò)程中的彎曲力對(duì)位移的積分值差值，對(duì)試樣在 1次彎曲后的回復(fù)過(guò)程中的彎曲力對(duì)位移的積分值的百分?jǐn)?shù)，該數(shù)值越大，間接說(shuō)明織物的抗反復(fù)彎曲性越差，用數(shù)學(xué)公式表示為：

(2)

表11為織物經(jīng)向、緯向多次回復(fù)功衰減率。

表11 多次回復(fù)功衰減率

從表11可以看出：機(jī)織物緯向多次回復(fù)功衰減率普遍小于經(jīng)向多次回復(fù)功衰減率，且羊毛織物的多次回復(fù)功衰減率最大。說(shuō)明6種試樣中，6#試驗(yàn)的抗反復(fù)彎曲的性能最差。

2.2.3頭末次滯后功差異率

頭末彎曲功與回復(fù)功差的差值的定義用式(3)表示：

(3)

差值越大說(shuō)明織物 1次彎曲和反復(fù)彎曲的差距越大，從一定程度上也可以說(shuō)明，織物抗彎曲的實(shí)際能力要好于1次彎曲所表現(xiàn)的出的抗彎性能。

(4)

表12 彎曲滯后力積分差值率

從表10～12可以看出：同一種織物的經(jīng)緯向在反復(fù)彎曲過(guò)程中變化幅度相差不大，而不同類型的織物變化范圍較大，在毛織物、棉織物和滌綸織物3類織物中，滌綸織物和純棉織物的多次彎曲功衰減率、多次回復(fù)功衰減率、頭末次滯后功差異率都要小于羊毛織物，驗(yàn)證了多次彎曲功衰減率、多次回復(fù)功衰減率、頭末次滯后功差異率符合織物實(shí)際彎曲性能的特點(diǎn)，可以作為機(jī)織物反復(fù)彎曲性能測(cè)試的指標(biāo)。

3 結(jié) 論

通過(guò)自制的馬鞍形試樣夾對(duì)棉、滌綸及羊毛纖維3大類6 種試樣進(jìn)行了反復(fù)彎曲性能測(cè)試，通過(guò)分析得到以下結(jié)論：

①機(jī)織物的1次彎曲曲線和10次反復(fù)彎曲的曲線之間有較大的差距，多次彎曲能更準(zhǔn)確的反映織物的彎曲性能。根據(jù)Ghosh的四次多項(xiàng)式織物的彎曲的理論，得到6種試樣的經(jīng)、緯向1次和10次彎曲過(guò)程的擬合方程。

②針對(duì)機(jī)織物反復(fù)彎曲性能特點(diǎn)，提出了多次彎曲功差異率、多次彎曲回復(fù)功差異率和頭末次滯后功差異率3項(xiàng)指標(biāo)。通過(guò)對(duì)試樣進(jìn)行反復(fù)彎曲性能進(jìn)行測(cè)試，驗(yàn)證了3項(xiàng)指標(biāo)符合織物實(shí)際彎曲性能的特點(diǎn)。由于試驗(yàn)所用機(jī)織物的種類較少，仍需要選擇更多樣本進(jìn)行試驗(yàn)，不斷的完善機(jī)織物反復(fù)彎曲性能的測(cè)試。