用蝴蝶結法測試毛織物彎曲性

余 芳， 劉成霞

( 1. 紹興文理學院 元培學院， 浙江 紹興 312000； 2. 浙江理工大學 服裝學院, 浙江 杭州 310018)

織物彎曲性能，也稱硬挺度(越易彎曲的織物，其硬挺度越小，即越柔軟)，是影響服裝風格[1]和美觀性的重要指標[2]，因此，眾多學者們[3]對其進行了大量研究[4]。如水滴法[5]測試織物彎曲性能的原理是：柔軟的面料易形成細長的水滴，硬挺的面料易形成豐滿的水滴，根據水滴形狀可預測織物的硬挺度。利用凹陷法[6]測試織物多方向硬挺度的優點是：可彌補目前每種方法只能測試織物某一個方向彎曲性能的不足。針對目前織物的彎曲性能和懸垂性是分開獨立測試的現狀，劉成霞等[7]提出了一種可同時測試這2種性能的方法，節省了測試成本。除測試方法外，還有學者研究了如何利用不同的算法預測織物的彎曲性能，如利用織物實際彎曲形態，經過公式推導得到彎曲性能[8]，以及如何利用BP神經網絡預測織物斜向彎曲性能[9]。

綜上，目前用得最多，同時也是國家標準規定的測試織物彎曲性能的方法是斜面懸臂梁法[10]，但斜面懸臂梁法存在的問題是：1塊試樣只能得到 1個測試結果，要得到多個測試結果需要多塊試樣，尤其對于高檔面料，難免造成一定的材料浪費，同時也耗費較多的時間裁剪面料。眾所周知，紡織面料是易變形的柔性體，測試結果存在偶然性和不確定性，為減少測試誤差，需要進行多次測量，例如同樣的織物試樣通常要裁剪5塊，做5次相同的測試，對結果求平均值。這一現象對于高檔面料來說是一種浪費，因此，如果能利用1塊織物試樣就可得到多組測試結果，無疑可節約測試成本。

此外，由于彎曲性能是織物柔軟變形能力的體現，對服裝的外觀挺括性有直接影響，而且作為對挺括性有較高要求的高檔西裝來說，其主要材料是毛織物，因此，本文的實驗對象為含毛類機織物，以期通過研究，探索出一種既簡便又節約用料的測試方法，可快速獲得毛織物的彎曲性能，為高檔西裝制作前的選材提供參考。

1 實驗部分

1.1 試樣的選取

本文研究對象為18種含毛機織物，由江蘇陽光集團提供，詳細規格見表1。表中織物的經緯紗原料相同。

表1 織物規格參數Tab.1 Fabric specification parameters

1.2 斜面法測試織物彎曲性能

參照GB/T18318—2001《紡織品 織物彎曲長度的測定》，將表1中的18塊織物按照經向、45°和緯向3個角度進行試樣裁剪，每個方向裁剪5塊試樣。測試儀器為YG(B)022D型全自動織物硬挺度測試儀，參數設置如下：檢測角度為41.5°，推出速度為 4 mm/s，分正面朝上和反面朝上進行彎曲性能測試，每種織物的5塊試樣正反面共測得10個抗彎剛度B(μN·m)值，對其取平均值作為該角度下的抗彎剛度。本文中所有實驗均在標準大氣狀態下進行。

1.3 蝴蝶結法測試彎曲性能

1.3.1 測試原理

蝴蝶結法測試織物彎曲性能的原理是將長方形毛織物試樣的2條長邊對齊，并在長度方向的中心位置用夾子夾住，如圖1所示。圖中顯示用夾子將毛織物的中間部分固定以后，其2條寬邊會由于織物彎曲性能的不同而打開成不同的角度，同時寬度和面積也有所不同。從正面看上去，夾子固定后的織物形狀恰似一個蝴蝶結，故將其命名為蝴蝶結法。

1.3.2 測試前的準備

1)實驗用具及材料：數碼相機、實驗臺、針形夾、固定試樣用的白色聚苯乙烯板、若干針形夾。

2)實驗環境及條件：標準大氣環境，光照均勻且充足的室內。

圖1 蝴蝶結法測試原理Fig.1 Testing principle of bowknot method.(a) Front of 1# fabric; (b) Profile of 1# fabric;(c) Front of 4# fabric; (d) Profile of 4# fabric

3)試樣：將18種織物熨平后，分別按照經向、與經紗成 45°和緯向 3 種絲縷方向，將其剪為長 8 cm、寬4 cm(經過多次實驗，此規格的織物測試結果較準確)的長方形(標上經向絲縷記號)，每種織物準備3塊試樣。

1.3.3 實驗流程

1)將裁剪好的織物試樣在標準大氣條件下放置 24 h，標出2條寬邊的中點，連接2個中點，即畫出平行于2條長邊的平分線。

2)將長方形試樣的2條長邊對齊，且用針形夾固定在平分線的中點處，并使針形夾的方向與試樣寬邊平行。此時，試樣由于受到外力的作用而呈現蝴蝶結的形態。

3)將蝴蝶結試樣固定在白色聚苯乙烯板上，且在試樣正前方固定位置處放置一個黑色邊長為 1 cm的小正方形，作為參照物，用于計算蝴蝶結法提取的圖像參數所對應的實際尺寸。

4)檢測裝置如圖2所示。在聚苯乙烯板的正上方放置相機架，數碼相機置于相機架上，用于從正上方對試樣拍照，且在試樣的寬邊方向上也放置一架數碼相機，用于固定位置拍攝試樣的側面形態。

圖2 檢測裝置Fig.2 Testing instrument

5)在試樣的蝴蝶結形態穩定 1 min 后，用調好參數的數碼相機對其進行拍照，并記錄織物編號及所測織物絲縷方向(經向、45°、緯向)。

1.3.4 表征織物彎曲性能的指標

將以上所拍照片導入AutoCAD圖像處理軟件，利用此軟件的查詢不規則圖形距離、面積和角度的功能進行彎曲特征的提取[5]，如圖3所示。引入蝴蝶結面積A、寬度W、高度H及夾角θ作為評價織物彎曲性能的指標。

圖3 蝴蝶結法提取的彎曲性能指標Fig.3 Extraction of parameters in bowknot method.(a) Front; (b) Profile

1) 面積A:從正面拍攝的照片上，蝴蝶結試樣的兩翼所形成的面積(見圖3(a))。

2) 寬度W: 用針形夾固定后，長方形試樣的寬邊彎曲后所形成投影的直線距離。

3) 高度H:在側面照片上，蝴蝶結試樣的2個端點與彎曲試樣最低點的垂直高度。由圖3(b)可知, 高度H為圓圈所示的織物端點與最凹陷點的垂直距離，并非圖中三角形所示的針形夾固定的織物位置(針形夾固定的織物位置與最凹陷點的垂直距離為織物寬度4 cm的一半，即2 cm)。如圖1(c)和(d)所示，柔軟性不同的面料形成的高度H亦有所不同，硬挺的面料形成的H較大，柔軟的面料易受織物重力的吸引而使織物的端點靠近桌面，從而導致H較小。

4) 夾角θ：在正面照片上，以針形夾為頂點，以蝴蝶結的2條布邊所做的切線為2條邊，所形成的夾角。

由于每塊試樣形成的蝴蝶結都有兩翼，所以可提取的參數均有2組，這在一定程度上比斜面法更具有優勢，將2組參數求取平均值作為該塊試樣的測試結果，再將同一織物3塊試樣的測試值求平均，可得到每種織物的最終結果。測試結果如表2 所示。

2 結果與討論

2.1 不同方法各指標間的相關性

將表2中用懸臂梁法與蝴蝶結法所測指標通過相關分析，得到Pearson相關系數如表3所示。其中參與相關分析的樣本量為54個(18塊試樣，每個試樣經向、緯向、45°方向共3組數據)。

從表3可看出：蝴蝶結法中的4個指標，即蝴蝶結面積、寬度、高度和角度，與斜面懸臂梁法中的抗彎剛度之間具有較好的相關性，其中與抗彎剛度呈正相關的是蝴蝶結面積、寬度和角度，呈負相關的是蝴蝶結高度。可以解釋為：抗彎剛度越大的面料，即越硬挺的面料，形成的蝴蝶結面積、寬度和角度越大，高度越小。其原因可能是越硬挺的面料，在受到夾子固定的外力作用下，越不易屈服，即抵抗外力的能力越強，越易保持原有的平整狀態，因而面積、寬度和角度都較大(見圖1(a))；而柔軟的面料則易在外力作用下改變原有的形狀，因此，形成的蝴蝶結比較狹長；從側面看，蝴蝶結的寬邊彎曲較明顯，因而高度較大，如圖1(d)所示。

表2 織物彎曲性能測試結果Tab.2 Results of fabrics bending performance

表3 織物各彎曲性能指標間的相關系數 Tab.3 Correlation coefficients of bending performance

注：**表示 在0.01 水平(雙側)上顯著相關。

2.2 蝴蝶結法的彎曲指標與抗彎剛度關系

圖4示出經、緯、45°這3個方向共54個樣本，斜面法所測的抗彎剛度B與蝴蝶結法所測的蝴蝶結面積A之間的關系。可知，抗彎剛度與蝴蝶結面積呈較好的正相關關系，二者的具體關系式為Y=0.172 91X12-2.071X1+11.826，R2=0.949 2, 其中X1為蝴蝶結面積A(cm2)，Y為抗彎剛度B(μN·m)。即抗彎剛度越大的織物，用本文提出的方法進行測試時，蝴蝶結面積越大。可以解釋為越硬挺的面料，在外力作用下越不易屈服，越易保持原有狀態，因而蝴蝶結寬度越大；相反地，柔軟的面積則越易被夾子固定這一外力改變原來的形狀，寬度越小。這一原理有點類似質量大的物體其慣性也越大的物理現象。另外，可根據抗彎剛度與蝴蝶結面積之間的二次多項式，由蝴蝶結面積的大小推算和預測織物的抗彎剛度；當無需知道精確的抗彎剛度數值時，則可根據蝴蝶結面積的大小，來快速得到毛織物的彎曲性能好壞。

圖4 抗彎剛度與蝴蝶結面積之間的關系Fig.4 Relationship between bending rigidity and bowknot area

圖4還顯示，當面料的抗彎剛度較小時，曲線的擬合效果較差，這可能是因為柔性較大的面料，表現出來的性能更加不穩定，即離散性較大。而較為硬挺的面料則表現為較好的剛性，即穩定性更佳，因此，其規律也更易通過實驗測試獲得。

由表3可知，蝴蝶結面積與抗彎剛度的相關性最好，其次是蝴蝶結寬度、角度和高度，因此，接下來進一步探究蝴蝶結寬度與抗彎剛度之間的關系。

圖5示出54個樣本用斜面法所測的抗彎剛度B與用新方法所測的蝴蝶結寬度W之間的關系。二者具體的關系式為Y=2.671X22-1.729 6X2+7.079 2，R2=0.838 9，其中X2為蝴蝶結寬度(cm)，Y為抗彎剛度B(μN·m)。即抗彎剛度越大的織物，用本文提出的方法進行測試時，蝴蝶結寬度越大。其原理與蝴蝶結面積類似，在此不再贅述。

圖5 抗彎剛度與蝴蝶結寬度之間的關系Fig.5 Relationship between bowknot width and bending rigidity

通過對比圖4、5的相關系數R可以發現，蝴蝶結面積與抗彎剛度的相關性大于蝴蝶結寬度。其原因可能是，相比寬度這個單一維度的指標來說，面積更能綜合表征織物性能，涵蓋了寬度、長度、角度等多個維度，因而更能體現毛織物在外力作用下的變形能力。另外，盡管蝴蝶結寬度與抗彎剛度的相關性比蝴蝶結面積稍差，但其測量更為簡單(可用直尺直接量得)，因此，在精度要求不是太高的情況下，比蝴蝶結面積(需要用圖像處理軟件獲得，無法直接測量)這一指標的獲取更加快速方便，在實際應用時更具優勢。

與斜面法相比，本文方法還具有以下優勢：由于所形成的蝴蝶結有兩翼，所以可以用一塊試樣得到2組測試結果，而斜面法每次只能測試1塊試樣，得到1個測試結果，所以本文方法效率更高，也更加節約實驗材料；同時操作很簡單，所需用品極為常見，可以快速估算織物是否容易彎曲，如果想得到較為精確的抗彎剛度，也可通過簡單的計算獲得。

3 結束語

本文以18種含毛織物為研究對象，用斜面懸臂梁法分別測試其抗彎剛度，然后用自行設計的蝴蝶結法測試其彎曲性能，并用圖像處理軟件求取蝴蝶結面積、寬度、高度和角度，并以此作為評價指標，經過研究得出以下結論。

1)蝴蝶結法中的4個指標(蝴蝶結面積、寬度、角度和高度)與抗彎剛度都具有較好的相關性。且抗彎剛度越大的面料，形成的蝴蝶結面積、寬度和角度越大，高度越小。

2)抗彎剛度與蝴蝶結面積呈較好的正相關關系，二者的具體關系式為Y=0.172 91X12-2.071X1+11.826，R2=0.949 2, 其中X1為蝴蝶結面積，Y為抗彎剛度。可以根據此二次多項式，由蝴蝶結面積推算和預測毛織物的抗彎剛度。

3)當對織物彎曲性能的精度要求不是很高的情況下，可用直尺直接測量蝴蝶結寬度，來快速比較不同羊毛織物彎曲性能的差異。

本文提出的蝴蝶結法既可較為精確地推算和預測毛織物的抗彎剛度，又可快速比較不同羊毛面料彎曲性能的差異，操作簡便，所需材料也極易獲得。此外，利用1塊試樣就可得到2組測試結果，在節約測試原料的同時，也能節省裁剪面料的時間，降低面料，尤其是高檔面料的測試成本。

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