純棉機織物折皺動態(tài)回復性能的研究

何瑞嫻 紀 峰 閔 潔 張建祥

（1.東華大學，上海，201620；2.魯泰紡織股份有限公司，山東淄博，255100）

純棉織物吸濕性好且柔軟舒適，是服裝設計的優(yōu)選面料，但在洗滌、折疊等過程中易產(chǎn)生折皺，影響外觀效果和服用舒適體驗，因此改善純棉織物的折皺回復性具有重要意義。通常采用回復角法、平整度法、服裝褶曲外觀法等評定織物的折皺回復性，圖像處理技術、激光掃描技術也被用于獲取重要的指標數(shù)據(jù)［1‐5］。實際經(jīng)常發(fā)現(xiàn)折皺回復角相同或相近的面料，在折皺回復過程中展現(xiàn)出不同的動態(tài)回復風格。因此，單一用折皺回復角不能確切表征面料的折皺動態(tài)回復性能，需要綜合指標系統(tǒng)地對織物的折皺動態(tài)回復性進行客觀表征。

王蕾利用動態(tài)視覺系統(tǒng)測得了折皺回復角隨時間變化的曲線，計算初始回復速率、急彈時間、緩彈時間、急彈回復角、緩彈回復角和回復率等指標，以此評價棉織物的折皺動態(tài)回彈性，為全面客觀地評價織物折皺動態(tài)回復風格提供了有價值的參考［6］。楊書會等利用回歸模型研究了織物經(jīng)緯紗線密度、經(jīng)緯紗捻度、經(jīng)密和緯密對回復角的影響，發(fā)現(xiàn)經(jīng)緯紗線密度和捻度對棉織物折皺回復性影響較大［7］。侯文雙等采用方差分析法發(fā)現(xiàn)，織物總緊度和整理液濃度的協(xié)同作用對棉織物折皺回復性有顯著影響［8］。

本研究在王蕾研究的基礎上提出了瞬時回復、延遲回復的概念，采用瞬時回復角、瞬時回復時間、延遲回復角、延遲回復時間、總回復時間及瞬時回復率等作為表征織物折皺動態(tài)回復性的指標體系。通過自行設計、織制棉織物試樣，研究分析織物規(guī)格對折皺動態(tài)回復指標的影響，為紡織面料和服裝設計提供參考。

1 折皺動態(tài)回復角測試

1.1 測試裝置

織物折皺回復角動態(tài)測試裝置分試樣施壓系統(tǒng)、視頻采集系統(tǒng)、圖像處理系統(tǒng)3 部分。其中，試樣施壓系統(tǒng)由砝碼、壓片、試樣、墊塊等構(gòu)成。

1.2 試樣施壓

試樣裁剪為“凸”字形，固定翼尺寸40 mm×20 mm，回復翼尺寸15 mm×20 mm，置于恒溫恒濕室［溫度（20±2）℃，相對濕度（65±2）%］平衡24 h 以上。將平衡后的試樣由壓片固定在墊塊上，沿試樣回復翼、固定翼的交接處對折，在壓片上方放置10 N 的砝碼施壓5 min。

1.3 視頻采集

試樣承壓5 min 后，除去砝碼和壓片，迅速翻轉(zhuǎn)墊塊，令壓痕與水平面垂直，相機開始記錄試樣回復角的變化過程，記錄總時間5 min。采用Adobe Premiere 軟件讀取視頻并截取圖像。

1.4 圖像處理

1.4.1 灰度化和二值化處理

對圖像進行灰度處理和二值化處理，得到邊界清晰的回復翼系列規(guī)整圖像。處理后的圖像如圖1 所示。

圖1 處理后的回復翼圖像

1.4.2 回復角數(shù)據(jù)讀取

對于二值化后的規(guī)整圖像，采用Screen Pro‐tractor軟件讀取回復角數(shù)據(jù)，其方法如圖2 所示。

圖2 折皺回復角數(shù)據(jù)讀取

實際操作中試樣展開一定角度時，試樣回復翼兩條側(cè)邊很容易發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形，造成讀數(shù)誤差，如圖3 所示。以平行于固定翼表面的圖像根部為基準讀取織物折皺回復角數(shù)據(jù)，有利于消除讀數(shù)誤差，提高回復角測量的準確性。

圖3 織物扭轉(zhuǎn)變形現(xiàn)象及讀取回復角方式

1.5 折皺動態(tài)回復指標提取

根據(jù)以上測試方法可以得到回復角隨時間的變化曲線，如圖4 所示。

圖4 折皺回復角變化曲線及其曲率、斜率

本研究將折皺回復角的增長過程分為兩個階段：瞬時回復階段和延遲回復階段。瞬時回復階段代表當外部壓力去除后，試樣回復翼快速回彈的階段；試樣回復翼經(jīng)快速回彈后，折皺回復角增速減緩直至接近零，該階段為延遲回復階段。圖4 中，以T1時刻為分界點，折皺回復角變化曲線上T1左側(cè)區(qū)間代表瞬時回復區(qū)，T1右側(cè)代表延遲回復區(qū)。

1.5.1 瞬時回復指標

折皺回復角變化曲線的曲率如圖4 所示。曲率越大，表示曲線的彎曲程度越大，用曲線曲率最大值對應的點來表示回復角變化曲線由急變緩的轉(zhuǎn)折點。轉(zhuǎn)折點前，回復角增長較快，經(jīng)過轉(zhuǎn)折點后回復角增長放緩。本研究將該轉(zhuǎn)折點定義為瞬時回復點。瞬時回復點對應的時間定義為瞬時回復時間，代表回復角迅速增長的時間，用T1表示，單位為s；對應的回復角定義為瞬時回復角，用β1表示，單位為°。

1.5.2 延遲回復指標

回復角隨時間變化曲線在各點上斜率的變化如圖4 所示。斜率趨近于0 時，回復角基本不再增長，因此將曲線上斜率接近0 的點定義為總回復點，對應的時間為總回復時間，用T表示，單位為s。

總回復點對應的回復角定義為總回復角，用β表示，單位為°。總回復時間與瞬時回復時間的差值（T-T1）定義為延遲回復時間，代表回復角增長速度減緩的時間，用T2表示，單位為s。總回復角與瞬時回復角的差值（β-β1）定義為延遲回復角，即β2，單位為°。

1.5.3 瞬時回復率

織物瞬時回復率定義為織物瞬時回復角與總回復角的比值，表示試樣在瞬時回復時間點上的回復角占總回復角的百分比。

2 純棉平紋機織物折皺動態(tài)回復性分析

2.1 試樣準備

設計和織制了4 種平紋試樣，規(guī)格如表1 所示。其中，試樣經(jīng)紗和緯紗均為C 29.2 tex 紗。

表1 平紋試樣規(guī)格

2.2 折皺動態(tài)回復指標測試

以A3 緯向和A4 緯向為例，根據(jù)1.5 中方法測量折皺回復角隨時間的變化曲線，如圖5 所示。

圖5 回復角擬合曲線及其曲率

由圖5 可以看出，兩種試樣折皺回復角曲線的形態(tài)、曲率變化曲線的形態(tài)都明顯不同，說明兩種織物試樣的折皺動態(tài)回復風格有明顯差異。為進一步量化表征折皺動態(tài)回復風格，從曲線中提取動態(tài)指標，計算過程如下。

2.2.1 平紋試樣瞬時回復指標

對A3、A4 回復角變化數(shù)據(jù)進行擬合，再求擬合曲線的曲率。A3、A4 回復角變化擬合曲線表達式如式（1）和式（2）所示。擬合曲線曲率公式如式（3）所示。

式中：y為回復角擬合曲線函數(shù)，K為擬合曲線的曲率，y'為函數(shù)y的一階導數(shù)。y''為函數(shù)y的二階導數(shù)，t為時間，單位s。

根據(jù)式（1）、式（2）、式（3）得出A3 在緯向的瞬時回復時間T1=5 s，瞬時回復角β1=98.3°，A4在緯向的瞬時回復時間T1=7 s，瞬時回復角β1=67.7°。A3 和A4 瞬時回復時間均遠小于GB/T 3819—1997《紡織品 織物折痕回復性的測定 回復角法》規(guī)定的急彈回復角（15 s），可以看到，對不同類型面料的瞬時回復角和瞬時回復時間也不相同。因此，為使測量指標數(shù)據(jù)更恰當體現(xiàn)具體面料的折皺動態(tài)回復風格，應通過預試驗確定待測試樣的瞬時回復時間。

2.2.2 平紋試樣延遲回復指標

根據(jù)式（1）和式（2）計算曲線斜率，得到A3、A4 的回復角曲線斜率變化曲線如圖6 所示。

圖6 回復角擬合曲線及曲線的斜率

計算可得A3 總回復時間T=147 s，總回復角β=108.5°，延遲回復時間T2=142 s，延遲回復角β2=10.2°；A4 總回復時間T=145 s，總 回復角β=78.2°，延遲回復時間T2=138 s，延遲回復角β2=10.5°。在實際操作中，可先通過預試驗確定總回復時間，若總回復時間小于5 min，則可節(jié)省回復角測試時間。

2.2.3 平紋試樣瞬時回復率

計算可知A3 和A4 在緯向的瞬時回復率都在85%以上，基本上可說明純棉平紋機織物的瞬時回復角占總回復角的主體部分，其折皺回復以瞬時回復為主。

2.2.4 測試數(shù)據(jù)

試樣的瞬時回復角、延遲回復角取經(jīng)向和緯向回復角之和，瞬時回復時間、延遲回復時間取經(jīng)向和緯向相應回復時間的平均值。平紋試樣折皺動態(tài)回復指標測試結(jié)果如表2 所示。

表2 平紋試樣折皺動態(tài)回復指標

2.3 織物密度對折皺動態(tài)回復指標的影響分析

經(jīng)密相同的A1、A2 試樣瞬時回復時間相近，A3、A4 試樣瞬時回復時間接近。在緯密相同的情況下，經(jīng)密較大的試樣A3 較A1 的瞬時回復時間提前，試樣A4 的瞬時回復時間小于試樣A2。初步說明經(jīng)密對純棉平紋織物的瞬時回復時間有明顯影響，增大經(jīng)密對完成瞬時回復有積極推動作用。在經(jīng)密相同的情況下，緯密較大試樣A2的瞬時回復角較試樣A1 的偏小，緯密較大試樣A4 的瞬時回復角比試樣A3 的小。初步顯示，提高緯密可一定程度上減小純棉平紋織物的瞬時回復角。經(jīng)密增大，織物經(jīng)向單位長度內(nèi)紗線根數(shù)增加，緯向上單位長度內(nèi)的組織點增多，經(jīng)紗間的摩擦加劇，存儲于織物內(nèi)部的彈性勢能增加，當壓折外力去除后，彈性勢能迅速釋放，使試樣達到瞬時回復點的時間變短，瞬時回復角增大。緯密增大令經(jīng)緯紗之間的活動空間減少，外力去除后，經(jīng)緯紗間不易發(fā)生相對滑移，阻礙系統(tǒng)回歸原始狀態(tài)的力變大，瞬時回復角相應減小。 試樣A1～A4 的瞬時回復率基本相同，表明純棉平紋機織物的瞬時回復率受經(jīng)密和緯密的影響較小。

3 純棉斜紋機織物折皺動態(tài)回復性分析

設計和織制了4 種二上一下斜紋試樣，規(guī)格如表3 所示。 其中，試樣經(jīng)紗和緯紗均為C 29.2 tex 紗。根據(jù)1.5 中的測試方法，測量得到純棉機織斜紋試樣的動態(tài)回復指標數(shù)據(jù)，如表4所示。

表3 斜紋試樣規(guī)格

4 種斜紋試樣采用與平紋完全一樣的紗線以及逐一對應的經(jīng)密和緯密，比較表2 和表4 中的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，與平紋試樣相比，斜紋試樣的瞬時回復率偏小，并且瞬時回復時間和瞬時回復角都較小，延遲回復時間也較小，但延遲回復角相對較大。

表4 斜紋試樣折皺動態(tài)回復指標

表4 顯示，對于4 種斜紋機織試樣，經(jīng)密和緯密對試樣的瞬時回復角的影響規(guī)律不明顯，但通過比較試樣B1 和B4 發(fā)現(xiàn)，當經(jīng)密和緯密同時增加時，斜紋試樣的瞬時回復時間和瞬時回復角都下降。

經(jīng)密和緯密對4 種斜紋試樣延遲回復指標的影響規(guī)律不一致。但由表4 可以看出，經(jīng)密、緯密的同時增加，可縮短斜紋試樣的延遲回復時間，并使延遲回復角降低。

斜紋試樣的經(jīng)緯紗交織點密度較平紋的小，增加經(jīng)密和緯密，即增加單位面積上的交織點數(shù)，有利于積累彈性勢能，實現(xiàn)更加快速的瞬時回復。

4 結(jié)論

（1）利用圖像處理技術可以得到純棉機織物回復角隨時間的變化曲線。根據(jù)回復角曲線斜率變化最大位置和斜率趨近于0 的位置分別定義了折皺動態(tài)瞬時回復指標和延遲回復指標以及瞬時回復率，從而方便對面料的折皺動態(tài)回復風格進行表征。

（2）采用相同紗線設計織造了平紋、斜紋兩組純棉織物試樣，并進行折皺動態(tài)回復性測試。數(shù)據(jù)表明，平紋試樣比斜紋試樣的瞬時回復時間和延遲回復時間長，瞬時回復角大，且平紋試樣的瞬時回復率較大。

（3）對于平紋純棉織物，增加經(jīng)密有利于縮短瞬時回復時間，而增加緯密可令瞬時回復角減小；對斜紋試樣來說，同時增加經(jīng)密和緯密可使延遲回復時間縮短，并降低延遲回復角。

（4）純棉平紋和斜紋機織物的瞬時回復率受經(jīng)密和緯密的影響較小，但平紋織物的瞬時回復率較斜紋織物的大，表明純棉平紋機織物的瞬時回彈風格更顯著。