織物懸垂性能的各向差異性研究

宋委娜　劉成霞

摘 要：為研究織物懸垂性能的各向差異性，對傳統的傘式測量法進行改進。選取15種常見織物，采用XDP-1織物懸垂儀對織物0°、90°、45°和135° 4個方向的懸垂性進行測試并獲取懸垂圖像；基于所得圖像提出最大展寬、投影面積和懸垂系數3個新指標；最后分析織物各向懸垂性與彎曲長度和抗彎剛度的關系。結果發現：這3個新指標與彎曲長度和抗彎剛度均具有較好的相關性；織物硬挺的方向易形成波峰，柔軟的方向易形成波谷，織物某方向的懸垂性越好，越易彎曲，該方向的抗彎能力越小。這表明通過一塊圓形試樣的懸垂投影可以預估織物某方向的彎曲性能，利用改進的傘式法可以測量織物懸垂性能的各向差異性。

關鍵詞：織物；懸垂系數；最大展寬；投影面積；懸垂性；彎曲性

中圖分類號：TS102.9 文獻標志碼：A 文章編號：1009-265X（2023）06-0160-07

懸垂性是指織物因自重而下垂的性能，是一個影響面料視覺風格、美學舒適性的重要指標［1］。因此準確測試與評價織物的懸垂性，具有重要的理論和實際意義［2］?？陀^評價織物的懸垂性，是國內外眾多學者極力想解決的問題［3］。

織物懸垂性的測試方法有多種，其中傘式測量法是國際上最通用的方法［4］。隨著科技的發展，許多學者相繼提出了新的懸垂性測試方法，如倒Ω法［5］、M型測試法［6］、仰視投影法［7］等。此外，懸垂性的評價指標［8］也是重要的研究內容。最常見的評價指標是懸垂系數，波紋數、波峰幅值、波峰夾角、柔性剛度、彎曲長度、圖像占有率［9］等也被廣泛應用［10］。

在目前涉及懸垂性的研究中，傘式測量法只能用來測量織物整體的懸垂性能。然而，由于織物經緯密不同或結構不同，同一織物在不同方向的懸垂性也存在顯著差異，簡稱懸垂各向差異性。傘式測量法是否可以表征織物懸垂性能的各向差異性尚未可知。因此，本文嘗試通過對傳統的傘式測量法加以改進，在測試前標明織物的絲縷方向，通過分析實驗獲取的懸垂圖像，提取最大展寬、投影面積和懸垂系數3個新指標，來探索這一問題。

1 實 驗

1.1 試樣的選取

選取市場上常見的15種織物，其成分結構各不相同，具體規格參數如表1所示。

1.2 織物懸垂性測試

采用XDP-1織物懸垂儀（上海新纖儀器有限公司）對織物懸垂性進行測試，并獲取懸垂圖像。該儀器采用傘式測量法，將圓形試樣（直徑為240 mm）置于托盤（直徑為120 mm）上，開始測試后，試樣和托盤勻速升起，試樣因自重而下垂，并呈現懸掛狀態，測試完畢后即可看到織物的懸垂投影圖。本文對測試過程進行了改進：

a）裁剪試樣前，對織物用量角器進行方向測量，且用記號筆標明4個方向：0°（經向）、90°（緯向）、45°和135°。

b）將織物試樣置于托盤上，確保固定，使其0°始終為豎直方向。試樣方向標注方式示意圖如圖1所示。

c）在織物上方放置邊長為1 cm的正方形卡紙，用作后續處理的參照物。

所有實驗均在標準大氣環境中進行。

1.3 指標構建

用Matlab軟件讀取懸垂圖像，并對其進行灰度化、二值化、形態學等處理，然后用bwlabel函數、regionprops函數以及imtool函數分別計算投影面積S和最大展寬L，根據參照物面積和長度求出被測試樣的新指標值。新指標含義如下：

a）最大展寬L：根據試樣的懸垂圖像，提取試樣每個方向兩端展開的最大距離，cm?？椢飸掖固卣髦笜俗畲笳箤捜鐖D2（a）所示。

b）投影面積S：將試樣4個方向等角劃分（每個方向的角度為45°），形成不規則區域的投影面積，織物懸垂特征指標投影面積如圖2（b）所示。以圖2（b）中S經為例，分別取圖1中的0°與45°以及0°與135°的角平分線，兩條角平分線與織物投影的外輪廓圍面積即為S經。

c）各區域的懸垂系數D：按照步驟b）中的分區方法，將織物的懸垂投影圖像分為8個區域，如圖2（b）所示，由于相對的兩個區域屬于同一方向，所以8個區域實際屬于4個方向，8個區域的懸垂系數計算如公式（1）所示：

式中：S投影為各區域的投影面積；S圓盤為各區域的圓盤面積；S試樣為各區域試樣的投影前面積。最后將屬于同一方向的兩個區域的懸垂系數取平均，即為該方向的懸垂系數，即求出織物0°、90°、45°和135°的懸垂系數。

d）織物懸垂各向差異指標：經緯最大展寬之比和斜向最大展寬之比。經緯最大展寬之比A1的計算方式為試樣經向與緯向最大展寬的比值；斜向最大展寬之比A2的計算方式為試樣45°與135°方向最大展寬的比值。

1.4 織物彎曲性測試

由于傘式測量法本身無法得到某一具體方向的性能，而彎曲性和懸垂性都是表示織物柔軟程度的性能，因此選取可測某一具體方向性能的彎曲性作為懸垂性的比較標準。根據GB/T 18318.1—2009《紡織品 彎曲性能的測定 第1部分：斜面法》，用YG（B） 022D型全自動織物硬挺儀（溫州大榮紡織儀器有限公司），測試表1中15塊試樣0°、90°、45°和135°的彎曲長度和抗彎剛度。

2 結果與討論

織物斜面法彎曲性測試結果見表2，新指標的測試結果見表3，其中彎曲長度、抗彎剛度和3項新指標均是織物4個方向測試結果的平均值，且每個方向均為正反面共10個測試結果的平均值。

2.1 新指標與彎曲長度和抗彎剛度的相關性

為探究懸垂性新指標與彎曲性是否具有良好的相關性，將15塊試樣4個方向的新指標分別與彎曲長度和抗彎剛度進行相關分析，新指標與彎曲性測試結果的相關系數如表4所示。

表4顯示，4個方向的最大展寬、投影面積和懸垂系數與彎曲長度和抗彎剛度均具有較高的相關性，在0.01的顯著性水平上高度相關，具體來看，新指標與彎曲長度的相關性好于抗彎剛度，對新指標分別與彎曲長度進行回歸分析，得出新指標與彎曲長度回歸的R2值分別是0.65、0.71、0.70，因此后面重點分析投影面積和懸垂系數與彎曲長度的關系。新指標與抗彎剛度的相關性較弱，是因為織物的抗彎剛度計算時還需考慮織物克重，而本文中的新指標均未包含織物克重。

表4可以看出3個新指標與彎曲長度和抗彎剛度均呈正相關關系。說明織物越硬挺的方向（即彎曲長度和抗彎剛度越大），用傘試測量法測得該方向的最大展寬、投影面積、懸垂系數也越大。

從表4還可以看出，4個方向的投影面積和懸垂系數與彎曲長度的相關系數幾乎一樣（除90°略有差異外），均高于最大展寬與彎曲長度的相關系數。這是因為懸垂系數是利用投影面積計算得到的，因而其相關性高于最大展寬。

圖3與圖4分別示出了投影面積和懸垂系數與彎曲長度的關系，圖中的樣本量為60個（15塊織物，每塊織物4個方向）。

從圖3可以看出，投影面積與彎曲長度呈正相關關系，其具體關系式為：Y=0.482X1+2.759，R2=0.71，其中：Y表示彎曲長度，mm；X1表示投影面積，cm 說明傘式測量法所測投影面積越大的織物，其斜面法所測的彎曲長度也越大。

從圖4可以看出，懸垂系數和彎曲長度也呈正相關關系，其具體關系式為：Y=0.180X2+10.272，R2=0.70，其中：Y是彎曲長度，mm；X2是懸垂系數，%，即懸垂系數越大的織物，其彎曲長度也越大。究其原因，越硬挺的織物，其懸垂性越差，抵抗彎曲變形的能力越大，越不易彎曲。由此可知，測試懸垂性的傘式測量法和測試彎曲性的斜面法所測結果具有較好的相關性，且傘式測量法所測的投影面積越大，則斜面法所測彎曲長度也越大（即越硬挺），越不易彎曲變形。

由圖3和圖4可知，投影面積和懸垂系數與彎曲長度的相關性較好，但圖中的點并沒集中在擬合線周圍。這是因為懸垂試樣為圓形，各個方向的分界并不明顯，其自然懸垂形態受織物面料各向性能的影響。此外，懸垂性除了與織物彎曲性有關外，還與織物剪切性有關，而本文比較的僅為彎曲性與懸垂性的關系。因此二者的相關系數沒有特別高。

2.2 基于傘式測量法的織物懸垂各向差異分析

為分析織物不同方向的懸垂性差異，計算經緯最大展寬之比A1和斜向最大展寬之比A2，不同方向最大展寬的比值如表5所示，圖5示出了不同織物的懸垂投影形態。

從表5中可看出，織物的經緯向與斜向均有差異，有的差異明顯，有的差異不明顯，結合圖5可知：2#各方向都很硬挺，經緯及斜向最大展寬之比差距較小，即各向差異不明顯；4#經緯向最大展寬之比大于斜向，經緯向均硬挺，易形成波峰，而斜向較柔軟，易形成波谷，各向差異較明顯；6#經緯最大展寬之比較高，且經向較硬挺，緯向較柔軟，而135°和45°的斜向差異較小，均較硬挺；8#經緯向和135°方向較硬挺，45°方向較柔軟，各向差異較明顯；9#緯向較柔軟，其他方向較硬挺，經緯向差異比斜向大；14#經向較柔軟，緯向斜向較硬挺。其中2#、4#、8#和14#均為平紋織物，對于硬挺的平紋織物，其各向差異不明顯，而對于柔軟的平紋織物，其緯向懸垂性可能比經向好，135°比45°的懸垂性差。6#、9#為斜紋織物，其斜向懸垂性比經緯向好。由此可知，傘式測量法所得織物的投影形態經過方向標記及指標提取，可以用來表征織物懸垂性的各向差異。

綜上，織物的懸垂性與彎曲性之間存在相關關系，織物某方向的懸垂性越差，抵抗彎曲變形的能力就越大，織物也就越不易彎曲，即傘式測量法所測懸垂性結果與斜面法所測彎曲性結果之間具有較好的相關性，因此改進后的傘式測量法所得的織物懸垂投影形態可以用來判斷織物的各向差異。

3 結 論

針對傳統傘式測量法只能測試織物整體懸垂性的不足，本文對其進行改進，通過方向標記的方法，對織物0°、90°、45°和135° 4個方向懸垂性的差異進行研究，并根據懸垂圖像提取了3個新的評價指標，研究結果表明：

a）0°、90°、45°和135° 4個方向的最大展寬、投影面積和懸垂系數與彎曲長度和抗彎剛度均具有較好的正相關關系，且與彎曲長度的相關性高于抗彎剛度，說明本文的改進方法具有良好的可行性。

b）本文結合織物的彎曲性進行研究，發現織物的懸垂性和彎曲性存在相關關系，織物某方向的懸垂性越差，其抵抗彎曲的能力就越大，則該方向越不易彎曲。

c）利用改進的傘式測量法所得的織物懸垂投影形態可以判斷織物懸垂性和彎曲性的各向差異，織物硬挺的方向易形成波峰，柔軟的方向易形成波谷，使設計師對織物各向差異性一目了然，更利于服裝設計時的選材。

參考文獻：

［1］周玲玲，齊紅衢，周華.織物懸垂形態測試及其評價指標的研究［J］.現代紡織技術，2010，18（3）：46-50.

ZHOU Lingling， QI Hongqu， ZHOU Hua. Research on fabric draping shape test system and its evaluate parameters［J］. Advanced Textile Technology， 2010， 18（3）： 46-50.

［2］王霞，羅戎蕾.織物懸垂性的研究現狀及發展趨勢［J］.紡織導報，2021（9）：78-82.

WANG Xia， LUO Ronglei. Research status and development trends of fabric drapability［J］. China Textile Leader， 2021（9）：78-82.

［3］張曉婷，洪劍寒，査神愛，等.基于三維掃描技術的毛織物懸垂性能測試方法［J］.毛紡科技，2015，43（10）：58-61.

ZHANG Xiaoting， HONG Jianhan， ZHA Shenai， et al. Study on the drape performance testing method of wool fabric with three-dimensional scanner［J］. Wool textile Journal， 2015， 43（10）： 58-61.

［4］RYKLIN Dzmitry，湯曉彤.評估織物懸垂性的新方法［J］.現代紡織技術，2022，30（1）：109-114.

RYKLIN Dzmitry， TANG Xiaotong. Development of a new method for evaluating the drapability of fabrics［J］.Advanced Textile Technology， 2022， 30（1）：109-114.

［5］余芳，劉成霞，尹清一.倒Ω法測試織物彎曲性及懸垂性［J］.絲綢，2019，56（2）：27-31.

YU Fang， LIU Chengxia， YIN Qingyi. Measurement of fabric bending and draping performance with inverse Ω method［J］. Journal of Silk， 2019， 56（2）： 27-31.

［6］韓燕娜.織物彎曲性與懸垂性測試新方法［J］.絲綢，2019，56（4）：30-34.

HAN Yanna.A new testing method for fabric bending ＆ draping behavior［J］. Journal of Silk， 2019， 56（4）： 30-34.

［7］李強，過玉清，紀峰.基于仰視投影的織物懸性測試方法［J］.紡織學報，2008，29（3）：34-37.

LI Qiang，GUO Yuqing， JI Feng.Testing method of fabric drape based on upward projection［J］. Journal of Textile Research， 2008， 29（3）： 34-37.

［8］敬凌霄，張才前，汪濤，等.圖像法測試織物懸垂性能的各向差異［J］.紡織學報，2010，31（8）：32-35.

JING Lingxiao， ZHANG Caiqian，WANG Tao， et al. Evaluation on difference between fabric warp wise and weft wise draping properties by imaging technology［J］. Journal of Textile Research， 2010， 31（8）： 32-35.

［9］BRUNIAUX P， GHITH A， VASSEUR C.Modeling and parametric study of a fabric drape［J］. Advances in Complex Systems， 2003，6（4）：457-476.

［10］黃新林，李汝勤.織物懸垂性圖像測試方法［J］.紡織學報，2006，27（11）：14-19.

HUANG Xinlin， LI Ruqin. Image test method for fabric drape［J］. Journal of Textile Research， 2006， 27（11）： 14-19.

Research onfabric draping anisotropy

SONG Weinaa， LIU Chengxiaa，b

Abstract： The draping of fabrics is mostly tested without distinguishing between directions， angenerally， the overall draping is researched. However， the same fabric has significant differences in draping due to different warp and weft yarn densities or distinct fabric structures. Therefore， researching the draping of different directions is necessary. To study the differences of fabric drape performance at different directions， the traditional method of umbrella-shaped measurement was improved in this study. First， 15 common fabrics were chosen， XDP-1 fabric drape tester was used to test the draping performance in the four directions of 0°， 90°， 45°， and 135°， and drape images were obtained. Based on the obtained images， new indexes were extracted： the maximum width， projected area and drape coefficient， and the relationship between fabric drape indexes in all directions and bending length and bending stiffness was analyzed.

The maximum widening L， projected area S and drape coefficient D are compared with the bending length and bending stiffness in the four directions. Results show that the new indicators have high correlation with both the bending length and bending stiffness， with a high correlation at a significance level of 0.01， and the three new indicators are positively correlated with the bending length and bending stiffness. The harder the fabric， the greater its maximum widening and projection area. In other words， the poorer the drape of the fabric， the less prone it is to bending， and the greater its ability to resist bending deformation. The equation between the projected area and bending length is a linear function： Y=0.482X1+2.759， R2=0.71， where Y represents the bending length （mm） and X1 represents the projected area （cm2）. And the equation between the drape coefficient and bending length is a cubic function： Y=0.180X2+10.272， R2=0.70， where Y is the bending length （mm） and X2 is the drape coefficient （%）. Then， based on the umbrella method， the anisotropy of fabric drape is analyzed and two indicators are extracted： the maximum widening ratio A1 of warp and weft and the maximum widening ratio A2 of oblique direction. Anisotropy analysis is conducted by combining the drape projection shapes of different fabrics.

The results show that all three new indicators have good correlation with bending length and bending stiffness. The direction of fabric stiffness is prone to wave peaks， while the direction of softness is prone to wave valleys. The better the drape of the fabric in a certain direction， the easier it is to bend， and the smaller the bending resistance in that direction. Therefore， the drape projection of a circular sample can be used to estimate the bending performance of the fabric in a certain direction. It is feasible to measure the drape anisotropy of the fabric by using the umbrella method.

Keywords： fabric; drape coefficient; maximum widening; projected area; fabric drape; bending property

收稿日期：20230506 網絡出版日期：20230807

基金項目：浙江省自然科學基金項目（LY20E050017）；國家自然科學基金項目（51405446）

作者簡介：宋委娜（1999—），女，山東濟寧人，碩士研究生，主要從事服裝數字化方面的研究。

通信作者：劉成霞，E-mail： glorior_liu@163.com