织物的手感与柔软性主要取决于织物的弯曲刚度、剪切性能、表面性能等低应力力学性能。目前成熟的测试仪器有 FAST 和 KES 系统, 测试结果比较准确 ,但系统造价昂贵,操作费时, 测试指标较多, 数据处理复杂, 在一定程度上限制了它们的普及应用[ 1 -3]。用电子硬挺度仪的测试方法(俗称斜面法)较简单,但数据单一 ,所测的弯曲长度只能求得弯曲刚度 ,无法全面表征织物的柔软性 。文献[ 4] 把一组面密度、厚度、手感差异较大的织物穿过一排平行排列的销钉 ,将织物拉伸的测试结果与 FAST 测试、主观评定织物柔软性的测试结果进行比较, 结果显示拉伸力法与FAST 测试 、主观评定有一定的相关性 。
本文采用这种简单的拉伸力客观测试方法, 运用自行设计的织物夹持装置 ,模拟薄型织物在受摩擦 、弯曲状态下进行低应力力学试验, 并分别将拉伸力测试结果与 KES 系统 、FAST 系统 、LLY-01B 型织物硬挺度仪测试结果进行统计分析, 与主观评定织物柔软性的结果进行比较 , 综合讨论该方法评价织物柔软度的可行性。
1 试 验
1.1 材 料
在标准温湿度下, 用拉伸力测试法、KES 系统、FAST 系统和电子硬挺度仪对 18 种轻薄型织物进行测试。织物的结构参数见表 1 。
1.2 拉伸测试
自行设计了简易拉伸力法测试装置 ,其夹持装置原理如图1 所示 。利用YG061 型电子单纱强力仪与自行设计的织物夹持装置相结合 ,将织物从一排平行排列的销钉中抽拉出来 ,通过电子单纱强力仪的传感器测得拉伸力数值,再通过电脑输出其数据和试验曲线。夹持装置中销子间距为1.5 mm , 销子直径为3 mm,销子为 10 根;试样长度为500 mm ,试样宽度为25 mm 。拉伸力测试特征曲线如图2 所示。拉伸特征曲线由计算机根据试验直接输出。拉伸力测试结 果中, 以中间平 稳区域(伸长 60 ～100 mm)为研究区间, 本文以此区间 700 多个强力伸长数据点的拉伸力平均值 PF 为特征值。拉伸力特征曲线随拉伸过程中织物受到阻力大小的变化有所波动, 而拉伸过程中各种参数的改变又对织物所受到的阻力有影响, 因此 ,选用何种参数测试才能准确地、稳定地、最大限度地反映织物的柔软性是本文要讨论的问题。考虑到拉伸力测试时织物与拉伸力测试装置之间的接触受力, 在预加张力较小时, 拉伸力测试结果反映织物与销子之间的弯曲变形为主 ,在预加张力较大时 ,拉伸力测试结果反映织物与销子之间的摩擦力为主, 而本文研究的拉伸力测试方法旨在评价不同织物的柔软程度 ,参数选择时应考虑反映织物的弯曲程度为主 , 所以试验在无预加张力的条件下进行[ 4]。
1.2.1 织物宽度对拉伸力测试的影响
试样的宽度影响试样与销钉的接触面积 ,使摩擦阻力随之改变 , 从而影响拉伸力特征量 PF 值。为使所选的织物具有较为普遍的代表性 , 本文选手感 、厚度 、质量、密度都具有明显差异的 1 、6 和 8 号试样, 以同样的拉伸速度, 分别采用 15 、20 和25 mm的宽度,每块试样每种宽度测量5 次 ,进行试样宽度的测试 。实验结果如图 3 所示。图中 CV 值为 PF值方差的 5 次测试平均值。从图3 可以看出 , 3 种试样的测试结果都以宽度为 25 mm 试样的 CV 值最小, 说明试样宽度为25 mm时, 织物的拉伸力波动较小 ,测试结果较为稳定,因此在之后的测试试验中 ,均采用长500 mm , 宽25 mm 的试样 。
1.2.2 拉伸速度对拉伸力测试的影响
拉伸速度是对拉伸力测试值有影响的另一个重要参数。一般来说速度越快, 织物的张力越大 ,对销钉的挤压力越大 ,摩擦力也越大,测试值以反映织物与销钉之间的摩擦力为主;反之, 摩擦力减小, 测试值以反映织物与销钉之间的弯曲程度为主。由于本文试样都是薄型织物 ,所以选取了厚度 、手感居中的2 、5 和 6 号试样进行拉伸速度的参数测试 , 结果如图4 所示。拉伸速度选择为 100 、200 、300 、400 、500 、600 mm min , 每种试样测试 5 次。 图中 CV 值表示 PF 值标准差的 5 次测试平均值。由图 4 可见, 各拉伸速度对测试结果的 CV 值影响不是很大。本文研究的拉伸力测试方法旨在评价不同织物的柔软程度 , 参数选择时以考虑反映织物的弯曲程度为主 ,因此,选择低速拉伸。考虑到测试数据的稳定性 , 本文选取400 mm min作为拉伸力测试织物柔软性的拉伸速度 。
2 测试指标分析
选择上述优选参数 ,对 18 种试样分别进行拉伸力测试 ,每种试样测试 5 次,分别计算研究范围内的拉力平均值 PF , 见表 1 。
试样 均 为 轻 薄 型 织 物, 最 大 面 密 度 小 于200 g m2,然而, 厚度 、面密度差异较大时对手感的评定有影响。对 18 块试样进行拉伸力法测试所得的特征指标与其他方法测试所得的各力学指标的相关性分析见表 2 。对其中面密度 W 大于140 g m2的试样(共 16 块)进行相关性分析表见表 3 。表中 AvF0 为用拉伸力测试装置同一织物 5 次拉伸力测试后的平均值 ;E 5 、E20 、E100 、EB5 分别为FAST 系统测得织物在 4.9 、19.6 、98 cN cm2 下的伸长及斜向织物在4.9 cN cm2 下的伸长;下角标 j、w分别表示织物经向和纬向(FAST 系统);C 为 FAST系统测得织物的弯曲长度;T2 、T100 分别为 FAST系统测得织物分别在 19.6 、98 cN cm2 下的厚度;ST为FAST 系统测得织物的表面厚度 ,等于 T100 与 T2的差值 ;W 为 FAST 系统测得织物的面密度;B 为FAST 系统测得织物的弯曲刚度 , 可由 W 和 C 计算得出;GFAST为 FAST 拉伸仪测得伸长率计算得到的织物剪切刚度 ;BKES 为KES 纯弯曲试验仪测得的织物弯曲刚度的平均值;GKES为 KES 剪切试验仪测得的剪切特性曲线 ,根据单位宽度剪切力计算所得的剪切刚度的平均值;MIU 为KES 表面性能测试仪测得的表面摩擦因数曲线计算得的表面摩擦因数平均值;SMD 为KES 表面性能测试仪测得的织物表面粗糙度;LT 为 KES 表面性能测试仪测得的织物拉伸曲线线性度 ;RT 为 KES 表面性能测试仪测得的织物拉伸回复率;AvL 为 LLY-01B 电子硬挺度仪测得的织物平均弯曲长度 ;G 为 LLY-01B 电子硬挺度仪测得的剪切刚度的平均值 。
从表 2 可以看出, 特征值与厚度参数的比值相除后的参数与弯曲刚度、剪切刚度的相关性明显减弱,所以在表征柔软性的参数选用中,应该选择不经任何处理的拉伸力特征值 AvF0 。
与FAST 系统测试指标相关性分析可以看出 ,特征指标 AvF0 与织物弯曲性能指标 C 、B 和剪切性能指标 GFAST密切相关,与织物拉伸性能指标E20-1 、EB5 相关度较好。特征指标 AvF0 与 KES 系统测得的织物弯曲刚度 B KES ,剪切刚度 GKES和延伸性 RT 、LT 密切相关。与斜面法比较, 特征指标 AvF0 与织物弯曲刚度的平均弯曲长度 AvL 和剪切刚度 G 密切相关,与织物质量 W 相关性较好。以上说明拉伸力特征值 AvF0 可以表征织物弯曲性 、剪切性、延伸性等力学性能, 具有评价织物柔软性的可行性 。
当对厚度、面密度差异较大的试样进行柔软性评价时,厚度、面密度对评价结果的影响很大 ;差异不大时 ,厚度 、面密度对评价结果几乎没有影响 。分析特征指标 AvF 0 可以发现其具有类同厚度评价织物性能的属性。从表 2 、3 的比较可以发现, 厚度 、面密度范围大的 1 组数据, 特征指标 AvF0 在一元一次的程度上排除了厚度和质量的影响时, 它们与表征织物柔软性的指标弯曲刚度 、剪切刚度不相关, 此时 ,变化量无法评价织物的柔软性, 说明特征指标AvF0 本身就体现并包含织物厚度、面密度等物理性能 ;在厚度、面密度范围较小的 1 组中, 厚度 、面密度指标对织物柔软性评价影响不大 ,特征指标 AvF0 的变化量同特征指标 AvF0 一样与织物的各力学性能指标几乎相关,可以评价织物的柔软性。
特征值 AvF 0 与表面性能指标 MIU 、SMD 相关性较好, 另外 ,特征值 AvF 0 排除厚度、面密度的影响之后 ,没有影响与表面性能指标的相关性 。说明拉伸力测试方法可以表现织物的表面性能。
综上所述 , 18 块薄型织物的特征指标与 FAST 、KES 系统和斜面法测试的试验参数都具有一定的相关性。拉伸力测试法的指标能较好地表现织物的力学性能和结构特征 ,可以表示织物柔软性 。
根据以上的相关性分析, 拉伸力测试特征指标AvF0 与各力学指标的相关系数最大, 所以以 AvF 0为因变量,各测试方法相关参数为自变量 ,进行逐步回归分析 ,以相关系数大和回归方差分析显著为依据 ,得出各组织物中拉伸力特征指标与 FAST 力学指标的回归方程, 结果如表 4 所示 。
从表 4 可以看出 ,各回归方程的 F 值远大于 F临界检验值,均在 α=0.01 水平上显著相关, 且相关系数 R >0.8 , 说明拉伸力法测试的特征指标与所选基本力学指标间高度相关[ 5]。采用本试验拉伸力测试装置及参数 , 其特征指标 AvF 0 均与织物弯曲性能、剪切性能 、表面性能相关, 表明此方法可以评价织物的柔软性。
3 结 论
1)分别用拉伸力法, KES 、FAST 系统及斜面法对18 种薄型织物进行力学性能测试,发现对弯曲刚度、剪切性能、表面性能表现出了较好的一致性和相关性 。
2)拉伸力法测试所得的特征值可以表征织物厚度 、面密度、弯曲刚度、剪切刚度 、表面性能等力学性
能和结构特征,用于测量织物的柔软性是可行的 。
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