淺析織物表面摩擦性能的研究方法

張立峰,陳貴翠

淺析織物表面摩擦性能的研究方法

張立峰,陳貴翠

(鹽城紡織職業(yè)技術學院,江蘇鹽城224005)

文章從織物粗糙度的角度來反應織物表面摩擦性能,介紹了與此相關的直接測試方法KES-FB的基本原理和改進方法,以及間接測試方法圖像法和激光測試法。

織物;粗糙度;表面摩擦性能

1 前言

織物的表面摩擦性能是織物風格評價的重要力學指標之一,各種力學性能對織物的風格起著決定性的作用,而長期以來對織物風格的評價一直用的是主觀評價的方法。

目前,對織物手感的客觀評價方法已較完善,比如Kaw abata織物評價系統(tǒng)以及其它用于織物手感鑒別的新技術,此外還有 Psichophysical織物手感客觀評價模型。

測試面料在低負荷下的基本力學性能,目前國際上主要有 KES和Fast兩套代表性的儀器,而只有 KES有測試織物表面摩擦性能的功能。KES法是迄今為止較為成熟,應用較廣的一種測試方法,具有應用性廣、試樣裁剪簡單的特點。

2 KES基本力學性能測試儀

2.1 KES-FB測試織物表面摩擦性能基本原理

日本川端季雄的 KES-FB系統(tǒng) (在 KES-F基礎上改進)是目前國際上通用的,且最有影響力的織物風格評價系統(tǒng)。它用兩個測頭聯(lián)合測試面料的表面摩擦性能,第一測頭被稱作摩擦子如圖1的上圖所示,它是模仿人的指紋由10根0.5 mm的細鋼絲排成的一個平面,測試時該平面與面料表面在一定的壓力作用下相對滑動,測得動摩擦系數(shù)曲線如圖2的上圖,動摩擦系數(shù)μ是位移 x的函數(shù)。

而第二個測頭為一個矩形環(huán),測試時矩形環(huán)在一定壓力作用下與面料接觸,并且沿環(huán)平面的垂直方向與面料發(fā)生相對運動,由于面料的高低不平,運動過程中矩形環(huán)要發(fā)生上下移動,其相對位移量表征織物厚度變化,即可測得織物厚度 T隨位移x的變化曲線,如圖2下圖所示。

圖1 KES表面性狀測頭

通常用下面三個指標組合表示面料的表面摩擦性能。

a.平均摩擦系數(shù)M IU(無單位),即圖2上圖中摩擦系數(shù)曲線的平均值。

b.摩擦系數(shù)的平均差不勻率 MMD(無單位),摩擦系數(shù)曲線的平均差不勻率。

c.表面粗糙度SM D(um),即圖2下圖所示曲線的平均差不勻率。

圖2 表面特性

以上3式中的位移x也就是試樣的被測長度。

2.2 KES-FB改進方法

目前使用最為廣泛的是KES系統(tǒng)FB-4表面測試儀,許多人又在它的方法基礎上對其進一步研究改進,獲得了一些成果。

美國北卡大學紡織學院的研究人員將 KES系統(tǒng)的細鋼絲摩擦頭換為特殊設計的織物—織物接觸摩擦頭。這種探頭使用一個直徑為12 mm的平鋁盤,在圓形樣布上進行測試,其探頭的圓形結構有助于檢測織物的各向運動過程中的摩擦特性,包含了探頭織物和待測織物間的三種相對運動方式:經(jīng)向覆蓋經(jīng)向,經(jīng)緯向45度相交以及緯向覆蓋經(jīng)向,如圖3所示。

圖3 織物間相對運動方式

日本京都科技大學紡織系在 KES方法的基礎上,針對不同種類的新合纖織物,做不同的改進。并將改進的測試方法進行合并,測試不同種類新合纖織物的表面摩擦性能,進而分析織物的表面摩擦性能與織物結構之間的關系。

法國牟羅茲大學的Bueno和Renner從 KES表面性能測試方法中獲得摩擦的瞬時信號,通過傅立葉變換將其從時域轉換到頻域進行分析,來研究信號的波動情況與織物表面紋理結構之間的關系,并用新的指標——功譜率密度PSD來表征摩擦性能。

式中,f為信號頻率,X(f)為瞬時摩擦信號的傅立葉變換。

3 通過粗糙度的測試間接反應織物表面摩擦性能的方法

3.1 圖像法

隨著計算機技術的飛速發(fā)展,將計算機圖象處理技術應用于織物表面性能的測試已成為可能?？椢锏谋砻嫣卣髋c其表面的形感和象感密切相關,而這兩者都可以通過一定的手段測試出來。

3.1.1 紋理法測織物表面粗糙度

織物紋理可以體現(xiàn)織物表面的紋路特征,比如同樣的條件下毛織物比絲織物粗糙,通過紋理的粗糙性可以快捷地比較織物表面的粗糙程度。

紋理的粗細與局部的空間重復結構有關,它體現(xiàn)了紋理變化的傾向,即小測度的紋理表示細紋理,大測度的紋理表示粗紋理。用空間自相關函數(shù)作為紋理測度的方法,得到圖像的二維函數(shù)。自相關函數(shù)是對窗口內(nèi)的每一個像素點與偏離值的像素值之間作運算,一組粗紋理區(qū)在給定偏離時的自相關性要比細紋理區(qū)高,而紋理的粗糙性與自相關函數(shù)的擴展成正比,自相關函數(shù)的值越大則織物的紋理越大,因而,可以方便地用自相關函數(shù)作為度量粗糙度的一種參數(shù)。

3.1.2 織物表面成像處理

將織物表面圖像處理并轉換為相應的灰度值,通過測試灰度和頻數(shù)指標對織物表面特征加以量化并進行分析?；叶戎缚椢锓瓷涔饩€的能力,0表示黑色,255表示白色。頻數(shù),指同一灰度點的頻率。該指標說明織物表面的均勻程度,頻數(shù)越大,則表明同一灰度值的點越多,織物越平整。

另一種方法是獲取織物表面圖像后,通過立體視覺技術和圖像處理得到織物表面輪廓線的3D圖像,應用分形幾何編碼得到的數(shù)據(jù),直接表示織物表面的凹凸不平度(以精確分級的十進制數(shù)或小數(shù)表示)。圖像的分形維數(shù)由分形幾何計算得到(類似于立方計數(shù)),然后對分形維數(shù)和級數(shù)進行線形回歸,建立一個方程。這種基于3D圖像和分形幾何的方法對織物表面平滑度的視覺鑒定更為精確和可靠。

3.2 激光測試法

由于圖象法有時受織物光澤與花紋的影響, Ramgulam等人率先提出利用激光來檢測織物表面粗糙度。應用激光傳感器的三角測量技術,測量它本身到目標物之間的距離,當光被反射到光敏探測器上,探測器發(fā)出目標物圖象的位置信號。反射光根據(jù)自身距離從不同角度入射探測器時,指示反射光位置的信號強度就轉換成距離參數(shù)。激光傳感器上有一個x-y臺,織物置于安裝在x-y臺上的刻度盤中,并固定好?？潭缺P與樣品的偏轉角可根據(jù)x或y的運動進行旋轉。用激光傳感器測量不同位置上的織物高度,根據(jù)公式求得各個點上的表面粗糙度,取平均值即為織物粗糙度。

美國得克薩斯州大學的B·Xu等人又在前人的基礎上將激光傳感器的三角測量技術和圖像出路技術相結合,研制成表面光度儀。它可以直接提取出織物的表面輪廓,得到的結果不受織物花紋和色澤的影響。

4 結論

KES-FB根據(jù)測得織物厚度隨位移的變化曲線,表征織物的表面摩擦性能,它的改進方法不斷完善了 KES-FB測試系統(tǒng);間接測試方法應用了一些新的技術測試表面摩擦性能:可以將計算機圖象處理技術應用于織物表面性能的測試,利用激光來檢測織物表面粗糙度,為織物表面摩擦性能的測試提供了新的依據(jù)。

[1] Binns H.The discrimination of wool fabrics by the sense touch[J].British Journalof Psychology,1926,(16):237—247.

[2] Peirce FT.The handle of cloth as a measurable quantity [J].Journal of the Textile Institute,1930,21(3):377—416.

[3] 呂柏祥,李偉光,艾哈麥德.織物表面摩擦性能測定[J].紡織學報,1996,16(1):37-39.

[4] Kawabata S.The Standardization and Analysis of Hand E-valuation[M].(2nd edition)Japan:The Hand Evaluation Standardization Committee,1980.

[5] Boos A.D.FAST Instruction Manual[M].Australia: CSIRO Division of Wool Technology Geelong Laboratory, 1991.

[6] 潘志娟.纖維材料近代測試技術[M].北京:中國紡織出版社,2005.

[7] Jong-jun Kim et al.Instrumental Methods for Measuring the Surface Frictional Properties of Softener Treated Fabrics[J].Textile Chemists and Colorists,1993,25(8):15—20.

[8] Matsuo T,Okamoto F,Akiyama R,et al.A study of the relationships between the surface p roperties,hand and structure of shingosen fabrics[J].2000,Journal of the Textile Institute,91(1):78—91.

[9] 陳之戈,陳雁,楊旭紅.織物表面特征與評價[J].蘇州絲綢工學院學報,1999,19(5):7—11.

[10] 王華,顏鋼鋒,張瑞林.圖像處理技術在紡織品檢測中的應用[J].浙江工程學院學報,2003,(3):189—192.

[11] Kang TJ,Cho DH,Kim SM.New objective evaluation of fabric smoothness appearance[J].Textile Research Journal,2001,71(5):446—453.

[12] Ramgulam RB,Amirbayat J,Porat I.Measurement of Fabric Roughness by a Non-contact Method[J].Journal of the Textile Institute,1993,84(1):99—106.

[13] Xu B,Cuminato DF,Keyes NM.Evaluating Fabric Smoothness Appear-acne with a Laser Profilometer[J]. Textile Research Journal,1998,68(12):900—906.

Research Methods of Fabric Surface Friction Properties

ZHANG L i-feng,CH EN Gui-cui
(Yancheng Textile Vocational and Technological Institute,Yancheng 224005,China)

The fabric surface friction p roperties w ere reflected from the roughness of fabric.The basic p rincip les and imp rovements of the direct method KES-FB,and indirect test methods of image measurementmethod and laser measurement method were introduced.

fabric;roughness;surface friction p roperty

TS101.92+3.1

A

1009-3028(2010)06-0038-03

2010-10-11

張立峰(1983—),男,黑龍江肇東人,助教。