基于動態(tài)懸垂儀的織物動態(tài)懸垂性指標確立

程浩南

江西省現(xiàn)代服裝工程技術研究中心(中國)

織物的懸垂性指織物因自重而下垂的性能。該性能是評價織物視覺形態(tài)風格和美學舒適性的重要指標之一，關系到織物使用時能否形成優(yōu)美的曲面造型，以及能否獲得良好的貼身性[1-2]。目前織物的懸垂性主要是借助織物動態(tài)懸垂儀進行測試。常用指標——懸垂系數(shù)表示試樣下垂部分的投影面積與其實際面積之比的百分數(shù)，其數(shù)值越大表明織物懸垂性越好[3-4]。但該指標是一個靜態(tài)懸垂性測試指標，無法描述織物的動態(tài)懸垂性[5]。王鵬程等[6]提出了一種基于3D掃描技術的織物懸垂性測試方法，可直觀地反映織物在三維空間中的懸垂曲面形態(tài)變化。韓劍虹等[7]以人體三維形態(tài)為基準，提出了一種利用自制織物三維立體懸垂儀測試自然懸垂狀態(tài)下織物立體懸垂性能的方法，該方法可以更逼真地反映織物的真實懸垂性能與形態(tài)。但上述方法由于對測試要求較高、操作較為復雜，使得其應用及推廣在一定程度上受到了限制[8]。因此，在現(xiàn)有織物動態(tài)懸垂儀的基礎上對儀器進行改進，進一步完成織物動態(tài)懸垂評價指標的選取及相應體系的建立，對于織物懸垂性的研究具有一定的現(xiàn)實意義。

本文通過試驗設計對部分織物的懸垂性進行測試，分析織物動態(tài)懸垂性特征，并提出織物動態(tài)懸垂性能的測試指標，以進一步完善織物動態(tài)懸垂性能評價體系。

1 試驗

1.1 試驗材料

試驗過程所用面料均為市場購買的常見面料，具體織物規(guī)格見表1。試驗測試前將試樣放置在平面上，利用圓形模板畫出試樣輪廓(夾持盤直徑為12 cm，試樣直徑均為24 cm)，標出各試樣的中心并剪裁成試驗所要求的尺寸，再進行編號和貼標，最后在標準大氣壓下放置至少24 h后密封待用。

表1 試驗織物的規(guī)格參數(shù)

1.2 試驗儀器及原理

試驗儀器為YG 811L型織物動態(tài)懸垂性風格儀(萊州電子儀器廠)及自行組裝的織物懸垂性風格DIY儀器，如圖1和2所示。DIY組裝儀器的工作原理[9]：通過變壓器將220 V的交流電壓轉(zhuǎn)化成3 V的電壓，為點光源提供電流，點光源發(fā)出的光通過凹面鏡折射成平行光束，將織物投影至硫酸紙上，最后在硫酸紙的正上方用相機拍照。

圖1 織物動態(tài)懸垂性風格儀

圖2 自行組裝的織物懸垂性風格DIY儀

2 織物動態(tài)懸垂性指標確立與分析

試驗過程中，隨著支持盤的旋轉(zhuǎn)，織物試樣的形態(tài)也發(fā)生變化：低速時試樣為相似形狀的稍許擴張；中速時試樣邊緣平展飄起，無波浪；速度更大時試樣邊緣呈展平或波浪迭起狀。隨著支持盤旋轉(zhuǎn)速度的變化，試樣的懸垂形態(tài)不斷發(fā)生變化。由速度變化引起的懸垂圖像的一系列變化都屬于織物動態(tài)懸垂范疇，有必要建立織物動態(tài)懸垂性能指標體系并進行分析。

2.1 旋轉(zhuǎn)滯后角

試驗過程中，當支持盤的速度由零增加至任意速度時，由于其初始速度并非勻速，而是具有一定的加速度，因此被夾持的織物試樣將隨之轉(zhuǎn)動。受轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的離心力、空氣運動阻力、織物自身重力及織物彎曲剛性等的作用，被夾持的試樣邊緣將輕度飄浮，其中，靠近支持盤邊緣的試樣邊緣先被帶動旋轉(zhuǎn)，遠離支持盤邊緣的試樣邊緣因空氣的流動阻力及自身重力，其旋轉(zhuǎn)將延遲。從俯視角度可以觀察到，靜止時懸垂試樣的每個凸起的棱為直線，旋轉(zhuǎn)延遲后試樣凸起的棱不再為直線，而是一條曲線。相對于靜止時的直線，這條曲線會產(chǎn)生一個滯后角度，該角度可以用于表征動態(tài)懸垂時織物隨之旋轉(zhuǎn)的能力，本文將其定義為旋轉(zhuǎn)滯后角。

織物動態(tài)旋轉(zhuǎn)時，支持盤的旋轉(zhuǎn)帶動試樣的旋轉(zhuǎn)，導致遠離支持盤邊緣的織物相對靠近支持盤邊緣的織物出現(xiàn)的旋轉(zhuǎn)延遲，形成波紋棱線彎曲[圖3a)]，這條彎曲波紋棱線與筆直的波紋棱線之間會形成一個夾角，這個夾角是由一定速度的旋轉(zhuǎn)所形成的，用Qv表示，其中下標v為速度，如Q100表示速度為100 r/min時的旋轉(zhuǎn)滯后角。如圖3b)所示，支持盤圓心為O，波紋彎曲點定義為A，靜止時筆直的波紋棱線為OA的延長線AC，延遲時波紋棱線從A處彎曲至試樣邊緣B處，旋轉(zhuǎn)滯后角即直線AC與直線AB的夾角(∠CAB)。一般情況下，當支持盤由靜止開始轉(zhuǎn)動時，試樣會產(chǎn)生加速旋轉(zhuǎn)滯后角。速度達一定值后，部分較柔軟的織物會產(chǎn)生上下迭起的波浪，受離心力和空氣阻力的影響，波浪的棱也會出現(xiàn)彎曲，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)滯后角，并且速度越大，旋轉(zhuǎn)滯后角越大。同一速度下，織物越柔軟，旋轉(zhuǎn)滯后角越明顯；織物懸垂性越好，越易出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)滯后角。旋轉(zhuǎn)滯后角可用于描述織物動態(tài)旋轉(zhuǎn)時的形態(tài)變化，模仿裙裝轉(zhuǎn)動時形成的褶皺效果，因而可作為測試動態(tài)懸垂性能的一個指標。

a) 滯后實物圖

b) 滯后示意圖

2.2 懸垂展開度

織物隨著支持盤旋轉(zhuǎn)速度的變化而飄浮的懸垂形態(tài)各不相同，通常隨著旋轉(zhuǎn)速度的增加，懸垂面積隨之增大，但不同懸垂性能的織物在相同旋轉(zhuǎn)速度下的懸垂面積也不同，相同織物在不同旋轉(zhuǎn)速度時亦出現(xiàn)不同的飄浮狀況。為此，本文定義了懸垂展開度指標，用于表征這種狀況。懸垂展開度(Pv)定義為不同旋轉(zhuǎn)速度下織物動態(tài)懸垂面積與靜態(tài)懸垂面積之差占靜態(tài)懸垂面積的百分比，其計算式如式(1)所示。

Pv=(Sv-S0)/S0×100%

(1)

式中：Sv——試樣在旋轉(zhuǎn)速度為v時的動態(tài)懸垂面積；

S0——試樣的靜態(tài)懸垂面積。

在動態(tài)懸垂臨界速度內(nèi)，織物的懸垂面積遞增，但每種織物懸垂面積的遞增幅度不同，其與織物的質(zhì)地、結(jié)構(gòu)密切相關，能夠直接表征織物的動態(tài)懸垂性能。懸垂展開度越小，表明織物越硬挺、懸垂性越差；反之，織物越柔軟、懸垂性越好。

盡管懸垂展開度是動態(tài)指標，其也可通過靜態(tài)指標算法來測試，即根據(jù)不同旋轉(zhuǎn)速度下抓拍的試樣懸垂圖像(靜態(tài)照片)計算懸垂面積。盡管計算方法相同，但每張圖像所代表意義卻并不相同。2#試樣靜態(tài)及各不同速度下的懸垂面積和形態(tài)變化如圖4所示，每張圖像均是按照25 r/min的旋轉(zhuǎn)速度梯度拍攝的。其中，分圖標題中S表示懸垂面積，D表示懸垂系數(shù)，下標數(shù)字為旋轉(zhuǎn)速度。

2.3 懸垂夾角

旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的織物會飄起呈一定高度，這是支持盤旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力、空氣浮力及試樣自身重力綜合作用的結(jié)果。不同質(zhì)地、不同懸垂性的織物，其旋轉(zhuǎn)飄浮的高度有差異，若能測量出旋轉(zhuǎn)飄浮的高度，則可從另一角度對織物的懸垂性能進行定量分析與研究。前文所涉及的參數(shù)均是從俯視角度采集試樣圖像，而飄浮高度則是從側(cè)面對試樣進行觀察與分析。圖5為不同旋轉(zhuǎn)速度下3#試樣測試過程中的側(cè)視圖像。

從圖5可以看出，支持盤旋轉(zhuǎn)后，試樣因被帶動而飄浮，并且漂浮的邊緣有很多凸起的波紋。從側(cè)面看，最大凸起與垂直方向有一個夾角，稱懸垂夾角(圖6中的∠α)，其計算方法如式(2)所示。其中：懸垂邊緣可近似為線段AC，其長度等于試樣半徑減去支持盤半徑，即rm-ro；BC為試樣的修正半徑與支持盤半徑的差值，即Rx-ro。則有

(2)

當支持盤以不同速度旋轉(zhuǎn)時，試樣懸垂邊緣起伏程度各不相同，懸垂邊緣指向圓心的棱與垂直方向會產(chǎn)生一個夾角，即懸垂夾角，可用于表征試樣的飄起程度。一般情況下，懸垂夾角越大，懸垂試樣飄起的高度越大，織物懸垂性越好。

2.4 懸垂高度

懸垂試樣的最大凸起波紋從支持盤到懸垂邊緣點的垂直距離，稱為懸垂高度(h)。圓形試樣所有邊緣點的高低起伏程度不同，同一試樣每個邊緣點凸起的高度也各不相同。選取最大凸起所對應的懸垂高度為該試樣的懸垂高度(圖6)，可由式(3)計算。

a) S0=197.61 cm2，D0=24.91%

b)S25=197.96 cm2，D25=25.01%

c)S50=200.22 cm2，D50=25.68%

d) S75=254.55 cm2，D75=41.69%

e)S100=289.66 cm2，D100=52.04%

f)S125=316.70 cm2，D125=60.01%

g) S150=337.22 cm2，D150=66.06%

h)S175=357.68 cm2，D175=72.09%

i)S200=367.22 cm2，D200=74.90%

j) S225=382.21 cm2，D225=79.31%

k)S250=387.11 cm2，D250=80.76%

l)S275=393.51 cm2，D275=82.65%

圖4 不同旋轉(zhuǎn)速度時2#試樣的懸垂狀態(tài)

a) 0 r/min

b) 100 r/min

c) 200 r/min

d) 300 r/min

圖6 3#試樣旋轉(zhuǎn)側(cè)視示意圖

(3)

由式(3)可以看出，織物的動態(tài)懸垂性與懸垂高度呈正相關，懸垂高度越大，面料越柔軟，織物懸垂性越好。

3 結(jié)論

——本文結(jié)合YG811L型織物動態(tài)懸垂性風格儀的工作原理，改造獲得組裝DIY儀，利用該儀器對織物動態(tài)懸垂性進行測試，從不同角度定義了4個描述織物動態(tài)懸垂性的指標，包括旋轉(zhuǎn)滯后角、懸垂展開度、懸垂夾角和懸垂高度，分析織物懸垂形態(tài)，這些指標都與織物的懸垂性呈正相關。

——基于YG811L型織物動態(tài)懸垂性風格DIY儀描述織物動態(tài)懸垂性時，可根據(jù)需要從旋轉(zhuǎn)滯后角、懸垂展開度、懸垂夾角和懸垂高度中選擇部分或全部指標進行分析。受試驗條件及試樣數(shù)量的限制，仍需進行大量試驗以不斷修正并完善本文提出的織物動態(tài)懸垂性表征指標。