倒Ω法測(cè)試織物彎曲性及懸垂性

余芳 劉成霞 尹清一

摘要： 織物懸垂性和彎曲性的測(cè)試是紡織品檢測(cè)的重要內(nèi)容，目前這2種性能是分開進(jìn)行的。針對(duì)此現(xiàn)狀，以13塊常見織物為研究對(duì)象，分別測(cè)試其彎曲性和懸垂性指標(biāo)——抗彎剛度和懸垂系數(shù)，然后用自行設(shè)計(jì)的倒Ω法進(jìn)行測(cè)試，并利用圖像處理軟件提取了水滴高寬比和下垂縱橫比等特征參數(shù)。經(jīng)過相關(guān)分析得出以下結(jié)論：作為嘗試提出的倒Ω法可同時(shí)用來檢測(cè)織物彎曲性和懸垂性，所提取的指標(biāo)與抗彎剛度和懸垂系數(shù)具有較好的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)由大到小依次是下垂縱橫比、水滴高寬比和水滴面積;利用下垂縱橫比與抗彎剛度及懸垂系數(shù)的關(guān)系式，可以預(yù)測(cè)織物的彎曲性及懸垂性。

關(guān)鍵詞： 織物;彎曲性;懸垂性;下垂縱橫比;抗彎剛度

中圖分類號(hào)： TS101.932.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)： 1001-7003（2019）02-0027-05

引用頁碼： 021105

Abstract： Measurement of fabric draping and bending performance is an important content in textile testing area. Currently， measurement of draping performance and that of bending performance are conducted separately. In view of this， 13 common fabrics were tested for the bending and draping performance respectively—flexural rigidity and drape coefficient， then test was carried out with self-designed inverse Ω method， and characteristics parameters such as depth-width ratio of waterdrop and aspect ratio of droop were are extracted with image processing software. Related analyses lead to the following conclusions： the inverse Ω method put forward in this study can be used to test both bending and draping performance of fabric， the extracted indexes are highly correlated to flexural rigidity and drape coefficient with correlation coefficients in an order from large to small of aspect ratio of droop， depth-width ratio of waterdrop， and waterdrop area; fabric bending and draping performance can be predicted with the equations of aspect ratio of droop， flexural rigidity and drape coefficient.

Key words： fabric; bending peformance; drape performance; aspect ratio of droop; flexural rigidity

織物的彎曲性和懸垂性不但對(duì)服裝的穿著舒適性有重要影響，還是穿著美觀性的直接體現(xiàn)，因此一直以來都是紡織工作人員關(guān)注的重點(diǎn)[1]。早在20世紀(jì)30年代，Pierce[2]就采用懸臂梁法測(cè)得彎曲長(zhǎng)度，來間接表征織物的懸垂性。之后學(xué)者們采用了多種方法研究織物彎曲性，如線性粘彈理論[3]和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[4]等;也提出了多種方法對(duì)其進(jìn)行測(cè)試，如多方向硬挺度測(cè)試方法[5]和水滴法[6]等。關(guān)于織物懸垂性的研究，則大多集中在如何用各種圖像處理技術(shù)對(duì)其進(jìn)行建模和指標(biāo)提取;如李強(qiáng)等[7]提出了基于仰視投影的織物懸垂性測(cè)試方法;沈毅等[8]利用懸垂性指標(biāo)重建了織物的懸垂形態(tài)，并開發(fā)了織物懸垂性測(cè)試儀;LIN H等[9]對(duì)織物懸垂過程中的后屈曲變形進(jìn)行了研究;FARAJIKHAHA S等[10]利用莫爾陰影算法對(duì)織物懸垂性進(jìn)行了三維重建;王鵬程等[11]利用3D掃描技術(shù)對(duì)織物懸垂性進(jìn)行了測(cè)試研究。

經(jīng)過總結(jié)可以發(fā)現(xiàn)：迄今為止，織物懸垂性和彎曲性的測(cè)試都是獨(dú)立操作、分開進(jìn)行的，換句話說，尚缺少可以同時(shí)測(cè)試這兩種性能的方法。因此，期望通過本文的研究，探索一種可以將其合二為一的測(cè)試方法。這樣不僅能簡(jiǎn)化操作，還可以節(jié)省時(shí)間和面料。研究思路為：首先用傳統(tǒng)的方法測(cè)試懸垂性和彎曲性，再利用自行設(shè)計(jì)的方法對(duì)同一批織物進(jìn)行檢測(cè)，最后對(duì)比傳統(tǒng)方法與自行設(shè)計(jì)的方法所得指標(biāo)的相關(guān)性。

1?實(shí)?驗(yàn)

1.1?試樣的選取

選取不同成分和結(jié)構(gòu)，同時(shí)變形能力差異也較大的13種機(jī)織物作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1所示。

1.2?斜面法測(cè)試織物彎曲性

根據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T18318—2001《紡織品 織物彎曲長(zhǎng)度的測(cè)定》，用YG（B）022D型全自動(dòng)織物硬挺儀（溫州大榮紡織儀器有限公司），在標(biāo)準(zhǔn)大氣環(huán)境中測(cè)試13塊試樣的經(jīng)、緯向抗彎剛度（μN(yùn)·m），并計(jì)算平均抗彎剛度作為最后結(jié)果。

1.3?圓臺(tái)法測(cè)試織物懸垂性

根據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T23329—2009《紡織品 織物懸垂性的測(cè)定》，用YG 811型光電式織物懸垂性測(cè)試儀（武漢國(guó)量?jī)x器有限公司），在標(biāo)準(zhǔn)大氣環(huán)境中測(cè)試13塊織物的懸垂系數(shù)。

1.4?新方法測(cè)試織物彎曲性和懸垂性

1.4.1?測(cè)試原理

將長(zhǎng)方形的織物試條沿長(zhǎng)度方向畫出四等分記號(hào)線，并將織物的第一和第三等分線對(duì)齊，縫合固定，形成倒置的Ω形狀，故將其命名為倒Ω測(cè)試法，簡(jiǎn)稱倒Ω法。然后將此試樣用珠針固定在豎直放置的白色KT板（一種由聚苯乙烯顆粒經(jīng)過發(fā)泡生成板芯，并經(jīng)過表面覆膜壓合而成的新型材料）上。試樣上方的正方形邊長(zhǎng)1cm，用作參照物來計(jì)算特征指標(biāo)。

試樣由兩部分組成，珠針下端的試樣彎曲成類似水滴形狀，珠針以上的試樣則呈現(xiàn)自然懸垂的兩個(gè)邊翼。變形能力不同的織物形成的倒Ω形狀也不同。柔軟的織物下面形成的水滴較細(xì)長(zhǎng)、苗條[5]，兩個(gè)邊翼也更容易下垂，即下落高度較大。相反的，硬挺的織物形成的水滴較胖，邊翼下垂高度也較小。

1.4.2?試樣準(zhǔn)備

經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)將試樣裁剪成為240mm×25mm的長(zhǎng)方形，測(cè)試結(jié)果最準(zhǔn)確，判斷依據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)為將試樣裁剪成不同的尺寸規(guī)格，用倒Ω法提取的指標(biāo)與抗彎剛度和懸垂系數(shù)進(jìn)行相關(guān)分析，用相關(guān)系數(shù)的大小對(duì)試樣規(guī)格進(jìn)行取舍，即選取相關(guān)系數(shù)大的試樣所對(duì)應(yīng)的尺寸規(guī)格作為最終尺寸。因此將每種織物按照以上規(guī)格進(jìn)行裁剪，為使測(cè)試結(jié)果更準(zhǔn)確，經(jīng)緯向各準(zhǔn)備3塊試樣，即每個(gè)數(shù)據(jù)均是3次結(jié)果的平均值。

1.4.3?實(shí)驗(yàn)流程

1）將以上裁剪好的試樣沿長(zhǎng)度方向畫四等分線，即以60mm為間隔畫3條平行的記號(hào)線，然后將邊上的兩條記號(hào)線對(duì)齊，并在記號(hào)線的中間位置縫合固定，使距離邊緣的2個(gè)四等分布邊朝兩邊;

2）將上述織物試樣用珠針固定在豎直掛于墻面上的白色KT板，珠針插于中的縫合處以下，則縫合處以下的織物彎曲形成上小下大的水滴形狀，而珠針以上的2個(gè)布邊受到自身重力的影響而自然下垂，即形成類似倒置的Ω形狀;

3）放置好試樣1min使其形狀穩(wěn)定后，用位于試樣同一水平面、且正對(duì)試樣，并固定所有拍攝參數(shù)的相機(jī)，對(duì)試樣進(jìn)行拍照。

1.4.4?倒Ω法的指標(biāo)參數(shù)提取

將以上所拍照片導(dǎo)入圖像處理軟件，利用其求取圖形距離或長(zhǎng)度的功能提取特征參數(shù)。如前所述，不同彎曲性能的織物形成的水滴形狀，以及邊翼下垂的橫向和縱向距離有所不同，引入水滴寬度[5]、水滴高度、下垂縱向、橫向距離，以及水滴的高寬比A、下垂縱橫比B作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。

1）水滴寬度：即水滴底部最豐滿處之間的水平距離;

2）水滴高度：即水滴的頂端尖點(diǎn)與底部最凸出點(diǎn)之間的距離;

3）水滴面積：縫合位置以下的織物彎曲形成的水滴形狀的面積;

4）下垂縱向距離：邊翼彎曲拱起的最高點(diǎn)與下落最低點(diǎn)之間的距離;

5）下垂橫向距離：邊翼下落最低點(diǎn)與倒Ω形試樣的垂直中心線之間的距離;

6）水滴的高寬比A：即水滴高度與水滴寬度的比值;

7）下垂縱橫比B：即邊翼下垂的縱向距離與橫向距離的比值。

由于一塊織物的邊翼有2個(gè)，所以下垂縱向距離、橫向距離和縱橫比均為2次取值的平均數(shù)。此外，每塊織物的最后特征指標(biāo)為縱向和橫向試樣所求指標(biāo)的平均值。

2?結(jié)果與分析

2.1?兩種方法中各指標(biāo)之間的相關(guān)性

表2列出了倒Ω法的指標(biāo)中與抗彎剛度和懸垂系數(shù)相關(guān)系數(shù)較高的特征參數(shù)。

從表2可以看出，水滴面積、水滴高寬比和下垂縱橫比都與抗彎剛度和懸垂系數(shù)有較好的相關(guān)性，其中正相關(guān)的是水滴面積，負(fù)相關(guān)的是水滴高寬比和下垂縱橫比。也就是說抗彎剛度（或懸垂系數(shù)）越大的織物，即越不容易彎曲的織物，倒Ω法中形成的水滴面積越大，水滴高寬比和下垂縱橫比則越小。這正好與前面的分析相吻合，即越硬挺的面料形成的水滴越“胖”，因而面積較大，同時(shí)，織物的兩翼也不容易下垂，所以下垂的縱向距離較小，橫向距離較大，因而縱橫比較小。

表2還顯示，與抗彎剛度和懸垂系數(shù)的相關(guān)性由大到小依次是：下垂縱橫比、水滴高寬比和水滴面積。因此，接下來重點(diǎn)分析相關(guān)性較大的前2個(gè)指標(biāo)。

2.2?斜面法與新方法所測(cè)彎曲指標(biāo)間的關(guān)系

倒Ω法中的下垂縱橫比與抗彎剛度的關(guān)系。

下垂縱橫比與抗彎剛度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，具體關(guān)系式是：

Y1=6.8701X12-46.214X1+78.15，R2=0.8864，其中X1為下垂縱橫比，Y1為抗彎剛度（μN(yùn)·m），即彎曲剛度越大的織物，用倒Ω法進(jìn)行測(cè)試時(shí)，下垂縱橫比越小。其原因在2.1中已經(jīng)解釋過，不再贅述。根據(jù)此關(guān)系式，可以通過測(cè)量下垂縱橫比來得到抗彎剛度。

雖然斜面法和倒Ω法都可以測(cè)織物的彎曲性能，但是相比較斜面法，倒Ω法也更有自己的優(yōu)勢(shì)。具體在于，斜面法每次只能測(cè)得一個(gè)結(jié)果，而倒Ω法由于一塊試樣有兩個(gè)自然彎曲的邊，所以可得到2個(gè)結(jié)果，因此測(cè)試效率更高。

倒Ω法中的水滴高寬比與抗彎剛度的關(guān)系。

顯示了水滴高寬比與抗彎剛度的關(guān)系，具體關(guān)系式是：

Y1=5.6323X22-53.912X2+129.48，R2=0.7638，其中X2為水滴高寬比，Y1為抗彎剛度（μN(yùn)·m），二者也是負(fù)相關(guān)關(guān)系。相關(guān)系數(shù)R可知，用下垂縱橫比預(yù)測(cè)抗彎剛度的關(guān)系式比水滴高寬比更精確。

2.3?圓臺(tái)法與新方法所測(cè)懸垂指標(biāo)間的關(guān)系

圓臺(tái)法所測(cè)的懸垂系數(shù)與倒Ω法所測(cè)的下垂縱橫比之間的關(guān)系。

顯示二者的關(guān)系式為：

Y2=-0.127X1+0.7954，R2=0.9167，其中X1為下垂縱橫比，Y2為懸垂系數(shù)。即懸垂系數(shù)越大的織物，用倒Ω法測(cè)得的下垂縱橫比越小。懸垂系數(shù)越大，說明織物硬挺，不容易下垂，這樣的織物在用倒Ω法測(cè)試時(shí)，織物的兩翼也不易下垂，所以縱向下垂距離較小，而橫向下垂距離較大。而較為柔軟的面料，形成的倒Ω形則類似。

也就是說，圓臺(tái)法和倒Ω法都是利用了織物在重力的作用下，自然彎曲，從而改變了原有形態(tài)的原理。越柔軟的面料，形態(tài)改變?cè)酱蟆５煌幵谟?，圓臺(tái)法測(cè)得的是織物的綜合懸垂性，無法得到某一方向的懸垂性大小，而倒Ω法在裁剪試樣時(shí)具有方向性。比如實(shí)驗(yàn)用試樣如果是沿經(jīng)向裁剪，則得出的指標(biāo)可以說明織物經(jīng)向懸垂性情況;反之，緯向裁剪，則可以表征織物的緯向懸垂性，因此說通過此方法可以測(cè)試織物任意方向的懸垂性。

顯示了水滴高寬比與懸垂系數(shù)的關(guān)系，具體關(guān)系式是：

Y2=-0.1001X2+0.8768，R2=0.8432，其中X2為水滴高寬比，Y2為懸垂系數(shù)，二者也是負(fù)相關(guān)關(guān)系。相關(guān)系數(shù)R可知，用下垂縱橫比預(yù)測(cè)懸垂系數(shù)的關(guān)系式比水滴高寬比更精確。

3?結(jié)?論

以13塊試樣為研究對(duì)象，分別用斜面法測(cè)試抗彎剛度，用圓臺(tái)法測(cè)試懸垂系數(shù)，然后用自行設(shè)計(jì)的倒Ω法提取了特征參數(shù)，經(jīng)過研究得出以下結(jié)論：

1）倒Ω法中的水滴面積、水滴高寬比和下垂縱橫比與抗彎剛度和懸垂系數(shù)都有較好的相關(guān)性，其中正相關(guān)的是水滴面積，負(fù)相關(guān)的是水滴高寬比和下垂縱橫比。相關(guān)系數(shù)由大到小依次是下垂縱橫比、水滴高寬比和水滴面積。

2）倒Ω法所測(cè)的下垂縱橫比與抗彎剛度的關(guān)系式是：Y1=6.8701X12-46.214X1+78.15，R2=0.8864，與懸垂系數(shù)的關(guān)系式是：Y2=-0.127X12+0.7954，R2=0.9167，其中X1為下垂縱橫比，Y1為抗彎剛度（μN(yùn)·m），Y2為懸垂系數(shù)。

3）倒Ω法將傳統(tǒng)的必須分開進(jìn)行的彎曲性和懸垂性測(cè)試合二為一，不但可以簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)過程，還可以節(jié)省測(cè)試時(shí)間和所需面料。

4）倒Ω法還具有傳統(tǒng)方法所不具備的優(yōu)點(diǎn)：1塊試樣可以得到2個(gè)彎曲性指標(biāo)，還能表征織物任一方向的懸垂性。

本文僅利用圖像處理提取了倒Ω法3個(gè)單一指標(biāo)，是否還可以提取其他指標(biāo)或者所提取的指標(biāo)之間是否可以綜合形成一個(gè)新的表征指標(biāo)，以提高其與懸垂系數(shù)和抗彎剛度的相關(guān)性將是下一步的研究重點(diǎn)。

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