織物折皺回復的各向異性表征

蔣雙歌， 王 蕾， 王 靜， 劉建立， 高衛東

(生態紡織教育部重點實驗室(江南大學)， 江蘇 無錫 214122)

織物折皺回復的各向異性表征

蔣雙歌， 王 蕾， 王 靜， 劉建立， 高衛東

(生態紡織教育部重點實驗室(江南大學)， 江蘇 無錫 214122)

針對織物折皺回復存在各向異性且難以描述的問題，將通過研究試樣取向角與其對應的折皺回復角的關系，尋找更科學的織物折皺回復性能表征方法。選擇純棉平紋和斜紋織物為實驗材料，從經紗方向(取向角定為0°)順時針旋轉，每隔15°取一試樣，平紋織物取樣角度范圍為0°～90°，斜紋織物取樣角度范圍為0°～180°。通過機器視覺方法測量每一試樣的折皺回復角，結果表明：平紋織物可用15°和75°取向角對應的折皺回復角均值表征織物折皺回復性能；斜紋織物折皺回復角與其紋路角度密切相關，對于左斜120°左右的斜紋織物，正面用取向角15°、105°、120°的折皺回復角均值，反面用取向角0°、60°、120°的折皺回復角均值來表示織物折皺回復性能更加合理。關鍵詞 織物； 折皺回復； 各向異性； 動態測試； 機器視覺

織物在服用和存放過程中，受外力作用產生局部變形，外力去除后也難以恢復到原來的平整狀態，這種現象稱為折皺[1]。織物折皺不僅影響外觀，并且沿著織物的折痕和皺紋，更易產生劇烈磨損，降低衣服的服用性能和穿著的耐久度，是評價織物性能的重要指標之一。織物在實際使用過程中產生的折皺是多向立體的，而目前通常使用織物經緯向折皺回復角的均值(或之和)來表征整塊織物的折皺回復角，這種表征方法沒有考慮織物其他方向上的折皺回復性能，無法全面地反映織物的折皺回復性能[2]。研究織物折皺回復各向異性是非常必要的。

已有學者對織物折皺各向異性進行了一些研究。張才前[3]對滌/毛平紋織物各向抗皺性能差異進行了分析發現，與織物經向接近方向折皺回復復角與經向差異較小，而與織物緯向接近方向折皺回角與緯向差異較大，王春燕[4]研究了毛平紋織物的折皺各向異性，提出經緯回復角之和與綜合回復角的相關性并不高，僅用經緯2個方向的回復角無法全面反映毛織物的綜合恢復能力，為提高評價準確性，經向、緯向以及 45°斜向需同時考慮。王蕾等[5]、Ludmila Fridrichova等[6]、劉成霞等[7]提出運用圖像處理的方法研究棉織物的折皺回復角，指出通過圖像采集的方法測試折皺回復角，可實現織物折皺回復過程動態監測，測試更加精確。Ludmila Fridrichova等[6]發現織物折皺回復角具有方向上的不對稱性，即各向異性。最大折皺回復角度出現在30°和60°方向，平紋織物密度太大，回復角將減小。

目前，織物折皺回復角測試標準有GB/T 3819—1997《紡織品 織物折痕回復性的測定 回復角法》和AATCC 66—2008《織物折皺回復：回復角》。GB/T 3819—1997規定將試樣裁剪成規定的“品”字形，回復翼向內對折，施加壓力一段時間，卸除壓力后等回復一定時間再測量織物折皺回復角。AATCC 66—2008規定測試試樣裁剪為40 mm×15 mm的長方條，負載壓重5 min后移至刻度盤，靜置5 min后讀出折皺回復角度。2種方法應用廣泛，但是手工測量難以保證測量時間的準確以及角度測量的精度。本文采用文獻[8]的實驗裝置(織物折皺回復視頻系統)進行測試。系統測量過程符合 AATCC 66—2008的標準要求，可實現織物折皺回復性能的動態測試，自動化程度高，所測結果更加準確。選取純棉平紋和斜紋織物，運用視頻序列的動態測量方法測試織物折皺回復過程，獲得更精準的實驗數據，進一步研究織物折皺回復各向異性，探尋更全面地表征整塊織物折皺回復性能的方法，為織物折皺回復各向異性進一步研究及織物折皺性能測試提供依據。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

規定取向角θ為織物折痕與緯紗方向所成的夾角，取向角示意圖如圖1所示，即與緯紗平行方向取向角θ為0°，與經紗平行方向取向角θ為90°，試樣規格為40 mm×15 mm的矩形。根據織物組織的對稱性，平紋織物取樣角范圍為0°～90°，斜紋織物取樣角范圍為0°～180°。試樣裁剪方案按順時針方向，每隔15°取1個試樣。

實驗選用4種不同規格的純棉平紋織物，編號為1#～4#；4種不同規格的純棉斜紋織物，編號為5#～8#，織物具體的參數如表1所示。

表1 試樣規格Tab.1 Parameters of samples

注：5#～8#試樣的斜紋組織為3上1下；4#試樣的紗線為雙股。

1.2 織物折皺回復角測試

實驗采用文獻[8]中所述實驗裝置—織物折皺回復視頻系統進行測試，系統主要包括取樣器、織物折痕產生裝置和視頻圖像采集裝置3部分。其中，折痕產生裝置壓制試樣的動力源于空壓機，其壓力和加壓時間均可調節。視頻圖像采集裝置包括CCD相機、光源等部分，其結構示意圖如圖2所示。壓塊壓力由空壓機提供，用來壓制試樣；金屬片用來夾持試樣并防止試樣自由翼和固定翼黏連。固定在織物的垂直上方的相機可實時捕獲試樣自由翼的位置，采集視頻序列參數為640像素×480像素；光源提供水平方向光照，為視頻序列或圖像采集提供光照。系統測量過程符合 AATCC 66—2008的標準要求，可實現織物折皺回復性能的動態測試，易操作，自動化程度高，所測結果更加準確[9]。

為保證后續圖像處理的可行性，需要保證采集的圖像具有較高對比度，所以測試過程中，適當調整光源，保證試樣在視頻圖像中與背景有較高對比度、無陰影、無光斑。實驗加壓5 N，加壓時間5 min，壓塊從試樣表面撤去時開始，相機對試樣折皺回復過程進行時長為5 min的連續圖像采集，采集速度為0.67幀/s。

2 結果與分析

2.1 取向角對試樣折皺回復角的影響

采用單因素方差分析，研究取向角對織物折皺回復角影響的顯著性。影響因素為取向角，平紋有7個水平，斜紋有12個水平。因變量為各取向角對應的折皺回復角。

提出假設H0：取向角對試樣折皺回復角的大小無顯著影響。備擇假設H1：取向角對試樣折皺回復角大小有顯著影響。設定顯著性水平α為0.05。分析結果如表2、3所示。其中F為檢驗的統計量，P-value為用于檢驗的P值，F臨界值為給定顯著水平α下的臨界值。

表2 平紋試樣方差分析表Tab.2 Varince analysis on plain fabric

表3 斜紋試樣方差分析表Tab.3 Variance analysis on twill fabric

由表2中可知，對于平紋織物，計算的F值為8.54，大于F臨界值2.29，同時P值為2.30×10-6，明顯小于顯著性水平0.05，說明拒絕原假設，即平紋織物取向角對織物折皺回復角有顯著影響，平紋織物折皺回復存在各向異性。從表3可看出，對于斜紋織物，計算的F值為4.60，大于F臨界值1.91，同時P值為1.89×10-5，明顯小于顯著性水平0.05，說明拒絕原假設，即斜紋取向角對折皺回復角有顯著影響，斜紋織物折皺回復存在各向異性。

2.2 平紋織物折皺回復的各向異性

由于平紋織物分別在經紗和緯紗方向軸對稱，實驗中將選取向角0°到90°進行實驗分析。圖3示出平紋織物正反面折皺回復各向異性曲線。在圖3(a)中，平紋織物的折皺回復角度隨著取向角的變化，呈現先增大再減小的趨勢，最大角度與最小角度差值將近40°。平紋織物試樣在取向角60°對應的折皺回復角最大，即該方向織物的抗皺性能較好。然而，在取向角為0°和90°時，試樣對應的折皺回復角相對較小，織物在經向和緯向抗皺性能較差。對比圖3(a)可發現，反面的折皺回復角各向異性趨勢與正面相似，但是各取向回復角度變化幅度較小，曲線較平穩。

織物彈性回復力和摩擦阻力決定了織物折皺回復性能。回復力越大，摩擦阻力越小，織物的折痕回復性能就越好[10]。在平紋織物試樣取向角為60°時，試樣經紗和緯紗受到的外力作用接近，可將壓力較好的分解，內摩擦阻力較小，所以折皺回復角較大。而經紗(或者緯紗)方向，外力絕大部分作用在經紗(或者緯紗)上，另一方向紗線的摩擦阻力較大，所以折皺回復角較小。

綜上所述，平紋織物折皺回復各向異性明顯， 取向角0°和90°方向試樣的折皺回復角在總體折皺回復角中偏小，作為評價整塊織物折皺回復性能的指標不合理，應增加或改用其他取向角對應的折皺回復角來表征織物整體折皺回復性能。

2.3 斜紋織物折皺回復的各向異性

斜紋試樣選取取向角0°到165°進行實驗分析。圖4示出斜紋試樣正面和反面的折皺回復各向異性曲線。

與平紋試樣相同的是試樣反面的各向差異較小一些，不同的是，試樣正反兩面的折皺回復各向異性趨勢有所不同。試樣正面在取向角60°到150°方向對應的折皺回復角較大，抗皺能力較好，最大回復角在取向角105°方向，最小回復角在取向角15°方向。試樣反面的折皺回復各向異性整體趨勢與正面相反，取向角30°到75°方向對應的折皺回復角較大，其余方向的折皺回復角較小，且相差不大。

實驗選取的4種斜紋試樣的斜紋與緯紗方向的夾角ψ如圖5所示。依據文獻[11]的方法，測得4種斜紋試樣紋路斜向角ψ如表4所示。可發現4種試樣紋路與緯紗夾角ψ都在120°左右，其平均值為119.3°。正面取向角120°方向正好與織物紋路方向一致，即斜紋織物正面在其紋路方向折皺回復角較大，抗皺能力好。與斜紋紋路垂直的方向，折皺回復角較小，抗皺能力差，反面則相反。

試樣編號5#6#7#8#ψ/°118.8120.3117.7120.3

3 織物折皺回復性能評價方法

可用各向折皺回復角均值來表征整塊織物的折皺回復性能。對于平紋織物若按每隔15°裁剪一試樣，則可裁剪7個不同取向角對應的試樣。實驗中將計算這7個試樣的折皺回復角度的均值作為評價平紋織物的各向折皺回復角平均值。相應地，斜紋織物的折皺回復性則可采用12個取向角的折皺回復角度的均值表示。但是這種評價方法的測試工作量較大，耗時長，應用在實際測試中有困難。因此，建議采用本文改進的方法來表征織物折皺回復性能。

3.1 改進的平紋織物折皺回復角表征方法

通過對織物折皺回復角度數值的計算分析可發現，取向角為15°、75°時，試樣的這2個折皺回復角平均值φ2與7個取向角對應試樣的折皺回復角的均值φ接近，具體數值如表5所示。其中φ為7個取向角對應試樣的折皺回復角的均值，φ1為經緯向折皺回復角的均值，φ2為取向角為15°和75°時對應的試樣的折皺回復角均值。

表5 平紋織物不同計算方法的結果比較Tab.5 Comparison of different calculation methods for plain fabric (°)

從表5中可看出，試樣各向回復角均值與經、緯向折皺回復角均值相差較大，最小差值為3.0°，最大達19.4°。這表明現有計算方法得出的計算值與真實值相差較大，只用經、緯向折皺回復角均值(或之和)表示整塊織物的折皺回復性能不夠全面。取向角15°和75°對應的試樣折皺回復角的均值與各向回復角均值近似相等，差值為0.3°～3.1°，說明改進的計算方法有一定的可行性，用來表征織物的折皺回復性能更為科學、合理。

3.2 改進的斜紋織物折皺回復角表征方法

斜紋織物正反兩面的折皺回復各向異性情況不同，其評價方法也應該分別討論。不同計算方法得到的斜紋試樣的回復角度值如表6所示。對于斜紋試樣正面，計算取向角15°(最小值)、105°(最大值)、120°(斜紋紋路方向)對應的折皺回復角的平均值作為改進的方法，計算值為φ2；對于斜紋試樣反面，計算取向角0°(最小值)、60°(最大值)、120°(斜紋紋路方向)對應的折皺回復角的平均值作為改進的方法，計算值為φ2。從表中可看出，改進方法計算值φ2與各向回復角均值φ的差值為0.2°～2.5°，遠小于經緯平均值φ1與各向回復角均值φ的差值3.1°～8.2°，說明用改進方法計算φ2以表征斜紋織物折皺回復性能更加合理。

3.3 各表征方法結果的相關性分析

對各向折皺回復角均值φ、經緯平均值φ1、改進方法計算值φ2進行相關性分析，結果如表7所示。φ與φ1的相關系數為0.86，φ1與φ2的相關系數為0.83，φ與φ2的相關系數高達0.98，均大于0.8，高度相關，說明3種表征方法的結果具有高度一致性。而φ與φ2的相關系數最大，非常接近于1，說明改進的表征方法比經緯向均值更加接近各向折皺回復角均值，作為織物折皺回復綜合表征方法更為合適。

表7 相關系數Tab.7 Correlation coefficient

4 結 論

研究表明，織物折皺回復各向異性顯著，而現有表征織物折皺回復性能的方法忽略了織物的各向異性，對織物折皺回復性能的評價方法存在明顯誤差，且用現有測試技術得到的測試結果不精確，無法全面地反映織物的折皺回復性能。雖然織物的各向回復角均值可全面反映織物的折皺回復性能，但是測試數據量大，很難應用在實際測試中。本文通過對織物折皺回復各向異性的探索，提出了織物折皺回復性表征的新方法，以代替現有表征方法的不足。

對于平紋織物，計算取向角為15°和75°時試樣的折皺回復角的均值以表征該平紋織物的折皺回復性。斜紋織物的折皺回復角與其織物紋路方向相關，正面計算取向角為15°、105°、120°時試樣的折皺回復角的均值，反面計算取向角為0°、60°、120°時試樣的折皺回復角的均值來表征該斜紋織物的折皺回復性能。

改進的方法在沒有顯著增加實驗工作量的前提下，其結果近似各向回復角均值，可較全面地表征整塊織物的折皺回復性能。

FZXB

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Characterization on anisotropy of fabric wrinkle recovery

JIANG Shuangge, WANG Lei, WANG Jing, LIU Jianli, GAO Weidong

(Key Laboratory of Eco-Textiles (Jiangnan University), Ministry of Education, Wuxi, Jiangsu 214122, China)

Aiming to the research on the anisotropy of fabric wrinkle recovery, the relationship between the wrinkle recovery angle and the orientation angle of sample are studied to find out a more reasonable method to evaluate the fabric wrinkle recovery property. The cotton plain and twill fabrics are selected as materials. The specimens of plain fabrics are cut from the orientation angle of 0° to 90°. The twill specimens are cut from the orientation angle of 0° to 180°. The orientation angles of both types of fabrics are in the clockwise direction and at the interval of 15°, and the warp direction is set as 0°. The wrinkle recovery angles are tested by the machine vision method. The result show that the average recovery angle of 15° and 75° orientation angles can be used to assess the property of cotton plain fabric. For the twill fabrics, the property is dependent on the twill direction of the fabric. For the left inclined 120° twill fabric, it is suggested that the average recovery angle of 15°, 105° and 120° orientation angles could represent the property of face-to-face folded specimens, and the average recovery angle of 0°, 60° and 120° orientation angles could represent the property of back-to-back ones.

fabric; wrinkle recovery; anisotropy; dynamic measurement; machine vision

10.13475/j.fzxb.20150405406

2015-04-27

2015-12-11

國家自然科學基金青年科學基金項目(61203364)；江蘇省產學研前瞻性研究項目(BY2015019-07)

蔣雙歌(1990—)，女，碩士生。主要研究方向為基于機器視覺的織物折皺回復各向異性。劉建立，通信作者，E-mail：jian-li.liu@hotmail.com。

TS 101.9； TS 107.4

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