服裝拉鏈摩擦機械安全性測試方法優(yōu)化及建立

吳建中　張娜　王趙　孫世元　湯石艷　魏曉英　黃益

摘要：為了建立服裝拉鏈磨損機械安全性的測試評價方法，在典型織物拉鏈摩擦損傷特性研究基礎(chǔ)上，研究了自制拉鏈摩擦試驗機的摩擦參數(shù)（摩擦負重、速度以及角度）對織物摩擦損傷性能的影響，并對比了兩種標(biāo)準(zhǔn)織物摩擦試驗的精確性和穩(wěn)定性，最終確定了以標(biāo)準(zhǔn)蠶絲織物作為磨料的拉鏈摩擦機械安全性評價方法及測試參數(shù)。

關(guān)鍵詞：拉鏈；摩擦損傷；摩擦參數(shù)；磨料；測試方法

中圖分類號：TS941.498.2文獻標(biāo)志碼：A文章編號：1009-265X（2017）04-0036-07Optimization and Establishment of Friction Safety

Testing Method for Garment Zipper

WU Jianzhong2， ZHANG Na2， WANG Zhao1， SUN Shiyuan2，

TANG Shiyan1，WEI Xiaoying2， HUANG Yi*2

（1.Engineering Research Center for EcoDyeing and Finishing of Textiles， Ministry of Education，

Zhejiang SciTech University， Hangzhou 310018， China； Jiaxing Product Quality

Supervision Testing Institute， National Quality Supervision and Inspection

Center of Garment Accessories（Zhejiang）， Jiaxing 314000， China）Abstract：In order to establish testing and evaluation method for garment zipper friction safety， the effects of the friction parameters （weight loading， speed and angle） of a selfdesigned friction test machine on the frictional damage to fabric was studied on the basis of research of characteristics of zipper frictional damage to typical fabrics， comparison was made on the accuracy and stability of friction test with two standard fabrics， and a method of zipper friction safety evaluation with standard silk as abradant and related evaluation parameters were determined.

Key words：zipper； frictional damage； friction parameter； abrasive abradant； testing method

本課題從產(chǎn)業(yè)的實際需求出發(fā)，根據(jù)拉鏈產(chǎn)品的實際使用過程，采用自主設(shè)計的摩損試驗裝置，對比研究了5種典型服用織物在拉鏈摩擦下的損傷過程，發(fā)現(xiàn)平紋棉、平紋蠶絲和平紋滌綸3種織物在摩擦損傷過程中存在5個典型的損傷特征，可用于織物磨損等級的評定[5]。上述研究結(jié)果表明使用織物摩擦損傷性能來評價拉鏈表面摩擦機械安全性具有可行性。在前期研究工作基礎(chǔ)上，本文進一步研究了摩擦參數(shù)設(shè)置對織物摩擦損傷性能的影響，優(yōu)化并優(yōu)選了摩擦參數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)磨料，初步建立了一套簡單、快速、準(zhǔn)確的拉鏈表面磨損機械安全性測試、評價方法。

1實驗部分

1.1實驗材料與儀器

材料：平紋蠶絲織物（5 tex，46 g/m2，510×480根/10 cm）、標(biāo)準(zhǔn)貼襯棉織物（GB/T 7568.2—2008《紡織品 色牢度試驗 標(biāo)準(zhǔn)貼襯織物 第2部分：棉和粘膠纖維》），標(biāo)準(zhǔn)貼襯蠶絲織物（GB/T 7568.6—2002《紡織品 色牢度試驗絲標(biāo)準(zhǔn)貼襯織物規(guī)格》）。測試所用拉鏈為5號金屬拉鏈（QB/T 2171—2014《金屬拉鏈》），5號注塑拉鏈（QB/T 2172—2014《注塑拉鏈》）和7號尼龍拉鏈（QB/T 2173—2014《尼龍拉鏈》）。

儀器：拉鏈摩擦磨損試驗機（自制），HIROXKH7700型三維視頻顯微鏡（美國科斯達公司）。

1.2實驗方法與表征

織物摩擦損傷測試：剪裁6 cm×6 cm織物試樣，使用固定圈將試樣固定于摩擦頭，設(shè)置不同的負重、速度、行程和角度等參數(shù)，采用自制拉鏈摩擦磨損試驗機進行織物摩擦損傷實驗，試驗機結(jié)構(gòu)如圖1所示。

織物摩擦損傷表征：織物在試驗機摩擦過程中出現(xiàn)一定物理破壞時（拉毛、斷紗、破洞等），采用三維視頻顯微鏡在50倍放大倍數(shù)下觀察織物組織結(jié)構(gòu)和紗線摩擦損傷情況。

2結(jié)果與討論

2.1典型織物摩擦損傷等級評定

前期研究結(jié)果表明，平紋棉織物、平紋蠶絲織物、平紋滌綸織物呈現(xiàn)逐漸磨損過程，且摩擦損傷過程中存在顯著的階段性特征，即織物表面磨損，單向紗線斷裂，雙向紗線斷裂（出現(xiàn)破洞），破洞變大以及破損嚴(yán)重5個狀態(tài)。因此，定義拉鏈對典型織物的摩擦損傷等級如表1所示。

2.2摩擦參數(shù)對典型織物摩擦損傷情況的

影響典型織物的摩擦損傷過程在確定的摩擦試驗參數(shù)（負重5 N，速度250 mm/s，行程150 mm，斜磨和側(cè)磨角度0°）下進行，然而拉鏈與紡織面料摩擦過程中，除了拉鏈自身的材質(zhì)、銳邊銳角外，負重、速度以及角度等因素均會影響織物的摩擦損傷進程，因此需研究分析上述摩擦參數(shù)對紡織面料磨損程度的影響，并確定部分摩擦參數(shù)設(shè)定。此外，由于平紋棉、蠶絲和滌綸織物在拉鏈摩擦過程中的損傷過程和磨損特征具有一致性，因此本節(jié)選用蠶絲平紋織物對相關(guān)摩擦參數(shù)進行優(yōu)化研究。表1典型織物的摩擦磨損等級評定[5]

磨損等級0級1級2級3級4級5級磨損情況無磨損表面磨損單向紗線斷裂雙向紗線斷裂破洞變大破損嚴(yán)重織物階段性磨損特征圖像平紋全

2.2.1負重對織物摩擦損傷性能的影響

除了紡織面料的組織結(jié)構(gòu)、紗線結(jié)構(gòu)和纖維自身的表面結(jié)構(gòu)外，負重是影響拉鏈與紡織面料之間滑動摩擦力的關(guān)鍵因素之一[67]。不同負重條件尼龍拉鏈對平紋蠶絲織物摩擦損傷情況及磨損評級如表2所示。隨著尼龍拉鏈與蠶絲織物摩擦次數(shù)的增加，整體上織物表面磨損情況呈現(xiàn)不斷加劇的趨勢。在較低負重（≤3 N）時，由于低負重下拉鏈與織物間的滑動摩擦力較低，因此平紋蠶絲織物的摩擦損傷過程緩慢，且并未出現(xiàn)織物破洞（3級磨損）。進一步增加負重后，平紋蠶絲織物的摩擦損傷加速，并呈現(xiàn)出典型的摩擦損傷特征（如產(chǎn)生破洞及破損嚴(yán)重）。負重的增加雖然會由于織物交織點突起受壓扁平而降低織物表面摩擦系數(shù)，但整體上拉鏈與織物摩擦過程中受到的摩擦力與摩擦負重成正比[8]，因此增加摩擦負重可增加拉鏈與織物摩擦過程中的摩擦力，導(dǎo)致織物表面磨損情況加劇。

2.2.2速度對織物摩擦損傷性能的影響

不同摩擦速度條件下尼龍拉鏈對平紋蠶絲織物摩擦損傷情況及磨損評級如表3所示。摩擦速度對織物摩擦損傷程度結(jié)果表明，加快摩擦速度可加劇蠶絲織物的摩擦損傷程度。在不同摩擦速度下（50 mm/s，150 mm/s和250 mm/s），平紋蠶絲織物摩擦3 800次后，對應(yīng)織物摩擦損傷等級依次為2級，2～3級和5級。由于摩擦速度的改變對拉鏈與織物之間摩擦系數(shù)影響甚微[9]，因此認為平紋蠶絲織物在高速度、短周期循環(huán)摩擦后的損傷加劇現(xiàn)象主要歸因于纖維的疲勞損傷累積。當(dāng)蠶絲纖維在受到拉鏈周期性摩擦作用時，纖維受到應(yīng)力作用發(fā)生形變并產(chǎn)生疲勞，若摩擦速度較慢即循環(huán)摩擦周期較長時，疲勞纖維在一定程度上實現(xiàn)恢復(fù)。然而當(dāng)摩擦速度較快時，纖維在發(fā)生疲勞后尚未得到恢復(fù)隨即發(fā)生疲勞累積，因此加快摩擦速度可導(dǎo)致織物摩擦損傷加劇。

2.2.3角度（斜摩、側(cè)磨）對織物摩擦損傷性能的影響

除了摩擦負重和摩擦速度外，摩擦角度（斜摩、側(cè)磨）也是影響織物在摩擦過程中織物損傷程度的重要因素之一，且該參數(shù)符合拉鏈實際使用中的摩擦情況。

不同斜磨、側(cè)磨角度下平紋蠶絲織物達到3級磨損所需平均摩擦次數(shù)如表4所示。隨著斜磨角度的增大，總體上平紋蠶絲織物達到3級磨損所需摩擦次數(shù)趨于減少。分析原因認為斜磨角度增加后，織物與拉鏈的接觸逐漸由平面轉(zhuǎn)為斜面，織物與拉鏈的接觸面積變小，織物與相同負重壓力下所受壓強增加，加劇了織物的摩擦損傷程度。而隨著側(cè)磨角度的增大，平紋蠶絲織物達到3級磨損所需摩擦次數(shù)呈現(xiàn)先減少后增加的變化趨勢，這主要是織物與拉鏈接觸方式和有效摩擦行程的綜合改變所致。當(dāng)增加側(cè)磨角度為15°時，此時拉鏈與織物的有效摩擦行程變化不大，但織物極易接觸到拉鏈的銳邊銳角，因此拉鏈對織物的摩擦損傷加劇。而進一步增加側(cè)磨角度后，拉鏈與織物在摩擦過程中的有效摩擦行程顯著降低，因此隨著側(cè)磨角度的增大，平紋蠶絲織物達到3級磨損所需摩擦次數(shù)不斷增加。同時，對比不同材質(zhì)拉鏈的摩擦試驗可知，對于平紋蠶絲織物的摩擦損傷程度依次為：金屬拉鏈>尼龍拉鏈>注塑拉鏈，這主要歸因于拉鏈材質(zhì)、嚙合方式及銳邊銳角結(jié)構(gòu)的差異。

綜上所述，調(diào)整摩擦負重、速度以及角度均會不同程度上改變拉鏈對織物的摩擦損傷進程，其摩擦速度和角度的改變同時會影響摩擦試驗的效率和穩(wěn)定性。為綜合考慮摩擦試驗效率和穩(wěn)定性，并簡化測試過程，確定摩擦速度為250 mm/s，摩擦斜角和側(cè)角為0°，行程為150 mm。

2.3標(biāo)準(zhǔn)磨料拉鏈摩擦試驗參數(shù)的確定

為提高拉鏈機械安全性測試方法的適用性，考慮采用紡織測試常用的標(biāo)準(zhǔn)貼襯棉織物和標(biāo)準(zhǔn)貼襯蠶絲織物作為測試磨料，以便于后期應(yīng)用和推廣。在確定的摩擦參數(shù)條件下，對比兩種標(biāo)準(zhǔn)貼襯織物摩擦損傷等級區(qū)間的區(qū)分度和數(shù)據(jù)偏差，最終確定以一種標(biāo)準(zhǔn)織物為磨料的摩擦參數(shù)以及摩擦損傷等級區(qū)間，用于拉鏈機械安全性的測試和評價。

2.3.1標(biāo)準(zhǔn)磨料對比優(yōu)選

在初步負重優(yōu)化基礎(chǔ)上，標(biāo)準(zhǔn)蠶絲織物和標(biāo)準(zhǔn)棉織物經(jīng)金屬拉鏈測試后的摩擦損傷等級區(qū)間及數(shù)據(jù)偏差如圖2所示。結(jié)果表明，兩種標(biāo)準(zhǔn)貼襯織物在金屬拉鏈摩擦測試中均可實現(xiàn)5級磨損及對應(yīng)的損傷特征，但標(biāo)準(zhǔn)棉織物各等級摩擦次數(shù)的數(shù)據(jù)偏差較為顯著，這主要是兩種標(biāo)準(zhǔn)織物紗線性質(zhì)的差異所致。蠶絲紗線主要由蠶絲長絲合股而成，其摩擦斷裂強力主要取決于蠶絲長絲自身的斷裂強力；而棉紗是由棉短纖相互抱合成紗，其強力不單取決于棉纖維自身的斷裂強力，而且受限于抱合纖維間的滑脫強度[1011]，導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)棉織物的摩擦次數(shù)偏差較大。

因此，對比兩種標(biāo)準(zhǔn)織物試驗數(shù)據(jù)的偏差，優(yōu)選標(biāo)準(zhǔn)蠶絲織物作進一步優(yōu)化。

2.3.2標(biāo)準(zhǔn)蠶絲磨料摩擦試驗負重優(yōu)化及終點確定

為保證織物摩擦損傷等級判定的準(zhǔn)確性并兼顧測試效率，不同材質(zhì)拉鏈對標(biāo)準(zhǔn)蠶絲織物摩擦損傷負重優(yōu)化如圖3（a—c）所示。采用金屬拉鏈時，對比不同負重下標(biāo)準(zhǔn)蠶絲織物各磨損等級的終點次數(shù)發(fā)現(xiàn)，負重4 N時各磨損等級終點次數(shù)范圍存在重疊，因此不利于織物磨損等級的準(zhǔn)確判定；而負重2 N時標(biāo)準(zhǔn)蠶絲織物達到五級磨損終點超過5 000次，測試效率較低，因此優(yōu)選金屬拉鏈測試負重參數(shù)為3 N，摩擦測試次數(shù)終點為2 917次。對于尼龍和注塑拉鏈，在不同的負重條件下均可準(zhǔn)確地判定各磨損等級終點，綜合考慮測試效率后分別確定其負重為5 N和12 N，摩擦測試次數(shù)終點為3 817次和3 117次。

綜上所述，采用標(biāo)準(zhǔn)蠶絲織物為磨料，拉鏈機械安全性測試參數(shù)如表5所示。對于未知品質(zhì)拉鏈，按照下表測試參數(shù)和終點摩擦次數(shù)進行測試，后觀察磨損情況并對比標(biāo)準(zhǔn)磨損情況等級，3次平行實驗后對拉鏈予以品質(zhì)評價。（a）金屬拉鏈

（b）尼龍拉鏈

（c）注塑拉鏈

3結(jié)論

a）摩擦參數(shù)對典型織物摩擦損傷情況研究表明：摩擦負重、速度以及角度均會不同程度上改變拉鏈對織物的摩擦損傷進程，并影響摩擦試驗的效率和穩(wěn)定性。確定摩擦測試參數(shù)為速度250 mm/s，摩擦斜角和側(cè)角0°，行程150 mm；

b）采用標(biāo)準(zhǔn)蠶絲織物作為摩擦試驗?zāi)チ暇哂辛己玫臏?zhǔn)確性和測試效率。負重優(yōu)化結(jié)果表明，針對金屬、尼龍和注塑三種拉鏈的測試負重分別為：3 N、5 N和12 N，摩擦測試次數(shù)終點分別為2 920次、3 820次和3 120次；

c）摩擦機械安全性測試評定方法：選用標(biāo)準(zhǔn)蠶絲織物磨料，根據(jù)檢測拉鏈材質(zhì)類型選用對應(yīng)測試參數(shù)和摩擦次數(shù)終點，摩擦測試后觀察磨損情況并對比標(biāo)準(zhǔn)磨損情況等級，3次平行實驗后對拉鏈予以品質(zhì)評價。

參考文獻：

[1] 周麗萍，張鳳鳴.拉鏈的質(zhì)量特征及檢驗[J].檢驗檢疫科學(xué)，1999（4）：26-28.

[2] 黃仕輝.淺談拉鏈的質(zhì)量特征及檢驗[J].民營科技，2011（2）：171-171.

[3] 程醉.輔料之“變”：紡織服裝產(chǎn)品質(zhì)量的大隱患[J].中國纖檢，2012（2）：34-37.

[4] 陳李紅.國內(nèi)外紡織品服裝安全消費的技術(shù)要求及召回機制與應(yīng)對策略研究[D].上海：東華大學(xué)，2008.

[5] 黃益，湯石艷，吳建中，等.服裝拉鏈對于典型紡織面料摩損過程的研究及評價[J].浙江理工大學(xué)學(xué)報，2017，37（3）：322-328.

[6] 陳一匡，葛秀貞.織物摩擦試驗中的各向異性[J].浙江絲綢工學(xué)院學(xué)報，1989（2）：6-11.

[7] SUSICH G. Abrasion damage of textile fibers[J]. Textile Research Journal， 1954，24（3）：210-228.

[8] 呂棉祥，李偉光.織物表面摩擦性能測定[J].紡織學(xué)報，1996，17（1）：37-39.

[9] 洪有紀(jì).織物的摩擦與磨損[J].紡織科學(xué)研究，1996（4）：39-46.

[10] 張朝輝，李梅.原棉性能與紗線強力的關(guān)系[J].紡織學(xué)報，2005，26（1）：52-53.

[11] WARFIELD C L， ELIAS D K， GALBRAITH R L. Incremental frictional abrasion part II： effects on yarn and fabric characteristics[J]. Textile Research Journal，1977，47（5）：332-340.

（責(zé)任編輯：張會巍）