利用十字交叉法測試織物彎曲懸垂性

劉成霞， 周 澳

(1. 浙江理工大學 服裝學院， 浙江 杭州 310018； 2. 服裝數字化技術浙江省工程實驗室， 浙江 杭州 310018)

織物彎曲性和懸垂性是影響織物風格和外觀的重要屬性，也是織物變形能力的直接體現[1-2]。前者最常用的測試方法為斜面法，除此之外，科技工作者們還研究了其他的方法，如提出了利用水滴法測試織物彎曲性[3]，何琦輝等[4]提出了一種間接測試織物彎曲性的方法。關于織物懸垂性，目前的研究大都針對如何利用不同的圖像處理技術進行懸垂指標的提取，如：李強[5]提出了一種利用仰視投影測量織物懸垂性的方法；黃新林[6]設計了一套新型圖像法織物懸垂性測試系統；S. Farajikhah[7]提出了一種利用莫爾陰影地形圖研究織物三維懸垂性的方法。

對現有方法和研究加以總結可發現，到目前為止，織物彎曲性[8-9]和懸垂性[10]的測試和研究都是分開進行的，即一種方法只適用于一種性能。但二者本質上有很大的共性：它們都對外觀有重要影響，也都直接體現了織物柔軟變形的能力，易彎曲的織物往往具有較好的懸垂性，懸垂性差的織物往往也不易彎曲。并且現有的彎曲性和懸垂性測試方法各自存在一定的問題，比如斜面法測彎曲性時，每次只能測試一塊試樣；圓臺法不能測得織物某一具體方向的懸垂性，且最大問題在于這2種性能必須分開獨立測試。

針對這些問題，本文嘗試探索一種能同時測試這2種性能的方法，并且一次可以得到多塊試樣的彎曲性，也能表征織物某一具體方向的懸垂性，這樣不僅可以簡化操作，還能節約測試時間。

1 實驗部分

1.1 試樣的選取

選取變形能力差異較大的機織物共20種，規格參數如表1所示。

表1 織物規格參數Tab.1 Fabric specification parameters

注：C—棉；L—亞麻；S—蠶絲；W—羊毛； P—滌綸；V—粘膠。

1.2 斜面法測試織物彎曲性

根據GB/T 18318—2001《紡織品 織物彎曲長度的測定》，用YG(B)022D型全自動織物硬挺儀，在標準大氣環境中測試表1中20塊試樣的經、緯向彎曲長度。

1.3 圓臺法測試織物懸垂性

根據GB/T 23329—2009 《紡織品 織物懸垂性的測定》，用YG811型光電式織物懸垂性測試儀，在標準大氣環境中測試表1中20塊織物的懸垂系數。

1.4 十字交叉法測試織物彎曲和懸垂性

1.4.1測試裝置及原理介紹

十字交叉法的測試原理是將2條長方形織物試條成十字形交叉放置于測試裝置頂端，因此將該方法命名為“十字交叉法”，其測試裝置如圖1所示，由木條和三角尺構成，其中木條分為4組，每組形成一個端面，在每組木條的中間有一條凹槽，凹槽的中間嵌入三角尺，嵌入凹槽后的三角尺0刻度線剛好與木條表面平齊，三角尺可沿凹槽上下移動。在木條表面上標有厘米和毫米刻度。4組木條和4把三角尺用松緊帶束扎固定。

圖1 放置試樣后的測試裝置Fig.1 Instrument after putting fabric on it

測試時，將2條長條形試樣垂直交叉放置于測試裝置頂端，在織物頂端放一小重物，以防織物滑動。織物在重力作用下會自然下垂(見圖1)。越柔軟，懸垂性越好的織物，下垂幅度越大。縱向下垂距離N通過標在木條上的刻度讀出；橫向下垂距離M則可通過三角尺直接讀出，如圖2所示，這樣就可快速讀出4條試樣的下垂距離。

圖2 指標的提取Fig.2 Extraction of parameter

1.4.2試樣準備

參照斜面法中試樣的裁剪規格，將試樣裁剪成為200 mm×25 mm的長方形，每種織物各準備 12個方向的試樣，其中經向為0°，緯向為90°。即分別沿0°、15°、30°、……、165°裁剪織物，每個方向準備 2塊試樣。

1.4.3實驗流程

1)在以上裁剪好的試樣正中心打剪口做記號，將試樣放置于測試裝置的頂端，且使其剪口對準測試裝置頂端面的中心，寬度方向與測試裝置的木條表面平行。

2)按照上述方法，在第1條試樣的表面垂直交叉地放置同一塊織物的第2條試樣，且2條試樣中心處的剪口位置吻合，中心處再放一重物以防滑動(見圖1)。

3)放置好試樣1 min后，移動三角尺，使試樣下垂一端的邊緣與三角尺邊緣相接觸，讀出接觸點在三角尺上的讀數，即為橫向下垂距離M，然后讀出三角尺在木條刻度尺上的讀數，即為試樣的縱向下垂距離N(見圖2)；由于同一塊試樣測試不同次數時，結果也會略有差異，所以在圖2中，試條的兩端下垂的橫向距離M和縱向距離N并不一樣，即圖形并非對稱。

4)定義彎曲懸垂系數ε=M/N，數值越小，則織物越容易彎曲，懸垂性也越好；

5)用同樣的方法，讀出其他3個方向的讀數，共求出4個彎曲懸垂系數的平均值作為該織物的最后測試結果。

2 結果與討論

2.1 不同方法所測彎曲性指標間的關系

如1.2所述，用斜面法測得20塊試樣的經、緯向彎曲長度，由于經緯向彎曲長度與十字交叉法所測結果非常類似，在此以斜面法所測的經向彎曲長度為例，將其與十字交叉法所測指標進行分析。斜面法所測得的彎曲長度與十字交叉法所測得的橫向下垂距離M之間的關系如圖3所示。

圖3 橫向下垂距離與彎曲長度之間的關系Fig.3 Relationship between horizontal drop width and bending length

從圖3可看出，彎曲長度與橫向下垂距離M呈正相關關系，即彎曲長度越大的織物，用十字交叉法進行測試時，織物試樣下垂的橫向距離越大。可以解釋為彎曲長度越大，即越硬挺的織物，越不容易彎曲，用十字交叉法檢測時，則圖2中的M越接近于織物原來長度。即M為試樣在水平方向的投影長度，N則是試樣在垂直方向的投影長度。

圖4示出用斜面法測的彎曲長度與用十字法測的縱向下垂距離N之間的相關關系。

由圖可知，彎曲長度越小的織物，用十字交叉法進行測試時，織物試樣下垂的縱向距離越大，呈負相關關系。可以解釋為彎曲長度越小，即越柔軟的織物，越容易彎曲，用十字交叉法檢測時，縱向下垂距離N越大。即N越接近于試樣本身的長度。

圖4 縱向下垂距離與彎曲長度之間的關系Fig.4 Relationship between vertical drop width and bending length

對比圖3和圖4的相關系數R2可知，彎曲長度與橫向下垂距離M的相關性大于縱向下垂距離N。

圖5示出斜面法所測的彎曲長度與十字交叉法所測的彎曲懸垂系數ε之間的關系。二者具有良好的正線性相關關系，即彎曲長度越大的織物，十字交叉法所測的ε也越大，換句話說，越硬挺的織物，水平方向的投影M越大，縱向投影N越小。舉個極端的例子，假定有一種無限硬挺、完全不會彎曲的面料，放到測試裝置上之后，其縱向下垂距離為0，橫向下垂距離則為織物本身的長度。從相關系數R2可知，彎曲長度與ε的相關系數大于橫向下垂距離M和縱向下垂距離N。

圖5 彎曲懸垂系數ε與彎曲長度之間的關系Fig.5 Relationship between bending and draping coefficient ε and bending length

與斜面法相比，十字交叉法還具有以下優勢：1)能同時測試2塊試樣，每塊試樣可以得到2個測試結果，而斜面法每次只能測試1塊試樣，只能得到1個測試結果，所以十字交叉法效率更高；2)由于用于讀數的三角尺位于試樣條的中間，所以相當于對織物的彎曲性指標求平均。在斜面法的測試中，一般只要試樣條的一個點接觸到斜面即開始讀數，由于試樣具有易變形性，這時試樣另一端可能離斜面還有較大距離，也就是說傳統的斜面法無法檢測試樣兩個端點的中心點接觸斜面時的彎曲長度，而十字交叉法則輕而易舉地做到了這一點。

2.2 不同方法所測懸垂性指標間的關系

圓臺法所測的懸垂系數與十字交叉法所測的彎曲懸垂系數ε之間的關系如圖6所示。由于十字交叉法測試的試樣為長方形，每次只能測一個方向的懸垂性，而圓臺法所用試樣為圓形，可以表征織物所有方向綜合的懸垂效果，為使研究更具有科學性，圖6中的彎曲懸垂系數ε為1.4.2中所測的織物 12個方向ε的平均值。

圖6 彎曲懸垂系數ε與懸垂系數F之間的關系Fig.6 Relationship between bending and draping coefficient ε and draping factor F

由圖6可知：彎曲懸垂系數ε與懸垂系數F呈正相關關系，其中X4為12個方向所測彎曲懸垂系數ε的平均值,Y為懸垂系數F。即F越大的織物，用十字交叉法進行測試時，ε也越大。也就是說，2種方法都可以測試織物的懸垂性，且測試原理具有相似之處，都是利用不同的織物在自身重力的作用下，下垂形成的形態不同導致投影不同。所不同的是，圓臺法只能表征織物所有方向綜合的懸垂性，而十字交叉法則能體現織物任何一個方向的懸垂性。前者比較適合裙子和桌布的等的懸垂性描述，而對于上衣、褲子、窗簾等具有方向性的織物來說，更適合十字交叉法。

3 結 論

本文以20塊試樣為研究對象，分別用斜面法測試其彎曲性能,用圓臺法測試其懸垂性能，最后用自行設計的十字交叉法提取彎曲懸垂性指標，經過研究得出以下結論：

1)十字交叉法中的3個指標與斜面法的彎曲長度都具有較好的相關性，其相關系數由大到小依次為彎曲懸垂系數、橫向下垂距離、縱向下垂距離。斜面法所測的彎曲長度與十字交叉法所測的彎曲懸垂系數之間的關系式是：Y=20.785X3+ 7.456，R2=0.894(X3為彎曲懸垂系數；Y為彎曲長度)。

2)十字交叉法所測的彎曲懸垂系數與圓臺法所測的懸垂系數具有良好的正相關性，二者的具體關系式為：Y1=-0.418X42+1.152X4+0.3067，R2=0.932(X4為12個方向所測彎曲懸垂系數的平均值；Y1為圓臺法所測的懸垂系數F)。

3)本文提出的十字交叉法既可用來檢測織物的彎曲性，也可檢測織物的懸垂性，將傳統的織物彎曲性和懸垂性必須分開進行的測試合二為一，既簡化了操作步驟，又節約了時間。

4)十字交叉法具有傳統方法沒有的優勢，可同時得到多個測試數據、能檢測織物試樣條中心點的彎曲性，能表征織物任一具體方向的懸垂性。

致謝本文得到了“浙江省服裝個性化定制2011協同創新中心”的資助，特此感謝。

參考文獻：

[1] 楊萍.紗線與織物的彎曲剛度研究[D].上海：東華大學, 2002：12-20.

YANF Ping. Research on bending behavior of yarn and fabric [D]. Shanghai: Donghua University,2002:12-20.

[2] LIN H, STYLIOS G K. Prediction of post-buckling deformation in fabric drape[J].Journal of the Textile Institute, 2009, 100(1):35-43.

[3] 劉成霞，韓永華，張才前.基于圖像處理的織物彎曲性能測試方法[J].紡織學報, 2013，34(7)：52-56.

LIU Chengxia，HAN Yonghua，ZHANG Caiqian. Test for fabric bending behavior based on image processing bending behavior of fabric[J]. Journal of Textile Research, 2013，34(7)：52-56.

[4] 何琦輝,王正偉，利用織物實際彎曲形態測試其彎曲性質的算法[J].紡織學報，2006，27(12)：52-58.

HE Qihui, WANG Zhengwei. Arithmetic of bending property of the fabric based on its actual bending shape[J]. Journal of Textile Research, 2006，27(12)：52-58.

[5] 李強,過玉清,紀峰.基于仰視投影的織物懸垂性測試方法[J].紡織學報，2008，29(3)：34-37,46.

LI Qiang, GUO Yuqing, JI Feng. Testing method of fabric drape based on upward projection[J]. Journal of Textile Research，2008，29(3)：34-37, 46.

[6] 黃新林.織物懸垂性測試方法及其裝置的研究[D]. 上海：東華大學,2011:15-30.

HUANG Xinlin. Study of the test method and instrument of fabric drape [D]. Shanghai：Donghua University, 2011:15-30.

[7] FARAJIKHAHA S, MADANIPOUR K, SAHARKHIZ S, et al. Shadow Moiré aided 3-D reconstruction of fabric drape[J]. Fibers and Polymers, 2012, 13(7)： 928-935.

[8] 倪紅，潘永惠. 基于BP神經網絡的織物斜向彎曲性能的預測[J].紡織學報，2009，30(2)：48-51.

NI Hong, PAN Yonghui. Prediction of fabric diagonal bending rigidity by BP neural network[J]. Journal of Textile Research, 2009，30(2)：48-51.

[9] 劉成霞，羅秋霞，施美琴.織物多方向硬挺度測試方法研究[J].現代紡織技術, 2015, 23(2):56-59.

LIU Chengxia, LUO Qiuxia, SHI Meiqin. Study on the measurement of multi-directional fabric stiffness[J]. Advanced Textile Technology, 2015, 23(2):56-59.

[10] 徐軍,姚穆.織物懸垂性客觀評價的研究[J].紡織學報，1999，20(4)：11-14.

XU Jun, YAO Mu. A study on objective evaluation for fabric drape[J]. Journal of Textile Research,1999,20(4)：11-14.