浅析织物表面摩擦性能的研究方法

张立峰,陈贵翠

浅析织物表面摩擦性能的研究方法

张立峰,陈贵翠

(盐城纺织职业技术学院,江苏盐城224005)

文章从织物粗糙度的角度来反应织物表面摩擦性能,介绍了与此相关的直接测试方法KES-FB的基本原理和改进方法,以及间接测试方法图像法和激光测试法。

织物;粗糙度;表面摩擦性能

1 前言

织物的表面摩擦性能是织物风格评价的重要力学指标之一,各种力学性能对织物的风格起着决定性的作用,而长期以来对织物风格的评价一直用的是主观评价的方法。

目前,对织物手感的客观评价方法已较完善,比如Kaw abata织物评价系统以及其它用于织物手感鉴别的新技术,此外还有 Psichophysical织物手感客观评价模型。

测试面料在低负荷下的基本力学性能,目前国际上主要有 KES和Fast两套代表性的仪器,而只有 KES有测试织物表面摩擦性能的功能。KES法是迄今为止较为成熟,应用较广的一种测试方法,具有应用性广、试样裁剪简单的特点。

2 KES基本力学性能测试仪

2.1 KES-FB测试织物表面摩擦性能基本原理

日本川端季雄的 KES-FB系统 (在 KES-F基础上改进)是目前国际上通用的,且最有影响力的织物风格评价系统。它用两个测头联合测试面料的表面摩擦性能,第一测头被称作摩擦子如图1的上图所示,它是模仿人的指纹由10根0.5 mm的细钢丝排成的一个平面,测试时该平面与面料表面在一定的压力作用下相对滑动,测得动摩擦系数曲线如图2的上图,动摩擦系数μ是位移 x的函数。

而第二个测头为一个矩形环,测试时矩形环在一定压力作用下与面料接触,并且沿环平面的垂直方向与面料发生相对运动,由于面料的高低不平,运动过程中矩形环要发生上下移动,其相对位移量表征织物厚度变化,即可测得织物厚度 T随位移x的变化曲线,如图2下图所示。

图1 KES表面性状测头

通常用下面三个指标组合表示面料的表面摩擦性能。

a.平均摩擦系数M IU(无单位),即图2上图中摩擦系数曲线的平均值。

b.摩擦系数的平均差不匀率 MMD(无单位),摩擦系数曲线的平均差不匀率。

c.表面粗糙度SM D(um),即图2下图所示曲线的平均差不匀率。

图2 表面特性

以上3式中的位移x也就是试样的被测长度。

2.2 KES-FB改进方法

目前使用最为广泛的是KES系统FB-4表面测试仪,许多人又在它的方法基础上对其进一步研究改进,获得了一些成果。

美国北卡大学纺织学院的研究人员将 KES系统的细钢丝摩擦头换为特殊设计的织物—织物接触摩擦头。这种探头使用一个直径为12 mm的平铝盘,在圆形样布上进行测试,其探头的圆形结构有助于检测织物的各向运动过程中的摩擦特性,包含了探头织物和待测织物间的三种相对运动方式:经向覆盖经向,经纬向45度相交以及纬向覆盖经向,如图3所示。

图3 织物间相对运动方式

日本京都科技大学纺织系在 KES方法的基础上,针对不同种类的新合纤织物,做不同的改进。并将改进的测试方法进行合并,测试不同种类新合纤织物的表面摩擦性能,进而分析织物的表面摩擦性能与织物结构之间的关系。

法国牟罗兹大学的Bueno和Renner从 KES表面性能测试方法中获得摩擦的瞬时信号,通过傅立叶变换将其从时域转换到频域进行分析,来研究信号的波动情况与织物表面纹理结构之间的关系,并用新的指标——功谱率密度PSD来表征摩擦性能。

式中,f为信号频率,X(f)为瞬时摩擦信号的傅立叶变换。

3 通过粗糙度的测试间接反应织物表面摩擦性能的方法

3.1 图像法

随着计算机技术的飞速发展,将计算机图象处理技术应用于织物表面性能的测试已成为可能。织物的表面特征与其表面的形感和象感密切相关,而这两者都可以通过一定的手段测试出来。

3.1.1 纹理法测织物表面粗糙度

织物纹理可以体现织物表面的纹路特征,比如同样的条件下毛织物比丝织物粗糙,通过纹理的粗糙性可以快捷地比较织物表面的粗糙程度。

纹理的粗细与局部的空间重复结构有关,它体现了纹理变化的倾向,即小测度的纹理表示细纹理,大测度的纹理表示粗纹理。用空间自相关函数作为纹理测度的方法,得到图像的二维函数。自相关函数是对窗口内的每一个像素点与偏离值的像素值之间作运算,一组粗纹理区在给定偏离时的自相关性要比细纹理区高,而纹理的粗糙性与自相关函数的扩展成正比,自相关函数的值越大则织物的纹理越大,因而,可以方便地用自相关函数作为度量粗糙度的一种参数。

3.1.2 织物表面成像处理

将织物表面图像处理并转换为相应的灰度值,通过测试灰度和频数指标对织物表面特征加以量化并进行分析。灰度指织物反射光线的能力,0表示黑色,255表示白色。频数,指同一灰度点的频率。该指标说明织物表面的均匀程度,频数越大,则表明同一灰度值的点越多,织物越平整。

另一种方法是获取织物表面图像后,通过立体视觉技术和图像处理得到织物表面轮廓线的3D图像,应用分形几何编码得到的数据,直接表示织物表面的凹凸不平度(以精确分级的十进制数或小数表示)。图像的分形维数由分形几何计算得到(类似于立方计数),然后对分形维数和级数进行线形回归,建立一个方程。这种基于3D图像和分形几何的方法对织物表面平滑度的视觉鉴定更为精确和可靠。

3.2 激光测试法

由于图象法有时受织物光泽与花纹的影响, Ramgulam等人率先提出利用激光来检测织物表面粗糙度。应用激光传感器的三角测量技术,测量它本身到目标物之间的距离,当光被反射到光敏探测器上,探测器发出目标物图象的位置信号。反射光根据自身距离从不同角度入射探测器时,指示反射光位置的信号强度就转换成距离参数。激光传感器上有一个x-y台,织物置于安装在x-y台上的刻度盘中,并固定好。刻度盘与样品的偏转角可根据x或y的运动进行旋转。用激光传感器测量不同位置上的织物高度,根据公式求得各个点上的表面粗糙度,取平均值即为织物粗糙度。

美国得克萨斯州大学的B·Xu等人又在前人的基础上将激光传感器的三角测量技术和图像出路技术相结合,研制成表面光度仪。它可以直接提取出织物的表面轮廓,得到的结果不受织物花纹和色泽的影响。

4 结论

KES-FB根据测得织物厚度随位移的变化曲线,表征织物的表面摩擦性能,它的改进方法不断完善了 KES-FB测试系统;间接测试方法应用了一些新的技术测试表面摩擦性能:可以将计算机图象处理技术应用于织物表面性能的测试,利用激光来检测织物表面粗糙度,为织物表面摩擦性能的测试提供了新的依据。

[1] Binns H.The discrimination of wool fabrics by the sense touch[J].British Journalof Psychology,1926,(16):237—247.

[2] Peirce FT.The handle of cloth as a measurable quantity [J].Journal of the Textile Institute,1930,21(3):377—416.

[3] 吕柏祥,李伟光,艾哈麦德.织物表面摩擦性能测定[J].纺织学报,1996,16(1):37-39.

[4] Kawabata S.The Standardization and Analysis of Hand E-valuation[M].(2nd edition)Japan:The Hand Evaluation Standardization Committee,1980.

[5] Boos A.D.FAST Instruction Manual[M].Australia: CSIRO Division of Wool Technology Geelong Laboratory, 1991.

[6] 潘志娟.纤维材料近代测试技术[M].北京:中国纺织出版社,2005.

[7] Jong-jun Kim et al.Instrumental Methods for Measuring the Surface Frictional Properties of Softener Treated Fabrics[J].Textile Chemists and Colorists,1993,25(8):15—20.

[8] Matsuo T,Okamoto F,Akiyama R,et al.A study of the relationships between the surface p roperties,hand and structure of shingosen fabrics[J].2000,Journal of the Textile Institute,91(1):78—91.

[9] 陈之戈,陈雁,杨旭红.织物表面特征与评价[J].苏州丝绸工学院学报,1999,19(5):7—11.

[10] 王华,颜钢锋,张瑞林.图像处理技术在纺织品检测中的应用[J].浙江工程学院学报,2003,(3):189—192.

[11] Kang TJ,Cho DH,Kim SM.New objective evaluation of fabric smoothness appearance[J].Textile Research Journal,2001,71(5):446—453.

[12] Ramgulam RB,Amirbayat J,Porat I.Measurement of Fabric Roughness by a Non-contact Method[J].Journal of the Textile Institute,1993,84(1):99—106.

[13] Xu B,Cuminato DF,Keyes NM.Evaluating Fabric Smoothness Appear-acne with a Laser Profilometer[J]. Textile Research Journal,1998,68(12):900—906.

Research Methods of Fabric Surface Friction Properties

ZHANG L i-feng,CH EN Gui-cui
(Yancheng Textile Vocational and Technological Institute,Yancheng 224005,China)

The fabric surface friction p roperties w ere reflected from the roughness of fabric.The basic p rincip les and imp rovements of the direct method KES-FB,and indirect test methods of image measurementmethod and laser measurement method were introduced.

fabric;roughness;surface friction p roperty

TS101.92+3.1

A

1009-3028(2010)06-0038-03

2010-10-11

张立峰(1983—),男,黑龙江肇东人,助教。