基于布面毛羽特征参数测试的织物抗起毛性客观评价

张林彦，敖利民，郁崇文

(1.河北科技大学 纺织服装学院，河北 石家庄 050018;2.嘉兴学院 材料与纺织工程学院，浙江 嘉兴 314033;3.东华大学 纺织学院，上海 201620)

纺织品的起毛起球不但影响织物的外观效果，还会影响纺织品的触觉舒适度，在国内外都作为一项重要指标加以评价。国外纺织品起毛起球测试标准有很多，常用的有美国试验与材料协会标准ASTM、日本工业标准、德国标准 DIN、英国标准 BS、国际标准ISO等。我国纺织品测试标准基本参照国外标准制定，测试方法有4种：改型马丁代尔起毛起球法、箱式起毛起球法、随机乱翻式起毛起球仪法和圆轨迹起毛起球仪法［1］。各标准所采用的起毛起球性评价方法均为主观评价方法，即织物经过标准规定摩擦处理后，需要评价人员目测观察起毛起球情况，依据评级语言描述结合对照标准样照(织物或照片)对织物的起毛起球性进行评价。

现有的起毛起球评价标准存在着一定的问题：如标准中试验条件的选择分类不清晰，造成一块面料可能可选择多种试验条件或无条件可选择;同一块面料选择不同的测试条件，其起球测试结果可能相差较大;我国的国家标准与行业标准间还存在同一检测项目的检测方法不统一的问题［2］。此外，评价结果的主观因素，对评价结果的可靠性和可重复性也形成了一定的制约。

纺织品性能主观评价方法的客观化是必然的趋势。目前织物起毛起球性客观评价方法的研究普遍采用的是图像处理技术，即通过织物平面或对折处侧面图像的处理，建立指标体系表征布面毛羽、毛球的分布特征。祝双武［3］等利用织物表面毛球区域与未起球区域灰度强度的不同，实现了毛球部分图像的分割;XU B等［4］以二维布面图像为基础，构建三维布面图像，实现对布面毛球几何尺寸的立体描述;何俊等［5］采用距布面对折处各高度的毛羽根数和毛羽部分侧面积，表征不同洗涤次数下大豆蛋白复合纤维织物的起毛程度;HIS等［6］采用布面毛球的数量、面积、体积、毛球的尺寸分布及取向角度等指标描述布面毛球的特征;XIN等［7］采用毛球数量、毛球平均面积、毛球总面积、明暗对比度和毛球分布密度来刻画布面毛球分布特征，并以这些指标为依据计算织物起球的量化等级;ABRIL等［8］和周圆圆等［9］均采用毛球部分面积占织物图像总面积的比例，客观评价织物的起球等级。图像处理方法对不同织物品种的适应性尚不理想，测试评价对操作人员要求高，评价周期也比较长，对染色织物尤其是印花织物的评价会受到织物颜色和图案的影响，限制了这种技术的推广应用。

本文基于起毛起球处理前后织物单面压缩测试获取的布面毛羽特征指标的变化，探讨客观表征织物起毛起球性的方法。布面毛羽特征可以通过单面压缩测试的方法，以毛羽长度、分界压力、压缩功和压缩比功等指标进行多指标表征［10］。无论织物试样采用哪种测试仪器进行模拟起毛起球处理，其布面毛羽部分各指标特征都会发生一定程度的变化，将起毛起球处理后织物试样的各毛羽特征指标与未经处理的织物原样各毛羽特征指标进行比较分析，以各指标变化率来描述起毛起球处理后织物表面毛羽、毛球特征变化，即可实现织物起毛起球性的客观评价。

从本质上来讲，起毛和起球是织物自身摩擦及与外界接触物体摩擦时具有先后次序关系的2个阶段效应，即摩擦后先起毛，包括布面原有毛羽的抽拉加长与新的纤维端被拉出形成毛羽，布面毛羽在继续摩擦作用下纠结形成毛球。毛球是否易于形成及形成的毛球在摩擦作用下是否易于脱落，则与纤维、纱线、织物、整理加工等诸多结构与工艺因素有关，如果布面毛羽易于纠结成球且毛球形成的速度大于脱落的速度，则其将堆积在织物表面;反之，如果布面毛羽不易纠结成球或毛球脱落的速度大于形成的速度，则不易形成毛球堆积的外观，甚至在起毛起球试验及织物实际服用情形下表现为不起球［1］。亦即，织物在摩擦作用下，都会起毛，但未必都会起球(不起球或毛球易于脱落)。起毛和易于起球都对织物的服用性能产生影响，但影响的类型和程度是存在一定区别的，因此本文倾向于将织物的起毛性能和起球性能的评价分开，分别进行测试与表征，以达到简化、规范化织物起毛起球性评价的目的。本文主要探讨织物起毛性能的客观评价方法。

1 布面毛羽的测试与表征

1.1 织物单面压缩与压缩曲线

织物单面压缩测试装置原理如图1［10］所示。

将具有一定宽度(8 mm)的织物试样2的一端夹持在下夹持器6上，跨过2根支撑杆4(左右各一根)，另一端夹持张力夹3(一般选择100 cN)将试样张紧。下夹持器通过丝杠传动可做升降运动。当下夹持器从初始位置向上运动时，织物试样与圆形测试盘(面积10cm2)接近并接触，直至达到设定上行压缩位移，开始返回直至初始位置。在测试盘与织物试样接触并压缩的过程中，首先接触的是布面毛羽部分，实现毛羽部分的压缩，进而接触织物主体部分。由于织物试样被支撑杆支撑并由张力夹张紧，织物试样受到的是单面压缩作用。测试盘与传感器相连，采集并输出压缩位移力数据对到计算机应用程序进行处理。

图1 织物单面压缩测试原理图Fig.1 Theory diagram of fabric single-side compressing tester

典型的织物单面压缩曲线如图2［10］所示。曲线的形态与织物和测试盘的接触与压缩相对应：从织物表面的长毛羽与测试盘接触且二者之间的作用力大于仪器能感知的最小力值(仪器精度为0.02 cN)开始，即开始织物的有效压缩过程。

图2 典型的织物单面压缩曲线图Fig.2 Typical curve of fabric single-side compressing

曲线可以分为毛羽压缩阶段Ⅰ、织物主体压缩阶段Ⅲ和二者过渡阶段Ⅱ，即布面初始压缩阶段(布面不平整部分压缩阶段)。

1.2 布面毛羽特征的表征

从图2可看出，织物主体压缩部分的直线性是非常明显的。一种直观而可行的确定毛羽压缩部分的方法是将织物主体压缩部分拟合直线(一般取压力大于3 cN部分数据进行拟合)与横坐标之间的交点作为毛羽压缩阶段与其他2个压缩阶段的分界点，如图2所示。分离得到的毛羽部分压缩曲线可以用以下4个指标表征布面毛羽特征［10］。

布面毛羽长度：在数值上等于毛羽部分压缩曲线在横轴上的截距长度，单位为mm。

分界点处压力值：简称分界压力，其大小为织物毛羽压缩阶段结束时对应的压力大小，单位为cN。

毛羽压缩部分压缩功：在数值上等于织物毛羽压缩部分曲线与横轴(压缩位移)之间包围的面积，单位为 cN·mm。

毛羽压缩阶段的压缩比功：在测试盘面积一定的情况下，单位压缩位移(mm)克服所有毛羽的弯曲应力所作的功，即压缩功与压缩位移的比值，单位为 cN·mm/mm。

2 布面毛羽特征随起毛次数变化规律

2.1 试验方法与方案

试验仪器：YG502起毛起球仪，自制织物单面压缩性质测试仪。

试样：纯棉、涤/棉(50/50)、毛/涤(80/20)、纯毛织物。织物样品的编号和规格见表1(表中数据均为实测值)。从每种织物上裁取300 mm×75 mm试样3块，用于单面压缩试验，测试织物原样布面毛羽部分的特征指标。

表1 试样规格Tab.1 Specification of samples

从每种织物上裁取300 mm×115 mm的试样30块，用于起毛试验。将30块试样分为10组，每组3块。按GB/T 4802.1—2008《纺织品 纺织起毛起球性能的测定 第一部分：圆轨迹法》对10组试样依次进行起毛处理，压力统一为590 cN，起毛次数依次为10，20，30，……，100次。将起毛处理之后的试样进行裁剪，在宽度方向上从布样两边分别剪掉20 mm，将经过起毛处理的部分完全保留(起毛部位大约为直径65 mm的圆)。再将裁剪后的试样进行单面压缩测试，获取起毛处理区域部分的毛羽特征参数。测试盘面积为10cm2，压缩速度为20 mm/min，织物张力为100 cN。单面压缩所有数据均为3次测试结果的均值。由于本文旨在探讨方法的可行性，对测试环境的温湿度未作严格限制，测试环境温度为25℃，相对湿度为58%，有小范围波动。

2.2 结果与分析

图3 示出不同起毛次数时织物试样布面毛羽的分布与形态(以纯棉织物为例)。图4示出各试样毛羽长度、分界压力、压缩功和压缩比功随起毛次数的变化情况。

图3 纯棉织物试样布面毛羽的分布形态Fig.3 Hairiness distribution morphology of cotton sample.(a)Original sample;(b)Fuzzing number is 20;(c)Fuzzing number is 50;(d)Fuzzing number is 100

图4 各试样毛羽长度、分界压力、压缩功和压缩比功随起毛次数的变化情况Fig.4 Change of fabric hairiness length(a)，boundaries presure(b)，compressing work(c)and compressing specific work(d)of samples along with change of fuzzing number

从图3、4中可看出，织物试样经过起毛处理后，布面毛羽形态特征及相应各项指标均会发生显著变化：在起毛次数为10、20次时，各指标均有明显的增加，之后再增加起毛次数，各指标变化趋于平稳(少数试样的少数指标出现波动)。

当织物试样受到锦纶刷的摩擦作用后，布面原有毛羽被进一步抽拉出来，一些位于纱线内部的纤维端也被抽拔出来，形成新的毛羽，并随着继续摩擦作用而抽长，即织物受到起毛刷的摩擦作用，毛羽数量增多，毛羽长度增加，致使测得的毛羽长度、分界压力、压缩功和压缩比功等各布面毛羽表征指标均有不同程度的增加。由于不同织物抵抗摩擦起毛作用的差异，使得不同织物毛羽指标的变化幅度和趋势也不尽相同。随着起毛次数的增加，本来存在或新抽拔出来的毛羽不断被拉长，对织物表面形成一定保护作用;同时，易于拉出的纤维端已被拉出，潜在毛羽趋于资源枯竭，已被拉出的毛羽被抽拔到一定程度，也不能再继续抽长，但有的毛羽在抽拔作用下甚至脱落，各指标在一定起毛次数内趋于稳定，有的指标会产生一定的波动。

3 织物起毛性的客观评价方法

3.1 评价方法

从上述分析可看出，与织物原样相比，当织物受到起毛作用后，各布面毛羽指标均会发生不同程度的变化，这种变化在起毛次数较小时比较显著，当起毛次数继续增加，则趋于平稳。这样，织物起毛性，可通过一定次数起毛作用后布面毛羽表征指标的变化情况加以描述和表征，实现织物起毛性能的客观评价。本文试验涉及的4种织物试样，具有不同的起毛性，其在一定起毛次数后各指标的变化也不相同，证明了这种评价方法的可行性。

具体方法如下：对于选定试样，首先用织物单面压缩测试装置测试其初始布面毛羽特征指标(可采取多试样测试求均值的方法保证结果的可靠性。本文采用3次测试求平均，实际操作时可增加样本数量。)，然后取样进行一定次数的起毛处理，并用织物单面压缩测试装置对起毛处理后的试样进行布面毛羽特征指标测试，用起毛前后布面毛羽指标的变化率表征织物的起毛性。

依据前述试验结果，可确定起毛次数为20次，因为起毛20次后各指标变化均趋于稳定。考虑到如果起毛次数较多，有些织物品种可能会出现毛羽脱落现象，故起毛次数不宜太大。

3.2 表征织物起毛性能的指标

如前所述，表征织物起毛性的指标可采用布面毛羽各指标的变化率来建立，包括：毛羽长度变化率、分界压力变化率、压缩功变化率、压缩比功变化率。

毛羽长度变化率 =((起毛处理后毛羽长度 -原样毛羽长度)/原样毛羽长度)×100%

毛羽长度是指布面毛羽的长度(高度)，毛羽长度变化率能准确反映起毛处理前后毛羽长度的变化，毛羽长度变化率越大，表明织物受到相同次数的起毛处理后毛羽抽长的长度越大，织物易于起毛。

分界压力是指织物受到单面压缩时，当毛羽部分压缩结束，布面毛羽集体作用到测试盘上的压力。分界压力与布面毛羽数量和毛羽本身抗压缩(轴向压缩与弯曲)的能力相关，即与毛羽数量和纤维种类有关。分界压力越大说明毛羽数量越多，或毛羽的抗弯刚度越大，或二者兼有。分界压力变化率大，表明织物经过起毛处理后毛羽数量越多。这里，变化率可以在一定程度上滤除纤维性质的影响。

压缩功变化率 =((起毛处理后压缩功 -原样压缩功)/原样压缩功)×100%

压缩功是指在布面毛羽被压缩阶段，测试盘压缩毛羽集合体压力所做的功。与分界压力相同，压缩功与布面毛羽数量和毛羽本身抗压缩(轴向压缩与弯曲)的能力有关，即与毛羽数量和纤维种类有关。压缩功越大表示毛羽数量越多，或毛羽抵抗压缩的能力越大，或二者兼有。压缩功变化率同样可以在一定程度上滤除纤维性质的影响，压缩功变化率大，说明织物经起毛处理后毛羽数量越多。

压缩比功表征的是在布面毛羽实现单位位移压缩时，测试盘所需要做的功。压缩比功越大，毛羽部分越难于压缩，同样表明，或者毛羽数量多，或者毛羽抵抗压缩的能力强，或者二者兼有。压缩比功变化率越大，表明毛羽增加显著，织物易于起毛。

实际上，织物经起毛处理后，毛羽变长、变多，毛羽的形态因起毛刷的作用而呈现一定方向性倒伏，这一因素实际上对布面毛羽的各个指标是有一定影响的，但这种影响可以认为对不同的织物试样是一致的。

4 应用实例与分析

4.1 应用实例

利用上述方法对试验中涉及的4种织物进行评价，各指标计算结果如表2所示。

表2 各织物试样布面毛羽指标变化率计算结果(起毛20次)Tab.2 Calculation results of change rates of fabric hairiness indicators(fuzzing number is 20)

4.2 结果分析

从表2中可看出，如果按照各指标变化率的绝对值判断织物起毛性，各指标间存在矛盾之处，如纯棉织物和涤/棉织物，4个指标变化率的秩和相等，纯毛织物和毛/涤织物亦然。即从试验结果容易判断出，纯毛织物和毛/涤织物相比纯棉和涤/棉织物易于起毛，但不能分辨纯棉织物和涤/棉织物那个更易于起毛，纯毛织物和毛/涤织物亦然。造成这种现象的原因有2个：其一是织物原样初始毛羽状态的差异造成的变化率计算结果的差异;其二是布面毛羽在起毛处理时被显著拉长，对与纤维性质有关的指标的影响会发生与原样不一样的变化，比如对压缩功而言，当纤维比较短时，纤维数量和纤维弯曲刚度的影响同样显著，但毛羽足够长时，毛羽数量的因素对压缩比功的影响增强，而纤维弯曲刚度的影响会显著减弱，毕竟长毛羽更容易弯曲。

遇到这种情况，解决的方法也很简单，就是以毛羽长度变化率作为第一判断依据，因为毛羽长度变化率仅与毛羽长度本身相关，而与纤维种类与性质无关，是最直观的指标。以此为判据，可得出结论，4种织物抗起毛性的优劣排序依次是：涤/棉织物＞棉织物＞纯毛织物＞毛/涤织物。

如果出现2种织物毛羽长度变化率相当的情况，可参照起毛处理后织物的毛羽长度绝对值辅助判断，即毛羽长度越长，越容易起毛，抗起毛性越差。在本例中，经20次起毛后，布面毛羽的绝对长度秩位与毛羽长度变化率是一致的。

5 结论

本文利用织物单面压缩测试装置测试了布面毛羽各特征指标随起毛次数的变化规律，提出了客观评价织物(抗)起毛性的方法。

1)布面毛羽各特征指标均随着起毛次数的增加而增大，但在起毛次数较少时，随起毛次数增加显著，随着起毛次数的继续增加(超过20次)，各指标趋于稳定，即变化不显著。

2)织物起毛性可采用一定起毛次数后测得的布面毛羽各指标相对于织物原样布面毛羽各指标的变化率进行评价，这些指标包括毛羽长度变化率、分界压力变化率、压缩功变化率和压缩比功变化率;起毛次数可确定为20次。

3)在4个指标中，以毛羽长度变化率为第一判据，其他指标可作为辅助指标做相关深入分析。同时，起毛处理后，毛羽长度的绝对值可以作为毛羽长度变化率相仿时的参考指标。

本文研究尝试寻求一种简单、通用性强的评价方法，实现织物起毛、起球(正在研究)的客观评价，替代当前的多标准主观评价方法。本文方法在一定的试样种类中已证明其实用性，但对其更广泛的适用性还有待进一步研究证实。

［1］金敏.现代分析测试技术在印染行业的应用：十六：织物起毛起球的成因、测试方法及改善途径［J］.印染，2007，33(18)：38-41.JIN Min.The application of modern analytical techniques in the printing and dyeing industry：16：the reason of fabric fuzzing and pilling，measurment and method to improvement［J］.Dyeing ＆ Finishing，2007，33(18)：38-41.

［2］沈燕.纺织品起毛起球不同试验方法的比较及评价［R/OL］.中华纺织网［2010-02-08］.http：//www.texindex.com.cn/Articles/2010-2-8/198268_1.html.SHEN Yan.Comparison and evaluation of test methods of textiles fuzzing and pilling［R/OL］.China Textile Index［2010-02-08］.http：//www.texindex.com.cn/Articles/2010-2-8/198268_1.html.

［3］祝双武，郝重阳.基于 PCNN的织物起球图像的分割［J］.中国图像图形学报，2007，12(7)：1230-1233.ZHU Shuangwu，HAO Chongyang.Fabric pilling image segmentation based on PCNN［J］.Journal of Image and Graphics，2007，12(7)：1230-1233.

［4］XU B.Instrumental evaluation of fabric pilling［J］.Journal of the Textile Institute，1997，88：488-500.

［5］何俊，张立禄，俞建勇.利用图像处理技术对大豆纤维织物起毛特性的评价［J］.纺织学报，2004，25(3)：78-79.HE Jun， ZHANG Lilu， YU Jianyong.Evaluation of fuzzing chracteristic of fabric of soybean fiber fabric usingimage processingtechnology［J］.Journalof Textile Research，2004，25(3)：78-79.

［6］HIS H C，BRESS R R，ANNIS P A.Characterizing fabric pilling using image-analysis techniques：part I：pill detection and description［J］.Journal of the Textile Institute，1998，89(1)：80-95.

［7］XIN B J，HU J L，YAN H J.Objective evaluation of fabric pilling using image analysis techniques［J］.Textile Research Journal，2002，72：1057-1064.

［8］ABRIL H C，MILLAN M S，TORRES Y.Automatic method based on image analysis for pilling in fabric［J］.Optical Engineer，1998，37(6)：1477-1488.

［9］周圆圆，潘如如，高卫东，等.基于标准样照与图像分析的织物起毛起球评等方法［J］.纺织学报，2010，31(10)：29-33.ZHOU Yuanyuan，PAN Ruru，GAO Weidong，et al.Evaluation of fabric pilling based on standard images and image analysis［J］.Journal of Textile Research，2010，31(10)：29-33.

［10］敖利民，郁崇文.织物单面压缩性质测试仪原理与表征织物单面压缩性质指标体系的建立［J］.东华大学学报：自然科学版，2007，33(5)：622-628.AO Limin，YU Chongwen.The principle of the fabric sigle-side compressing tester and establishment of the index system characterizing the characteristics of fabric single-side compressing［J］.Journal ofDonghua University：Natural Science Edition，2007，33(5)：622-628.