机织物反复弯曲性能测试及指标分析

程浩南

(1.江西服装学院，江西 南昌 330201； 2.江西省现代服装工程技术研究中心，江西 南昌 330201)

织物的弯曲性能是评价面料风格的一项重要力学性能指标，受到人们的广泛关注[1-3],弯曲性能直接影响着内衣的贴身性、柔软性和悬垂特性，也影响着外衣的挺括性、抗皱性、保形与造型等特征[4-6]。

Peirce提出了悬臂梁模型开启了面料风格和织物弯曲力学性能研究的序幕[7]，此后众多的专家学者对面料风格和弯曲性能展开了研究，形成了多种弯曲理论，并建立了相应的理论模型[8-9]，已经被大家公认的研究方法很多，测试仪器也有多样，可以说织物的弯曲性能测试方面的研究已经较为全面[10-11]。但是现有的测试方法和测试仪器基本上都是建立在织物1次弯曲的基础上，而织物在使用和穿着过程中通常不是弯曲1次，而是不停的反复弯曲或者长期处于弯曲状态中，织物的弯曲性能也并不能仅靠1次弯曲的结果就能反映出来，所以现有的方法和测试仪器不能较为充分的、全面的反映织物的弯曲性能[12]。本文采用马鞍法对机织物进行反复弯曲，得出织物在多次弯曲情况下的弯曲及回复曲线，分析织物多次弯曲与1次弯曲过程中的差别， 为机织物反复弯曲性能的研究提供理论参考。

1 试验部分

1.1 试验原料

选择纯棉、涤纶和羊毛3种类型机织物，每一类取2种试样，共 6种试样，试样规格见表1。

表1 试样规格

试样制作：将织物经过低温熨烫、自然干燥，消除内应力。将试样分经、纬方向分别按照长70 mm，宽30 mm进行裁剪，共12 块试样，并做好标记，然后调湿 24 h，测试环境保持在温度为20±2 ℃，相对湿度为65%±2%。 加夹持装置的马鞍肩宽为20 mm，加载速度为 20 mm/min。

1.2 试验仪器

自制马鞍状织物弯曲测试夹具；Instron 5966 型万能材料试验机(美国英斯特朗公司)，该仪器使用 Bluehill 2 软件，力传感器设置 2.5 N，载荷精度±0.1%，加载速度范围0.05～1 000 mm/min，传感器识别模式可用于载荷传感器和引伸计的自动传感器识别。

将织物试样按照经、纬向顺序进行试验，在试验过程中弯曲次数太少会导致试验结果规律不明显，试验次数太多会导致弯曲过程中数据量过大，数据处理工作量较大，并且增加试验时间。故本文试验的反复弯曲次数设定为10次。

2 试验结果与分析

2.1 试验结果

图1～6为6种织物经、纬向弯曲曲线。

图1 1#试样弯曲曲线

图2 2#试样弯曲曲线

图3 3#试样弯曲曲线

图4 4#试样弯曲曲线

图5 5#试样弯曲曲线

图6 6#试样弯曲曲线

从图1～6可以看出：试样在经过10次反复的弯曲后，载荷—位移曲线都已经趋近于一条曲线，说明经过10次弯曲之后，试样织物出现了弯曲性能的稳定。同时，织物1次弯曲曲线和10次反复弯曲的曲线之间有较大的差距，说明织物的弯曲性能并不是1次弯曲所表现的出来的状态，多次弯曲能更准确地反映织物的弯曲性能。为了准确地分析织物在反复弯曲中的形态，获取更多的试验数据，根据Ghosh的四次多项式织物的弯曲的理论，对织物的1次弯曲和10 次弯曲曲线分经纬向进行四次多项式的拟合，6种试样的经、纬向拟合方程如表2～9所示。

表 2 试样1次经向弯曲过程曲线方程

表3 试样1次经向回复过程曲线方程

表4 试样10次经向弯曲过程曲线方程

表 5 试样10次经向回复过程曲线方程

表6 试样1次纬向弯曲过程曲线方程

表7 试样1次纬向回复过程曲线方程

表8 试样10 次纬向弯曲过程曲线方程

表9 试样 10次纬向回复过程曲线方程

2.2 指标分析

为了更具体的表现织物的反复弯曲性能，本文引进多次弯曲功衰减率、多次回复功衰减率和末次滞后功差异率等概念，定量表征织物10次弯曲与反复弯曲的之间的数量关系。

2.2.1多次弯曲功衰减率

多次弯曲功衰减率K弯曲是试样在 1次弯曲后的弯曲过程中的弯曲力对位移的积分值与n次弯曲后的弯曲过程中的弯曲力对位移的积分值的差值，对试样在 1次弯曲后的弯曲过程中的弯曲力对位移的积分值的百分数，该数值越大说明织物的抗反复弯曲性越差，用数学公式表示为:

(1)

根据表2～9的弯曲曲线方程，计算得出经、纬向多次弯曲功衰减率，如表10所示。

表10 多次弯曲功衰减率

从表10可以看出：1次弯曲的弯曲力与多次弯曲的弯曲力之间具有一定的差距，说明用1次弯曲的方法描述机织物的弯曲性能是不准确的，反复弯曲的方式更能反映机织物在实际应用中的弯曲性能。同时，还可以看出：机织物纬向抗反复弯曲的性能普遍优于经向，涤纶织物和纯棉织物抗反复弯曲性能相对较好，羊毛织物抗反复弯曲性能最差。

2.2.2多次回复功衰减率

多次回复功衰减率K回复是试样在1次弯曲后的回复过程中的弯曲力对位移的积分值与n次弯曲后的回复过程中的弯曲力对位移的积分值差值，对试样在 1次弯曲后的回复过程中的弯曲力对位移的积分值的百分数，该数值越大，间接说明织物的抗反复弯曲性越差，用数学公式表示为：

(2)

表11为织物经向、纬向多次回复功衰减率。

表11 多次回复功衰减率

从表11可以看出：机织物纬向多次回复功衰减率普遍小于经向多次回复功衰减率，且羊毛织物的多次回复功衰减率最大。说明6种试样中，6#试验的抗反复弯曲的性能最差。

2.2.3头末次滞后功差异率

头末弯曲功与回复功差的差值的定义用式(3)表示：

(3)

差值越大说明织物 1次弯曲和反复弯曲的差距越大，从一定程度上也可以说明，织物抗弯曲的实际能力要好于1次弯曲所表现的出的抗弯性能。

(4)

表12 弯曲滞后力积分差值率

从表10～12可以看出：同一种织物的经纬向在反复弯曲过程中变化幅度相差不大，而不同类型的织物变化范围较大，在毛织物、棉织物和涤纶织物3类织物中，涤纶织物和纯棉织物的多次弯曲功衰减率、多次回复功衰减率、头末次滞后功差异率都要小于羊毛织物，验证了多次弯曲功衰减率、多次回复功衰减率、头末次滞后功差异率符合织物实际弯曲性能的特点，可以作为机织物反复弯曲性能测试的指标。

3 结 论

通过自制的马鞍形试样夹对棉、涤纶及羊毛纤维3大类6 种试样进行了反复弯曲性能测试，通过分析得到以下结论：

①机织物的1次弯曲曲线和10次反复弯曲的曲线之间有较大的差距，多次弯曲能更准确的反映织物的弯曲性能。根据Ghosh的四次多项式织物的弯曲的理论，得到6种试样的经、纬向1次和10次弯曲过程的拟合方程。

②针对机织物反复弯曲性能特点，提出了多次弯曲功差异率、多次弯曲回复功差异率和头末次滞后功差异率3项指标。通过对试样进行反复弯曲性能进行测试，验证了3项指标符合织物实际弯曲性能的特点。由于试验所用机织物的种类较少，仍需要选择更多样本进行试验，不断的完善机织物反复弯曲性能的测试。