纯棉机织物折皱动态回复性能的研究

何瑞娴 纪 峰 闵 洁 张建祥

（1.东华大学，上海，201620；2.鲁泰纺织股份有限公司，山东淄博，255100）

纯棉织物吸湿性好且柔软舒适，是服装设计的优选面料，但在洗涤、折叠等过程中易产生折皱，影响外观效果和服用舒适体验，因此改善纯棉织物的折皱回复性具有重要意义。通常采用回复角法、平整度法、服装褶曲外观法等评定织物的折皱回复性，图像处理技术、激光扫描技术也被用于获取重要的指标数据［1‐5］。实际经常发现折皱回复角相同或相近的面料，在折皱回复过程中展现出不同的动态回复风格。因此，单一用折皱回复角不能确切表征面料的折皱动态回复性能，需要综合指标系统地对织物的折皱动态回复性进行客观表征。

王蕾利用动态视觉系统测得了折皱回复角随时间变化的曲线，计算初始回复速率、急弹时间、缓弹时间、急弹回复角、缓弹回复角和回复率等指标，以此评价棉织物的折皱动态回弹性，为全面客观地评价织物折皱动态回复风格提供了有价值的参考［6］。杨书会等利用回归模型研究了织物经纬纱线密度、经纬纱捻度、经密和纬密对回复角的影响，发现经纬纱线密度和捻度对棉织物折皱回复性影响较大［7］。侯文双等采用方差分析法发现，织物总紧度和整理液浓度的协同作用对棉织物折皱回复性有显著影响［8］。

本研究在王蕾研究的基础上提出了瞬时回复、延迟回复的概念，采用瞬时回复角、瞬时回复时间、延迟回复角、延迟回复时间、总回复时间及瞬时回复率等作为表征织物折皱动态回复性的指标体系。通过自行设计、织制棉织物试样，研究分析织物规格对折皱动态回复指标的影响，为纺织面料和服装设计提供参考。

1 折皱动态回复角测试

1.1 测试装置

织物折皱回复角动态测试装置分试样施压系统、视频采集系统、图像处理系统3 部分。其中，试样施压系统由砝码、压片、试样、垫块等构成。

1.2 试样施压

试样裁剪为“凸”字形，固定翼尺寸40 mm×20 mm，回复翼尺寸15 mm×20 mm，置于恒温恒湿室［温度（20±2）℃，相对湿度（65±2）%］平衡24 h 以上。将平衡后的试样由压片固定在垫块上，沿试样回复翼、固定翼的交接处对折，在压片上方放置10 N 的砝码施压5 min。

1.3 视频采集

试样承压5 min 后，除去砝码和压片，迅速翻转垫块，令压痕与水平面垂直，相机开始记录试样回复角的变化过程，记录总时间5 min。采用Adobe Premiere 软件读取视频并截取图像。

1.4 图像处理

1.4.1 灰度化和二值化处理

对图像进行灰度处理和二值化处理，得到边界清晰的回复翼系列规整图像。处理后的图像如图1 所示。

图1 处理后的回复翼图像

1.4.2 回复角数据读取

对于二值化后的规整图像，采用Screen Pro‐tractor软件读取回复角数据，其方法如图2 所示。

图2 折皱回复角数据读取

实际操作中试样展开一定角度时，试样回复翼两条侧边很容易发生扭转变形，造成读数误差，如图3 所示。以平行于固定翼表面的图像根部为基准读取织物折皱回复角数据，有利于消除读数误差，提高回复角测量的准确性。

图3 织物扭转变形现象及读取回复角方式

1.5 折皱动态回复指标提取

根据以上测试方法可以得到回复角随时间的变化曲线，如图4 所示。

图4 折皱回复角变化曲线及其曲率、斜率

本研究将折皱回复角的增长过程分为两个阶段：瞬时回复阶段和延迟回复阶段。瞬时回复阶段代表当外部压力去除后，试样回复翼快速回弹的阶段；试样回复翼经快速回弹后，折皱回复角增速减缓直至接近零，该阶段为延迟回复阶段。图4 中，以T1时刻为分界点，折皱回复角变化曲线上T1左侧区间代表瞬时回复区，T1右侧代表延迟回复区。

1.5.1 瞬时回复指标

折皱回复角变化曲线的曲率如图4 所示。曲率越大，表示曲线的弯曲程度越大，用曲线曲率最大值对应的点来表示回复角变化曲线由急变缓的转折点。转折点前，回复角增长较快，经过转折点后回复角增长放缓。本研究将该转折点定义为瞬时回复点。瞬时回复点对应的时间定义为瞬时回复时间，代表回复角迅速增长的时间，用T1表示，单位为s；对应的回复角定义为瞬时回复角，用β1表示，单位为°。

1.5.2 延迟回复指标

回复角随时间变化曲线在各点上斜率的变化如图4 所示。斜率趋近于0 时，回复角基本不再增长，因此将曲线上斜率接近0 的点定义为总回复点，对应的时间为总回复时间，用T表示，单位为s。

总回复点对应的回复角定义为总回复角，用β表示，单位为°。总回复时间与瞬时回复时间的差值（T-T1）定义为延迟回复时间，代表回复角增长速度减缓的时间，用T2表示，单位为s。总回复角与瞬时回复角的差值（β-β1）定义为延迟回复角，即β2，单位为°。

1.5.3 瞬时回复率

织物瞬时回复率定义为织物瞬时回复角与总回复角的比值，表示试样在瞬时回复时间点上的回复角占总回复角的百分比。

2 纯棉平纹机织物折皱动态回复性分析

2.1 试样准备

设计和织制了4 种平纹试样，规格如表1 所示。其中，试样经纱和纬纱均为C 29.2 tex 纱。

表1 平纹试样规格

2.2 折皱动态回复指标测试

以A3 纬向和A4 纬向为例，根据1.5 中方法测量折皱回复角随时间的变化曲线，如图5 所示。

图5 回复角拟合曲线及其曲率

由图5 可以看出，两种试样折皱回复角曲线的形态、曲率变化曲线的形态都明显不同，说明两种织物试样的折皱动态回复风格有明显差异。为进一步量化表征折皱动态回复风格，从曲线中提取动态指标，计算过程如下。

2.2.1 平纹试样瞬时回复指标

对A3、A4 回复角变化数据进行拟合，再求拟合曲线的曲率。A3、A4 回复角变化拟合曲线表达式如式（1）和式（2）所示。拟合曲线曲率公式如式（3）所示。

式中：y为回复角拟合曲线函数，K为拟合曲线的曲率，y'为函数y的一阶导数。y''为函数y的二阶导数，t为时间，单位s。

根据式（1）、式（2）、式（3）得出A3 在纬向的瞬时回复时间T1=5 s，瞬时回复角β1=98.3°，A4在纬向的瞬时回复时间T1=7 s，瞬时回复角β1=67.7°。A3 和A4 瞬时回复时间均远小于GB/T 3819—1997《纺织品 织物折痕回复性的测定 回复角法》规定的急弹回复角（15 s），可以看到，对不同类型面料的瞬时回复角和瞬时回复时间也不相同。因此，为使测量指标数据更恰当体现具体面料的折皱动态回复风格，应通过预试验确定待测试样的瞬时回复时间。

2.2.2 平纹试样延迟回复指标

根据式（1）和式（2）计算曲线斜率，得到A3、A4 的回复角曲线斜率变化曲线如图6 所示。

图6 回复角拟合曲线及曲线的斜率

计算可得A3 总回复时间T=147 s，总回复角β=108.5°，延迟回复时间T2=142 s，延迟回复角β2=10.2°；A4 总回复时间T=145 s，总 回复角β=78.2°，延迟回复时间T2=138 s，延迟回复角β2=10.5°。在实际操作中，可先通过预试验确定总回复时间，若总回复时间小于5 min，则可节省回复角测试时间。

2.2.3 平纹试样瞬时回复率

计算可知A3 和A4 在纬向的瞬时回复率都在85%以上，基本上可说明纯棉平纹机织物的瞬时回复角占总回复角的主体部分，其折皱回复以瞬时回复为主。

2.2.4 测试数据

试样的瞬时回复角、延迟回复角取经向和纬向回复角之和，瞬时回复时间、延迟回复时间取经向和纬向相应回复时间的平均值。平纹试样折皱动态回复指标测试结果如表2 所示。

表2 平纹试样折皱动态回复指标

2.3 织物密度对折皱动态回复指标的影响分析

经密相同的A1、A2 试样瞬时回复时间相近，A3、A4 试样瞬时回复时间接近。在纬密相同的情况下，经密较大的试样A3 较A1 的瞬时回复时间提前，试样A4 的瞬时回复时间小于试样A2。初步说明经密对纯棉平纹织物的瞬时回复时间有明显影响，增大经密对完成瞬时回复有积极推动作用。在经密相同的情况下，纬密较大试样A2的瞬时回复角较试样A1 的偏小，纬密较大试样A4 的瞬时回复角比试样A3 的小。初步显示，提高纬密可一定程度上减小纯棉平纹织物的瞬时回复角。经密增大，织物经向单位长度内纱线根数增加，纬向上单位长度内的组织点增多，经纱间的摩擦加剧，存储于织物内部的弹性势能增加，当压折外力去除后，弹性势能迅速释放，使试样达到瞬时回复点的时间变短，瞬时回复角增大。纬密增大令经纬纱之间的活动空间减少，外力去除后，经纬纱间不易发生相对滑移，阻碍系统回归原始状态的力变大，瞬时回复角相应减小。 试样A1～A4 的瞬时回复率基本相同，表明纯棉平纹机织物的瞬时回复率受经密和纬密的影响较小。

3 纯棉斜纹机织物折皱动态回复性分析

设计和织制了4 种二上一下斜纹试样，规格如表3 所示。 其中，试样经纱和纬纱均为C 29.2 tex 纱。根据1.5 中的测试方法，测量得到纯棉机织斜纹试样的动态回复指标数据，如表4所示。

表3 斜纹试样规格

4 种斜纹试样采用与平纹完全一样的纱线以及逐一对应的经密和纬密，比较表2 和表4 中的数据发现，与平纹试样相比，斜纹试样的瞬时回复率偏小，并且瞬时回复时间和瞬时回复角都较小，延迟回复时间也较小，但延迟回复角相对较大。

表4 斜纹试样折皱动态回复指标

表4 显示，对于4 种斜纹机织试样，经密和纬密对试样的瞬时回复角的影响规律不明显，但通过比较试样B1 和B4 发现，当经密和纬密同时增加时，斜纹试样的瞬时回复时间和瞬时回复角都下降。

经密和纬密对4 种斜纹试样延迟回复指标的影响规律不一致。但由表4 可以看出，经密、纬密的同时增加，可缩短斜纹试样的延迟回复时间，并使延迟回复角降低。

斜纹试样的经纬纱交织点密度较平纹的小，增加经密和纬密，即增加单位面积上的交织点数，有利于积累弹性势能，实现更加快速的瞬时回复。

4 结论

（1）利用图像处理技术可以得到纯棉机织物回复角随时间的变化曲线。根据回复角曲线斜率变化最大位置和斜率趋近于0 的位置分别定义了折皱动态瞬时回复指标和延迟回复指标以及瞬时回复率，从而方便对面料的折皱动态回复风格进行表征。

（2）采用相同纱线设计织造了平纹、斜纹两组纯棉织物试样，并进行折皱动态回复性测试。数据表明，平纹试样比斜纹试样的瞬时回复时间和延迟回复时间长，瞬时回复角大，且平纹试样的瞬时回复率较大。

（3）对于平纹纯棉织物，增加经密有利于缩短瞬时回复时间，而增加纬密可令瞬时回复角减小；对斜纹试样来说，同时增加经密和纬密可使延迟回复时间缩短，并降低延迟回复角。

（4）纯棉平纹和斜纹机织物的瞬时回复率受经密和纬密的影响较小，但平纹织物的瞬时回复率较斜纹织物的大，表明纯棉平纹机织物的瞬时回弹风格更显著。