紗線與織物同機彎曲表征及建模分析.pdf

1、紗線與織物的彎曲性能是紗線與織物風格評價中最為重要和經(jīng)典的特性，因為該性能直接影響內(nèi)衣的貼身性、柔軟性和懸垂特征；外衣的挺括、抗皺、保形與造型等特征；睡袋、帳篷等的折疊加工成形，因此，在紗線與織物的使用與加工過程中，必須選擇合適的彎曲性能，以及與此有關的質量、厚度、摩擦性能和拉伸性能等。而選擇或改善的基本依據(jù)是認識和測量紗線與織物的性能，尤其是定量化的表征。目前國內(nèi)外紗線與織物彎曲測試儀主要采用單測單指標測量，性能單一、技術落后、實用

2、性差；單測多指標測量，多為實驗室技術、且性能亦較為單一、無標準化應用；多測多指標測量，價格昂貴、自動化程度較低。作為單測單指標測量的延伸技術為單測多指標方法，是表征技術的前沿和趨勢。其本質是原位組合測量技術。采用單測多指標原理測量紡織品性能與風格不僅可以實現(xiàn)多功能快速化測量，而且是真正“一樣”的綜合性測量。 本課題完成的就是采用單測多指標原理，研制具有自主知識產(chǎn)權的、集紗線與織物彎曲測量于一體的測量儀器和方法，并通過一次變形實現(xiàn)

3、紗線與織物的組合原位測量。由此，定量地表達紗線和織物的質量、彎曲、摩擦、拉伸和厚度等力學性能及其與彎曲間的相互關系；準確預測紗線與織物的彎曲性能，為綜合地表征紡織品風格特征奠定基礎。該研究不但可以從根本上降低儀器的成本與價格、快速和多方位地獲取紗線與織物力學和風格特征，進行性能分析與風格判定，而且可以實現(xiàn)紡織品的快速標準化檢驗，為紡織品的質量把關、紡織品的開發(fā)和加工以及高生產(chǎn)效率、低成本檢測儀器提供可行、有效的先進技術指導。 本

4、課題基于準三點梁彎曲理論建模實現(xiàn)紗線與織物彎曲性能同機同彎曲原理，進行同試樣測量?；趩螠y多指標測量理念為實現(xiàn)一次組合原位測量獲取質量、彎曲性能、摩擦性能、拉伸性能和厚度等指標，開發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權的紗線與織物性能組合原位測量裝置(即CHES-FY系統(tǒng))。依據(jù)CHES-FY系統(tǒng)測量所得抽拔力-位移曲線，進行特征模式識別可得到典型曲線上對應于質量、彎曲、摩擦、拉伸和厚度等特征的五個階段，通過特征分析可提取紗線與織物的各力學性能對應的指標

5、，即質量階段可獲取紗線線密度和織物的平方米質量；彎曲階段可提取抗彎斜率、彎曲功和最大彎曲力等特征指標，并可獲取彎曲剛度；摩擦階段可獲取摩擦系數(shù)；拉伸階段可提取拉伸斜率、拉伸功、單位拉伸負荷下的伸長率和拉伸曲線線性度等特征指標，并可獲取拉伸彈性常數(shù)；厚度階段可獲取紗線的直徑和織物的厚度。通過本文的研究，得出以下結論： (1)CHES．FY系統(tǒng)抽拔力一位移曲線稱重階段基于平緩區(qū)的質量特征值測得的試樣質量與電子天平測量結果的線性回歸一

6、次系數(shù)和相關系數(shù)分別為1.36和0.95，說明兩者存在差異，且理論值比實測值大，但其高相關性表明用CHES-FY系統(tǒng)測量和表征試樣的質量是有效的。 (2)基于彈性理論和紗線與織物的彎曲行為分析，建立了動點彎曲模型和定點彎曲模型，通過CHES-FY系統(tǒng)實測所得的彎曲階段抽拔力一位移曲線和所建彎曲模型的研究表明，彎曲剛度一曲率呈現(xiàn)非線性關系，以曲率位于1.5～2.5cm<'-1>時試樣的彎曲剛度均值作為被測試樣的彎曲剛度；通過兩種彎

7、曲模型彎曲剛度與其彎曲特征值及與KES-FB2和FAST-2的彎曲剛度測量結果相關性分析表明，用動點彎曲模型表征試樣的彎曲性能比定點彎曲模型更好。 通過CHES-FY實測紗線與織物彎曲剛度，及KES-FB2和FAST-2測量織物的彎曲剛度和基于Abbott面接觸模型、 Abbott點接觸模型、Leaf模型和Wei模型等四個模型探討了紗線與織物彎曲剛度間關系。測量結果表明織物彎曲剛度經(jīng)四個模型轉換得到的紗線理論彎曲剛度與實測結果的

8、相關性較好，能夠量化不同彎曲性能的試樣。其中，Abbott點接觸模型是在面接觸模型的基礎上進行改進，其改進模型得到的理論結果與實測結果的相關系數(shù)均比其他模型的相關系數(shù)高，其理論值與CHES-FY系統(tǒng)實際測量的紗線彎曲剛度結果最接近，且與實測結果的誤差最小(0.16)，與實測結果最接近，故上述四種模型中選用Abbott點接觸模型作為基于織物彎曲剛度和結構預測紗線彎曲剛度是最佳的。 通過CHES-FY系統(tǒng)摩擦階段和拉伸階段獲得的摩擦

9、系數(shù)和拉伸彈性常數(shù)對彎曲階段的動點彎曲模型進行修正，修正后彎曲剛度結果均比修正前的彎曲剛度值有所降低，相對誤差不超過10﹪；修正前、后彎曲剛度相關系數(shù)和線性回歸一次系數(shù)分別為0.997和1.095，表明修正前、后彎曲剛度均可用于量化試樣彎曲剛度和表征試樣的彎曲性能，以及兩者可以相互轉換，即可通過修正前彎曲剛度計算修正后彎曲剛度。 (3)CHES．FY系統(tǒng)基于歐拉方程計算試樣的緊邊張力和松邊張力，獲得試樣的摩擦系數(shù)μ<1>與KES

10、-FB4摩擦儀測量結果μ<,2>相關系數(shù)達0.848，存在較好的相關性；兩者線性回歸一次系數(shù)為1.154略大于1，表明兩者結果差異不大，但μ<,1>比μ<,2>略大，說明兩者測量結果在量化試樣摩擦系數(shù)大小上是一致的，可用于表征試樣的摩擦性能。其相關性分析進一步表明用CHES-FY系統(tǒng)摩擦階段平緩區(qū)測量和表征試樣的摩擦系數(shù)是可行的、有效的。 (4)CHES-FY系統(tǒng)拉伸階段未考慮摩擦力和考慮摩擦力兩者求得的試樣拉伸彈性常數(shù)(E<,

11、1>、E<,2>)的相關系數(shù)高達0.994，說明兩者在表征試樣拉伸性能方面存在一致性，E<,1>和E<,2>分別與KES-FB1測量獲得的拉伸彈性常數(shù)E<,3>的相關系數(shù)為0.857和0.870，表明E<,1>和E<,2>在表征試樣的拉伸性能具有與E<,3>同等的效力；而試樣拉伸彈性常數(shù)E<,1>、E<,2>和E<,3>越大，克服試樣拉伸的拉伸功越小(其相關系數(shù)分別為-0.752、-0.804和-0.817)，并且試樣的伸長率也越小(其

12、相關系數(shù)分別為-0.965、-0.982和-0.870)，以及伸長率越大相應克服試樣伸長需要的拉伸功亦大，相關系數(shù)高達0.881。根據(jù)拉伸各特征參數(shù)相關系數(shù)和試樣拉伸彈性常數(shù)曲線分析可以得出該系統(tǒng)拉伸階段可用于測量和表征試樣的拉伸性能，定量給出試樣的拉伸彈性常數(shù)等特征指標。 (5)CHES-FY系統(tǒng)測量試樣的厚度T<,1>均比FAST-1實測結果T<,2>小，但相對誤差e均不超過16﹪，表明T<,1>與T<,2>結果存在較好的一

13、致性；其次，T<,1>與T<,2>線性回歸一次系數(shù)為1.066略大于1，亦可知CHES-FY系統(tǒng)測量結果小于實測值，另外兩者的相關系數(shù)高達0.97，進一步表明用CHES-FY系統(tǒng)測厚階段厚度測量值表征試樣的厚度是準確的、有效的。對所擬合的直線進行精度校驗，取置信度為0.95，則預測值與實際測量值的的誤差不超過0.022mm。 綜上所述，基于單測多指標測量原理開發(fā)的具有自主知識產(chǎn)權的組合原位測量系統(tǒng)(CHES-FY系統(tǒng))可實現(xiàn)紗線