于晓坤，肖 平，张 音

(1.东华大学服装·艺术设计学院，上海 200051;2.东华大学现代服装设计与技术教育部重点实验室，上海 200051)

文胸在女性日常穿着的过程中，肩带弹性变差甚至劳损严重的现象时常发生，即肩带出现“疲劳”。这些“疲劳”的集中体现导致肩带松弛滑落，给穿着者造成了生理上的不适、心理上的尴尬以及视觉上的不雅。肩带虽被视为文胸的附件，但肩带对乳房的提拉塑型效果发挥了主导作用［1］。鉴于肩带经常滑落的现象，甘应进等［2］探索了肩带滑落的原因，从结构、款式、面料及肩带与肩型搭配等方面提出了应对方法，并以结构改进为研究重点，综合运用物理的力学分析和数学的解析几何分析方法，得到平行式和交叉式肩带与文胸后比的连接角度，为肩带与文胸连接位置的设计提供了一定的参考。

国内外一些著名的文胸品牌公司也针对肩带滑落的问题开展了相关研究，从不同角度提出了防止肩带滑落的改进方法。主要措施为改变肩带与后背拉伸片的连接角度［3-4］，肩带扣加固［5-7］，增加辅助连接条［8-9］，增加肩带与人体接触的摩擦力［10-11］等。然而相关研究成果在实践中并未得到广泛应用。在关于文胸穿着舒适性调查研究中仍有较多的消费者指出经常会遭遇肩带滑落的困扰［12-13］。

本文以文胸肩带为研究对象，基于织物的主要力学性能指标，进行拉伸断裂试验、定伸长反复拉伸试验，获得肩带的各拉伸性能指标并进行讨论和分析。

1 肩带的基本力学性能和拉伸弹性

基于织物拉伸断裂时所应用的主要力学性能指标［14］，本文结合文胸肩带拉伸曲线的特征，拟测量肩带拉伸断裂性能的基本指标以及有效弹性终点指标。其中，断裂强力(N)、断裂伸长(mm)和断裂功(J)指标可以通过与拉伸试验仪相连的计算机直接输出获得。鉴于文胸肩带自身的造型特征，本文选择N/cm作为肩带断裂强度指标的单位。根据肩带的拉伸曲线可判定肩带的有效弹性终点，观察该点的负荷与伸长关系。

文胸肩带在使用过程中可认为其处于定伸长拉伸状态，因此本文在试验设计时选择采用定伸长拉伸。鉴于肩带疲劳现象的产生，不仅需要机械外力的作用，更与长时间或是多次加负荷、去负荷的反复循环作用密切相关，因此定伸长拉伸时选择多次反复循环拉伸。选取弹性回复率ε(%)和塑性变形率G(%)来表征文胸肩带的拉伸回弹性能。

2 试验

试验采集了7款文胸肩带作为试样。7种试样的带身材料均为目前市场上较为主流的锦纶/乳胶丝，即经纱选用弹力锦纶丝，配用乳胶丝，包覆成包芯纱;纬纱选用锦纶丝［15］。为了减小系统测量误差，根据需要的试验项目，每项试验均取各肩带试样4根进行测试。

2.1 试样规格测定

根据GB/T 4666—2009《纺织品 织物长度和幅宽的测定》，肩带试样的宽度测量采用1 mm分度的钢卷尺，计算测量均值，精确到±1 mm。

参考肩带生产企业用伸度表征肩带的拉伸弹性。测定伸度时取肩带中间10cm长的一段作为基准值，用手指捏住其两端并拉伸至最大伸长，最大伸长时的长度与基准值的比值即为伸度，精确到0.1。根据企业关于伸度的测量方法测定肩带试样的伸度。

2.2 试样的拉伸断裂试验

肩带试样的拉伸断裂试验按照GB/T 3923.1—1997《纺织品 织物拉伸性能 第1部分：断裂强力和断裂伸长率的测定条样法》执行。采用美国英斯特朗公司生产的INSTRON 3365万能材料试验机进行测试。用预加张力夹持试样，预加张力为0.1 N。夹持长度为(100±1)mm，夹持器移动的恒定速度为100 mm/min，精确度为±2%。

鉴于文胸肩带宽度造型的特殊性，其带身均较窄，不能达到标准中对于试样宽度的最小要求，并且7种肩带试样的宽度不尽相同，本文试验不对肩带试样的宽度进行处理，在进行试验时，所拉伸的试样宽度就是肩带试样的实际宽度。而宽度对拉伸性能指标的影响将在数据分析时给予排除。

拉伸时，在铗钳中心位置夹持肩带试样，以保证拉力中心线通过铗钳的中点。开启试验机，拉伸肩带试样至断脱，输出拉伸曲线，并记录断裂强力、断裂伸长以及断裂功。

2.3 定伸长反复拉伸试验

定伸长反复拉伸性能测试参照FZ/T 60021—2010《织带产品物理机械性能试验方法》。采用INSTRON 3365万能材料试验机，预加张力夹持试样，张力为0.1 N，夹持长度为(200±1)mm。试验将夹持器的移动速度设定为：在试样获得预加张力0.1 N前，夹持器移动速度恒定为20 mm/min;此后，夹持器移动速度恒定为100 mm/min，精确度为±2%。

基于着装者在实际穿着过程中对文胸肩带松紧度的不同习惯和要求，试验将定伸长率设定为10% 、20% 、30% 。

试验时，试样长度方向的两端平整地紧固在铗钳中间位置，保证拉力中心线通过铗钳中心。启动仪器，施加0.1 N的预加张力。待试样拉伸至预定伸长率时，停置30 s，之后以原速回到起点，停置1 min，再次加以0.1 N的预加张力。按以上步骤反复拉伸5次并记录相关测试数据。

3 测试结果与分析

3.1 试样拉伸性能指标测定与计算

拉伸断裂试验可直接测量记录的数据有断裂强力、断裂伸长以及断裂功，其他相关性能指标根据公式计算获得。相关测量值和计算结果均值可参见表1。

表1 肩带试样规格、拉伸性能指标测定与计算均值汇总表Tab.1 Specifications and tensile properties of bra strap samples

为了保证肩带的完整性，在测试过程中未对其宽度的一致性进行标准化处理，因此由肩带的宽度引起的断裂强力和断裂伸长指标的数值差异导致无法简单地判定哪种肩带的断裂强力高或低，或是断裂伸长大与小。断裂强度是去除肩带宽度后的强力指标，因此断裂强度较能体现各肩带强伸性能。断裂功是强力和伸长的综合指标，可有效评定材料的坚牢度或耐久性能。企业应用伸度指标粗略地表示肩带的拉伸弹性，对照伸度和断裂伸长指标，伸度相同的肩带试样其断裂伸长也较为接近，且伸度和断裂伸长的总体变化趋势也相同。

3.2 肩带有效弹性终点的确定

图1 示出文胸肩带的拉伸曲线。从图可看出，在开始拉伸的一段时间内，拉伸力很小，初始模量很低，因为该过程中产生的变形主要是构成肩带的弹性材料自身的伸长变形，是可恢复的弹性变形。拐点A后拉伸曲线开始上扬，此时的弹性材料已经到达其最大伸长状态，构成肩带的纤维、纱线产生了不可恢复的塑性变形和滑移。可认为拐点A是文胸肩带的有效弹性终点，该点对肩带拉伸回弹性能意义重大。

图1 文胸肩带试样的拉伸曲线Fig.1 Stretch curve of sample strap

关于有效弹性终点的确定方法未见统一的标准。通过查阅相关的文献资料，将该点的确定方法总结为以下2种：一种是以拉伸曲线上dq/ds=1的点［16］来确定，其示意图如图2所示。该方法认为弹力织物的拉伸曲线上总存在斜率等于1的特殊点A，即该点处dq/ds=1。这种确定方法缺乏可以参照的实践标准和理论依据。另一种是从负荷伸长曲线上找出负荷明显增大的拐点，并沿初始与断裂前的线性段作切线延伸，其交点可认为是对应的最大弹性伸长点，即有效弹性终点［17］，其示意图如图3所示。虽然该作图过程与考泊兰(Coplan)法确定纤维屈服点的作图过程［14］类似，但由于上述理论预测是在假设松弛状态下纬纱无收缩，且为直线状的条件下计算的，而实际上纬纱在松弛状态下略显弯曲，使得经纱收缩更加充分，从而实测值应略大于理论预测值。

图2 弹力织物有效弹性终点的确定方法1Fig.2 Method one for determining effective elastic point of stretch-fabric

图3 弹力织物有效弹性终点的确定方法2Fig.3 Method two for determining effective elastic point of stretch-fabric

结合文胸肩带拉伸曲线的自身特征和曼列狄斯(Meredith)法确定纤维屈服点的作图过程［14］(如图4所示)，本文对肩带试样的有效弹性终点的确定方法设计如下：在拉伸曲线上做出坐标原点和断裂点连线的平行线，并与拉伸曲线的转折区域相切，切点A即为所需确定的有效弹性终点。图5示出该确定方法的作图过程。

图4 曼列狄斯(Meredith)法确定纤维屈服点Fig.4 Meredith method for determining yield point of fiber

图5 本文肩带有效弹性终点的确定方法Fig.5 Method for determining effective elastic point of strap in this paper

基于以上关于有效弹性终点确定方法的讨论分析，在拉伸断裂试验所得文胸肩带拉伸曲线图上，先借助CorelDRAW软件获取各试样拉伸曲线上的有效弹性终点，再借助GetData Graph Digitizer软件获取有效弹性终点的横、纵坐标值，即有效弹性终点处的负荷和伸长，相关数据如表2所示。

对照各肩带试样在有效弹性终点处的拐点负荷和伸长，1、3、5号肩带的拐点负荷和伸长值分别较为接近，在试样中属于强度居中拉伸弹性较好的肩带。2号肩带的拐点负荷值最小，但其拐点伸长较大，说明2号肩带的弹性非常好，易产生拉伸形变，但抵抗形变的能力不佳，在使用过程中容易累积塑性变形。4号肩带的拐点负荷和伸长都处于较低水平，相比而言其强度较差、弹性较好，但因其断裂功指标非常低，其坚牢度和耐用性较差。6号肩带的拐点负荷和伸长指标都较大，说明其强度和弹性均较好，且对照其断裂功指标可知，其坚牢度和耐用性在试样中为最优。7号肩带的拐点负荷最大，拐点伸长最小，说明其弹性较差，但抵抗拉伸形变的能力好，不易产生塑性变形，结合其断裂功指标可知，其总体的坚牢度和耐用性亦较好。

表2 肩带试样有效弹性终点指标Tab.2 Related indicators of yield point of strap samples

3.3 肩带拉伸弹性测量结果与分析

通过肩带试样定伸长反复拉伸试验，记录试验过程中的相关数据，并计算求得肩带试样在定伸长拉伸1次和反复拉伸5次后的弹性回复率和塑性变形率。

3.3.1 弹性回复率及塑性变形率配对样本检验

比较肩带单次拉伸和反复5次拉伸后的弹性回复率和塑性变形率数据，发现在数值上存在较小的差异，应用配对样本均值检验探讨差异是否显著。配对检验结果如表3所示。可见，两配对样本的p值接近为0，均小于显著性水平0.05，因此认为1次拉伸和5次反复拉伸后弹性回复率、塑性变形率存在显著差异。说明肩带在长时间使用过程中，其弹性回复率将产生显著衰变，塑性变形率将产生显著积累。

表3 弹性回复率、塑性变形率配对样本检验Tab.3 Paired sample test for elastic recovery and plastic strain

3.3.2 疲劳伸长对疲劳表征的方差分析

定伸长反复拉伸试验中设定的不同定伸长率模拟着装者在实际穿着过程中对肩带松紧度的不同要求和穿着习惯，肩带穿着时的伸长状态对其疲劳性能是否有影响，影响作用如何尚不明晰。设疲劳伸长率为固定因子，定伸长反复5次拉伸的弹性回复率ε5、塑性变形率G5为因变量，应用SPSS软件进行单因素方差分析，分析结果见表4。

表4 疲劳伸长对肩带弹性回复率及塑性变形率方差分析表Tab.4 Analysis of variance for elastic recovery and plastic strain of strap samples

由表4中的p值均接近0可知在显著性水平α=0.05时，不同疲劳伸长率对肩带试样的弹性回复率ε5、塑性变形率G5影响显著。再观察表4中各疲劳表征变量的拟合系数R2可知，虽然疲劳伸长率对肩带试样的弹性回复率ε5、塑性变形率G5都产生了显著影响，但并不是构成各疲劳表征指标差异的主要影响因素。该方差分析模型的检验效果并不理想。观察肩带试样的各疲劳表征指标，经检验其定伸长反复5次拉伸弹性回复率ε5与其初始弹性回复率ε1，以及定伸长反复5次塑性变形率G5与其初始塑性变形率G1存在显著的线性相关关系，因此考虑将肩带试样的初始弹性回复率ε1、塑性变形率G1作为协变量引入到方差分析中，以排除协变量对因变量的影响，从而更加客观地分析疲劳伸长率的影响作用。引入协变量后，疲劳伸长对弹性回复率ε5、塑性变形率G5的协方差分析结果如表5所示。

表5 疲劳伸长对肩带弹性回复率、塑性变形率的协方差分析Tab.5 Analysis of covariance for elastic recovery and plastic strain of strap samples

由表5可见肩带初始弹性回复率ε1、塑性变形率G1分别对反复拉伸5次后的弹性回复率ε5、塑性变形率G5有较为显著的贡献;同时，在排除协变量的影响后，疲劳伸长率对肩带弹性回复率ε5、塑性变形率G5的变化没有显著影响。从模型的拟合优度看，考虑协变量的模型各拟合系数R2均接近1，远大于不考虑协变量模型中的拟合系数R2，说明肩带试样的初始弹性回复率ε1、塑性变形率G1是引起各疲劳表征变量变差的主要因素，肩带试样的疲劳伸长(率)对肩带反复拉伸后的弹性回复率ε5、塑性变形率G5的影响作用并不显著。

4 结论

本文基于文胸肩带的自身造型及其在日常穿着中的使用特点，采集了7种肩带样本作为试验对象，分别通过拉伸断裂试验、定伸长反复拉伸试验，获得肩带试样的拉伸性能指标，应用统计软件对试验数据进行处理分析，对肩带的拉伸性能进行了探索性的讨论与分析，得到结论主要如下。

基于文胸肩带拉伸曲线的特征，结合曼列狄斯(Meredith)法确定纤维屈服点的作图过程，对文胸肩带的有效弹性终点进行了简便有效的设计：在拉伸曲线上做出坐标原点和断裂点连线的平行线，并与拉伸曲线的转折区域相切，切点即为所确定的有效弹性终点。

文胸肩带在日常穿着中产生的形变对于自身拉伸特性而言均属于小伸长形变状态范围，肩带表现出良好的弹性回复性能和耐疲劳性能。随着使用时间的累积，肩带会产生显著的弹性衰变和塑性积累，但由日常穿着习惯或胸部塑型要求造成的疲劳伸长(率)的变化对其弹性回复率和塑性变形率指标不具有显著的影响作用，说明肩带的拉伸回弹性能与正常使用条件下的伸长状态无关。

［1］YU Xiaokun.Factorial analysis on breast lifted and gathered effects caused by bra straps［M］//WANG Keyi，HE Jiazhen，ZHANG Wenbin.Advanced Textile Materials.Switzerland：Trans Tech Publications，2011：1451-1456.

［2］甘应进，陈东生，孟爽，等.女胸衣肩带滑落的原因及改进［J］.纺织学报，2005，26(2)：127-129.GAN Yingjin，CHEN Dongsheng，MENG Shuang，et al.Exploration and ameliorative method on brassiere girdle sliding［J］.Journal of Textile Research，2005，26(2)：127-129.

［3］郑浩武.改进的文胸：中国，CN 200620120123X［P］.2006-06-16.ZHENG Haowu.Modified brassiere： China，CN 200620120123X［P］.2006-06-16.

［4］杜建勇.可任意调整肩带位置的文胸：中国，CN 2005200669464［P］.2005-11-14.DU Jianyong.Brassiere with multiple locations of the straps：China，CN 2005200669464［P］.2005-11-14.

［5］卢景常.肩带扣：中国，CN 2008200468365［P］.2008-04-24.LU Jingchang.Bra strap'sbuckle： China， CN 2008200468365［P］.2008-04-24.

［6］郑碧浩.自锁防滑肩带扣：中国，CN 2006200544798［P］.2006-01-23.ZHENG Bihao.Self-locked antiskid buckles of bra strap：China，CN 2006200544798［P］.2006-01-23.

［7］郑碧浩.可使肩带平整的防滑“8”字扣：中国，CN 2004201037081［P］.2004-12-31.ZHENG Bihao.Antiskid buckles with the shape of ″8″：China，CN 2004201037081［P］.2004-12-31.

［8］张文琦.防肩带滑落胸罩：中国，CN 2007200116906［P］.2007-04-13.ZHANG Wenqi.Brassiere with antiskid straps：China，CN 2007200116906［P］.2007-04-13.

［9］苑纯馨.防滑落型胸罩：中国，CN 2005200203318［P］.2005-03-03.YUAN Chunxin.Antiskid brassiere： China，CN 2005200203318［P］.2005-03-03.

［10］许鸿麟.胸罩肩带：中国，CN 2004200672848［P］.2004-06-28.XU Honglin.Bra straps：China，CN 2004200672848［P］.2004-06-28.

［11］麦煦燊.一种肩带夹及 其制备方法：中 国，CN 200610168046X［P］.2006-12-22.MAI Xushen.A kind of splint and its preparation method：China，CN 200610168046X［P］.2006-12-22.

［12］段杏元，于伟东.文胸穿着舒适性的影响因素研究［J］.江苏技术师范学院学报，2007，13(4)：63-69.DUAN Xingyuan，YU Weidong.On the factors affecting bra wearing comfort［J］.Journal of Jiangsu Teachers University of Technology，2007，13(4)：63-69.

［13］贾晶晶.少女文胸穿着舒适性分析与材料选择［J］.针织工业，2008(2)：34-37.JIA Jingjing.Comfort analysis and material selection of the young girl used bra［J］.Knitting Industries，2008(2)：34-37.

［14］姚穆.纺织材料学［M］.3版.北京：中国纺织出版社，2009：229，231.YAO Mu.Textile Material［M］.3rd ed.Beijing：China Textile＆ Apparel Press，2009：229，231.

［15］邹清云，杨明霞.弹力带的设计与生产［J］.上海纺织科技，2008(7)：42-44.ZOU Qingyun，YANG Mingxia.Design and production of elastic tape［J］.Shanghai Textile Science ＆Technology，2008(7)：42-44.

［16］张长乐，蔡韵梅.弹力包芯纱弹性与包覆效果的研究［J］.棉纺织技术，2000(9)：5-9.ZHANG Changle，CAI Yunmei.Research of elastic performance and covered effection elastic core-spun yarn［J］.Cotton Textile Technology，2000(9)：5-9.

［17］王瑞，王广峰.纯棉弹力织物及其弹性伸长率的预测［J］.纺织学报，2002，23(5)：13-15.WANG Rui，WANG Guangfeng.Elastic cotton fabric and property of elastic extension［J］.Journal of Textile Research，2002，23(5)：13-15.