田 源，刘 贵，潘行星，杜赵群，郑冬明，刘金抗

(1.东华大学纺织学院，上海 201620；2.福建省纺织产品检测技术重点实验室(福建省纤维检验局)，福建福州 350026；3.江西省羽绒制品质量监督检验中心，江西共青城 332020；4 江苏省南通市紫罗兰家纺科技股份有限公司，江苏南通 226311)

织物风格是人的主观感觉对织物的外观形态、几何结构、力学性能综合评价的结果。1930 年，Peirce 开创了从力学特性来研究风格这一领域，通过悬臂梁法测得试样的弯曲长度和弯曲刚度来客观研究、表示织物的风格[1]。汪学骞[2]等人探讨了弯曲性能与挺括性的关系，吕慧[3]等人研究了面料弯曲刚度与软硬感之间的关系。纺织面料风格常用8 种术语，分别为硬挺度、柔软度、丰满度、柔顺度、滑爽度、滑糯度、平展度和悬垂度。并将丰满度总结为织物蓬松性好，给人以疏松丰满的感觉，压缩回弹好，给人以温暖和厚实的感觉[4]。

织物蓬松丰满度的预测有两个途径[5]，一是直接寻找织物的蓬松丰满度与纤维性状[6]、纱线[7]、织物结构[8]等因素的关系；二是寻找织物的压缩性能[9]与纤维性状、纱线结构、织物结构的关系，而后借助已有研究结果，由织物压缩性能和其它力学性能换算织物的蓬松丰满度。面料的蓬松丰满度主要与面料在厚度方向的压缩性能有关[10]。丰满度指标常用来评价羊毛织物、毛呢或者较为蓬松厚重的织物。而其他种类织物，尤其是较为轻薄的如衬衫面料等，丰满度是否适合用来评价相应的织物风格，并没有很好的结论。

本文验证织物压弯性能是否可以用来评价丰满度指标，以及丰满度指标是否适合判断各类织物的风格性能。

1 试验部分

1.1 试验条件及仪器

(1) 测试条件:在恒温恒湿实验室中，温度20±2 ℃，相对湿度65±3%。测试前试样静置24小时。

(2) 实验仪器:JA12002 电子天平，YG141N 数字式织物厚度仪，LLY-01B 电子硬挺度仪，CHESFY 纺织材料手感风格测试仪(简称CHES-FY 风格仪)。

1.2 试样基本参数

试样需据布边15 cm 以上进行裁剪，每块布按照GB/T 3820-1997 的规定，裁出五块10 cm×10 cm 的方块，作为压缩性能测试的试样；在经向、纬向、45°方向根据GB/T 18318-2001 的规定，各剪取2 块25 cm×2.5 cm 的试样，共6 块硬挺度测试用；另外裁剪一块20 cm×20 cm 的方块作为主观评价用。裁剪后，将试样平铺放置，被测面朝上，被测面为面料正面，即面料成品朝外侧。基本参数如表1面料基本参数所示。排列密度中机织物单位为根/10cm，针织物为根/5cm。

表1 面料基本参数

1.3 性能测试

1.3.1 主观评价

邀请6 位纺织专业人员，在恒温恒湿实验室内，对试样进行手感触摸判断其丰满度。进行实验前，先将实验说明告知受试者，说明丰满度定义、评分标准与触摸织物方法。在触摸试样样本之前，参试人员需要在实验室中静坐20 min，以便适应环境和调整个人心理状态。

丰满度定义为有蓬松感，使人感到温暖舒适，并富有弹性。实验采用拍打、按捏织物的方式，然后对织物的丰满度进行评分。主观评价采用分档评分的方法，将丰满度分为1-5 分，分数越高，则表示该项性能越好。

1.3.2 压缩性能的测试

采用YG141N 数字式织物厚度仪，压脚面积2000 mm2，压脚下降速度为1.89 mm/s，加压时间10 s。分辨率为0.001 mm，精确度到0.01 mm。

选用不同的力值砝码，得到最后力值为25 cN、100 cN、200 cN、400 cN 的四组数据。将每个织物裁剪的其中5 块试样进行测试，5 次结果求取平均值(mm)，将数据修约至0.01 mm。每次测量前都要进行重新调零。

1.3.3 织物硬挺度测试

采用LLY-01B 电子硬挺度仪，压板宽度25 mm，测试角度41.5°，压板推进速度4 mm/s。测试6 块试样的弯曲长度，求其平均值作为该面料的平均弯曲长度。根据公式(1)求得抗弯刚度。

式中:G为单位宽度的抗弯刚度，mN ·cm；m是试样的单位面积质量，g/m2；L为试样的平均弯曲长度，cm。

1.3.4 CHES-FY 风格仪测试

CHES-FY 风格仪，是集纱线与织物测量于一体的原位组合测量系统[11]，一次测试就可以模拟人手触摸织物时的拉、压、捏、揉、搓等动作，实现织物的弯曲、压缩、摩擦、拉伸等物理力学性能的测试。CHES-FY 风格仪测试原理如下图1。

图1 CHES-FY 风格仪测试原理

整个测量过程可分为五个阶段，分别为测厚阶段、压缩阶段、弯曲阶段、摩擦阶段和拉伸阶段。本实验主要分析压缩和弯曲的测试，压缩阶段是左侧压辊下移对织物进行压缩至力值的设定值，获得织物试样的压缩模量以及压缩变形量；弯曲阶段为织物两端无压力时，运动压板下移至位移设定值，这一阶段所获得织物试样的弯曲力最大值、弯曲指数和弯曲功。将每块面料分别裁剪出经向3 块、纬向3 块以及45°方向3 块共9 块试样进行测试，每块试样宽度为5.5 cm，长度50 cm。

2 结果与讨论

2.1 主观评价结果

试样经6 位受试者评价，将结果取平均值后，其主观评价统计结果如表2 丰满度主观评价结果所示。

表2 丰满度主观评价结果

18 块织物的丰满度主观评价排序结果为:T3＞T1＞T2＞T4＞T6＞T5＞T10＞T7＞T8 ＝T11＞T12＞T9＞T14＞T13 ＝T17＞T15 ＝T16 ＝T18。

为了证明6 位受试者评价的有效性，通过SPSS 计算Kendall 一致性系数(W)并进行χ2检验，根据式(2)和式(3)，得到的一致性系数均在0.01水平上显著。

其中Ti为第i 个面料样品的排序值，T为所有面料样品排序值的平均值，m为测试者的数量，n为面料样品的数量。肯德尔一致性系数能有效地衡量织物手感等级的一致性，值越高，一致性越好。最后得到的W的值为0.855，χ2为87.191。说明六位评委的主观评价是有效的，比较一致的，可以用他们对18 个面料样品的排序值来代表主观评价。

2.2 客观测试结果

分别采用25 cN、100 cN、200 cN、400 cN 的加压压力，分析不同压力下面料的厚度值，得到图2不同力值下所对应的试样-厚度。

图2 不同力值下所对应的试样-厚度

由图2 不同力值下所对应的试样-厚度曲线可知，同一块面料，所加压的力值越大，厚度值越小。总的来看，毛呢最厚、衬衫最薄，毛呢中T2 属于薄毛呢，针织物中T4 为1＋1 罗纹结构，厚度也较大。日用家居面料中T7、T8 常用于制作窗帘，T9 可用于雨披布。牛仔、衬衫面料中，同种类面料之间厚度差异不大。另外，根据不同加压压力下厚度值计算出其厚度极值(T/mm)以及压缩过程中外力对单位面积试样所做的功，以蓬松指数(F)来表示。

硬挺度测试中分别测试经向2 块试样、纬向2块试样与45°方向上2 块试样，共6 块试样的两端以及两面的弯曲长度，然后求其平均值所得到的平均弯曲长度(L)，以及根据式(1)计算所得到的抗弯刚度(G)。CHES-FY 风格仪测试中每块面料经过经向3 次、纬向3 次、45°方向3 次共9 次测试。其分析面料的柔软度主要与压缩阶段在厚度方向的压缩性有关，面料的硬挺度主要与弯曲性能有关。本实验中压缩性能主要提取厚度差(ΔT)、压缩曲线面积(A)指标来表达其结果，弯曲性能中主要根据弯曲峰值(P)来判断其硬挺度。表3 为客观测试指标结果。

从表3 客观测试指标结果中，可知毛呢面料的压缩性能最好，牛仔面料次之，然后为针织面料、衬衫面料，羽绒服面料压缩性能最差。日用家居面料厚度值差异较大，T9 为雨披布，背面具有涂层，密实防水，因而厚度差特别小。硬挺度来说牛仔面料优于日用家居面料优于毛呢面料，针织面料、衬衫面料以及羽绒服面料的硬挺度较小，相对来说针织面料的硬挺度最小。针织面料中T4 为1＋1 罗纹结构，硬挺度相比于其他针织面料硬挺度要大得多；羽绒服面料中T18 由于有涂层其硬挺度也较大。

表3 客观测试统计结果

2.3 主客观评价分析

对客观测试指标进行主因子分析。进行主因子分析的目的是从织物厚度仪，电子硬挺度仪，CHES-FY 风格仪测定所得到的7 项指标中，提取反应织物丰满度指标的主因子。通过KMO 和巴特利特检验所得到的KMO 取样适切性量数为0.658＞0.6，巴特利特球形度检验显著性p＜0.05，说明数据之间有很强的关联性，可用于主成分分析。

设X1为厚度极值，X2为蓬松指数，X3为弯曲长度，X4为抗弯刚度，X5为厚度差ΔT，X6为压缩曲线面积A，X7为弯曲峰值P。由表4 可知，第一个主因子的特征值为4.728，可解释原6 个变量的67.544%，第二个主因子的特征值为1.924，可解释原6 个变量的27.486，前2 个因子的累计贡献率达到95.030%。

根据表5 旋转后的成分矩阵，由于比重大的变量影响主因子的性质，经过最大方差旋转后，各主因子所包含的原始变量按基本性质和权重大小被分类排列，排除绝对值小于0.5 的小系数，性质接近的原始变量互相聚类。第一主因子主要由参数P、G、A、L 和ΔT 所决定，第二主因子主要由参数F和T 决定。

表4 方差分解主成分

表5 旋转后的成分矩阵

为了进一步确认主观评价与各面料力学性能之间的内在关系，将主观丰满度(FF)与7 个指标做多元线性回归分析。在回归建模之前，采用Kolmogorov -Smirnov (K-S)检验，分析因变量的正态分布，它是比较一个频率分布与理论分布或者两个观测值分布的非参数检验。K-S 统计量量化了样本的经验分布函数与参考分布的累积分布函数之间的距离。结果显示丰满度开平方的K-S 统计结果为0.134，概率值＞0.2，其概率值高于0.05，说明数据服从正太分布。推导出参数与丰满度的回归关系以及多重决定系数(R2)和估计的标准误差(SE)，如式(4)。

由推导出的回归关系以及主成分分析，认为压缩性能和弯曲性能可以很好地评价织物的丰满度，且丰满度与压缩性能呈正相关，与弯曲性能呈负相关。CHES-FY 风格仪中采用的压缩性能为线形压缩，与织物厚度仪所采用的圆形压缩不同。CHESFY 风格仪所测得压缩性能是模拟人手的按捏，类似于食指、中指拖住试样，拇指向下按，不同于纯压缩测试，属于压缩和轻度弯曲的结合。如表6 客观指标相关性分析，CHES-FY 风格仪的压缩测试结果与织物厚度仪和硬挺度仪测试结果都显著相关，认为CHES-FY 风格仪的压缩测试结果可以很好的用来判断织物的丰满度。CHES-FY 风格仪的弯曲性能测试结果与织物硬挺度测试仪得到的弯曲长度相关性为0.806，抗弯刚度相关性为0.915，认为其弯曲测试结果可以很好的用来判断织物的硬挺度。

表6 客观指标相关性分析

3 结论

通过6 种类型共18 块面料的主观评价、压缩性能、硬挺度以及CHES-FY 风格仪的测试，进行各指标间的相关关系和主成分分析，结合主观评价结果得出回归方程。认为织物丰满度与压缩性能和弯曲性能有关，且织物的压缩性能与丰满度呈正相关，硬挺度与丰满度呈负相关。

(1)织物的丰满度指标不仅可以用来评价羊毛、毛呢等蓬松厚重织物，其他多种类的面料也适用丰满度指标。分析说明对于针织面料、日用家居面料、牛仔面料、衬衫与羽绒度面料等，也可通过压弯性能来评价其丰满度。

(2)压弯性能可以较好地评价织物丰满度。首先证实了主观评价的有效性，将客观指标与主观评价相结合，建立了丰满度与压弯性能指标间的回归方程。认为织物的压缩性能与丰满度呈正相关，硬挺度与织物丰满度呈负相关。

(3)压缩性能与织物丰满度相关，但不同织物之间的丰满度除了压缩性能外还要考虑到弯曲性能。

(4)CHES-FY 风格仪的压缩性能可用来评价织物的丰满度，弯曲性能可评价织物的硬挺度。CHES-FY 风格仪的压缩测试结果和其他测试各指标有很大的相关性，认为CHES-FY 风格仪的压缩测试结果可以很好的用来判断织物的丰满度。CHES-FY 风格仪的弯曲性能测试结果也与织物硬挺度测试结果有很高的相关性，认为其弯曲测试结果可以很好的用来判断织物的硬挺度。