張立峰,陳貴翠

淺析織物表面摩擦性能的研究方法

張立峰,陳貴翠

(鹽城紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院,江蘇鹽城224005)

文章從織物粗糙度的角度來反應(yīng)織物表面摩擦性能,介紹了與此相關(guān)的直接測(cè)試方法KES-FB的基本原理和改進(jìn)方法,以及間接測(cè)試方法圖像法和激光測(cè)試法。

織物;粗糙度;表面摩擦性能

1 前言

織物的表面摩擦性能是織物風(fēng)格評(píng)價(jià)的重要力學(xué)指標(biāo)之一,各種力學(xué)性能對(duì)織物的風(fēng)格起著決定性的作用,而長(zhǎng)期以來對(duì)織物風(fēng)格的評(píng)價(jià)一直用的是主觀評(píng)價(jià)的方法。

目前,對(duì)織物手感的客觀評(píng)價(jià)方法已較完善,比如Kaw abata織物評(píng)價(jià)系統(tǒng)以及其它用于織物手感鑒別的新技術(shù),此外還有 Psichophysical織物手感客觀評(píng)價(jià)模型。

測(cè)試面料在低負(fù)荷下的基本力學(xué)性能,目前國際上主要有 KES和Fast兩套代表性的儀器,而只有 KES有測(cè)試織物表面摩擦性能的功能。KES法是迄今為止較為成熟,應(yīng)用較廣的一種測(cè)試方法,具有應(yīng)用性廣、試樣裁剪簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。

2 KES基本力學(xué)性能測(cè)試儀

2.1 KES-FB測(cè)試織物表面摩擦性能基本原理

日本川端季雄的 KES-FB系統(tǒng) (在 KES-F基礎(chǔ)上改進(jìn))是目前國際上通用的,且最有影響力的織物風(fēng)格評(píng)價(jià)系統(tǒng)。它用兩個(gè)測(cè)頭聯(lián)合測(cè)試面料的表面摩擦性能,第一測(cè)頭被稱作摩擦子如圖1的上圖所示,它是模仿人的指紋由10根0.5 mm的細(xì)鋼絲排成的一個(gè)平面,測(cè)試時(shí)該平面與面料表面在一定的壓力作用下相對(duì)滑動(dòng),測(cè)得動(dòng)摩擦系數(shù)曲線如圖2的上圖,動(dòng)摩擦系數(shù)μ是位移 x的函數(shù)。

而第二個(gè)測(cè)頭為一個(gè)矩形環(huán),測(cè)試時(shí)矩形環(huán)在一定壓力作用下與面料接觸,并且沿環(huán)平面的垂直方向與面料發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng),由于面料的高低不平,運(yùn)動(dòng)過程中矩形環(huán)要發(fā)生上下移動(dòng),其相對(duì)位移量表征織物厚度變化,即可測(cè)得織物厚度 T隨位移x的變化曲線,如圖2下圖所示。

圖1 KES表面性狀測(cè)頭

通常用下面三個(gè)指標(biāo)組合表示面料的表面摩擦性能。

a.平均摩擦系數(shù)M IU(無單位),即圖2上圖中摩擦系數(shù)曲線的平均值。

b.摩擦系數(shù)的平均差不勻率 MMD(無單位),摩擦系數(shù)曲線的平均差不勻率。

c.表面粗糙度SM D(um),即圖2下圖所示曲線的平均差不勻率。

圖2 表面特性

以上3式中的位移x也就是試樣的被測(cè)長(zhǎng)度。

2.2 KES-FB改進(jìn)方法

目前使用最為廣泛的是KES系統(tǒng)FB-4表面測(cè)試儀,許多人又在它的方法基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)一步研究改進(jìn),獲得了一些成果。

美國北卡大學(xué)紡織學(xué)院的研究人員將 KES系統(tǒng)的細(xì)鋼絲摩擦頭換為特殊設(shè)計(jì)的織物—織物接觸摩擦頭。這種探頭使用一個(gè)直徑為12 mm的平鋁盤,在圓形樣布上進(jìn)行測(cè)試,其探頭的圓形結(jié)構(gòu)有助于檢測(cè)織物的各向運(yùn)動(dòng)過程中的摩擦特性,包含了探頭織物和待測(cè)織物間的三種相對(duì)運(yùn)動(dòng)方式:經(jīng)向覆蓋經(jīng)向,經(jīng)緯向45度相交以及緯向覆蓋經(jīng)向,如圖3所示。

圖3 織物間相對(duì)運(yùn)動(dòng)方式

日本京都科技大學(xué)紡織系在 KES方法的基礎(chǔ)上,針對(duì)不同種類的新合纖織物,做不同的改進(jìn)。并將改進(jìn)的測(cè)試方法進(jìn)行合并,測(cè)試不同種類新合纖織物的表面摩擦性能,進(jìn)而分析織物的表面摩擦性能與織物結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。

法國牟羅茲大學(xué)的Bueno和Renner從 KES表面性能測(cè)試方法中獲得摩擦的瞬時(shí)信號(hào),通過傅立葉變換將其從時(shí)域轉(zhuǎn)換到頻域進(jìn)行分析,來研究信號(hào)的波動(dòng)情況與織物表面紋理結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系,并用新的指標(biāo)——功譜率密度PSD來表征摩擦性能。

式中,f為信號(hào)頻率,X(f)為瞬時(shí)摩擦信號(hào)的傅立葉變換。

3 通過粗糙度的測(cè)試間接反應(yīng)織物表面摩擦性能的方法

3.1 圖像法

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展,將計(jì)算機(jī)圖象處理技術(shù)應(yīng)用于織物表面性能的測(cè)試已成為可能?？椢锏谋砻嫣卣髋c其表面的形感和象感密切相關(guān),而這兩者都可以通過一定的手段測(cè)試出來。

3.1.1 紋理法測(cè)織物表面粗糙度

織物紋理可以體現(xiàn)織物表面的紋路特征,比如同樣的條件下毛織物比絲織物粗糙,通過紋理的粗糙性可以快捷地比較織物表面的粗糙程度。

紋理的粗細(xì)與局部的空間重復(fù)結(jié)構(gòu)有關(guān),它體現(xiàn)了紋理變化的傾向,即小測(cè)度的紋理表示細(xì)紋理,大測(cè)度的紋理表示粗紋理。用空間自相關(guān)函數(shù)作為紋理測(cè)度的方法,得到圖像的二維函數(shù)。自相關(guān)函數(shù)是對(duì)窗口內(nèi)的每一個(gè)像素點(diǎn)與偏離值的像素值之間作運(yùn)算,一組粗紋理區(qū)在給定偏離時(shí)的自相關(guān)性要比細(xì)紋理區(qū)高,而紋理的粗糙性與自相關(guān)函數(shù)的擴(kuò)展成正比,自相關(guān)函數(shù)的值越大則織物的紋理越大,因而,可以方便地用自相關(guān)函數(shù)作為度量粗糙度的一種參數(shù)。

3.1.2 織物表面成像處理

將織物表面圖像處理并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的灰度值,通過測(cè)試灰度和頻數(shù)指標(biāo)對(duì)織物表面特征加以量化并進(jìn)行分析?；叶戎缚椢锓瓷涔饩€的能力,0表示黑色,255表示白色。頻數(shù),指同一灰度點(diǎn)的頻率。該指標(biāo)說明織物表面的均勻程度,頻數(shù)越大,則表明同一灰度值的點(diǎn)越多,織物越平整。

另一種方法是獲取織物表面圖像后,通過立體視覺技術(shù)和圖像處理得到織物表面輪廓線的3D圖像,應(yīng)用分形幾何編碼得到的數(shù)據(jù),直接表示織物表面的凹凸不平度(以精確分級(jí)的十進(jìn)制數(shù)或小數(shù)表示)。圖像的分形維數(shù)由分形幾何計(jì)算得到(類似于立方計(jì)數(shù)),然后對(duì)分形維數(shù)和級(jí)數(shù)進(jìn)行線形回歸,建立一個(gè)方程。這種基于3D圖像和分形幾何的方法對(duì)織物表面平滑度的視覺鑒定更為精確和可靠。

3.2 激光測(cè)試法

由于圖象法有時(shí)受織物光澤與花紋的影響, Ramgulam等人率先提出利用激光來檢測(cè)織物表面粗糙度。應(yīng)用激光傳感器的三角測(cè)量技術(shù),測(cè)量它本身到目標(biāo)物之間的距離,當(dāng)光被反射到光敏探測(cè)器上,探測(cè)器發(fā)出目標(biāo)物圖象的位置信號(hào)。反射光根據(jù)自身距離從不同角度入射探測(cè)器時(shí),指示反射光位置的信號(hào)強(qiáng)度就轉(zhuǎn)換成距離參數(shù)。激光傳感器上有一個(gè)x-y臺(tái),織物置于安裝在x-y臺(tái)上的刻度盤中,并固定好。刻度盤與樣品的偏轉(zhuǎn)角可根據(jù)x或y的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。用激光傳感器測(cè)量不同位置上的織物高度,根據(jù)公式求得各個(gè)點(diǎn)上的表面粗糙度,取平均值即為織物粗糙度。

美國得克薩斯州大學(xué)的B·Xu等人又在前人的基礎(chǔ)上將激光傳感器的三角測(cè)量技術(shù)和圖像出路技術(shù)相結(jié)合,研制成表面光度儀。它可以直接提取出織物的表面輪廓,得到的結(jié)果不受織物花紋和色澤的影響。

4 結(jié)論

KES-FB根據(jù)測(cè)得織物厚度隨位移的變化曲線,表征織物的表面摩擦性能,它的改進(jìn)方法不斷完善了 KES-FB測(cè)試系統(tǒng);間接測(cè)試方法應(yīng)用了一些新的技術(shù)測(cè)試表面摩擦性能:可以將計(jì)算機(jī)圖象處理技術(shù)應(yīng)用于織物表面性能的測(cè)試,利用激光來檢測(cè)織物表面粗糙度,為織物表面摩擦性能的測(cè)試提供了新的依據(jù)。

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Research Methods of Fabric Surface Friction Properties

ZHANG L i-feng,CH EN Gui-cui
(Yancheng Textile Vocational and Technological Institute,Yancheng 224005,China)

The fabric surface friction p roperties w ere reflected from the roughness of fabric.The basic p rincip les and imp rovements of the direct method KES-FB,and indirect test methods of image measurementmethod and laser measurement method were introduced.

fabric;roughness;surface friction p roperty

TS101.92+3.1

A

1009-3028(2010)06-0038-03

2010-10-11

張立峰(1983—),男,黑龍江肇東人,助教。