劉旖娜, 周小紅

(浙江理工大學(xué)先進(jìn)紡織材料與制備技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 杭州 310018)

基于多元統(tǒng)計(jì)分析方法研究彈力機(jī)織物的性能

劉旖娜, 周小紅

(浙江理工大學(xué)先進(jìn)紡織材料與制備技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 杭州 310018)

基于多元統(tǒng)計(jì)分析方法,對一組20個(gè)含彈力機(jī)織物的試樣進(jìn)行測試并分析,探討試樣性能參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)性,及影響各性能參數(shù)的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)。結(jié)果顯示:原料是影響織物彈性伸長率的主要因素,氨綸、改性彈力滌綸能賦予織物較好的彈性,采用滌綸變形絲、桑蠶絲加捻能改善織物的彈性;織物經(jīng)紗密度或者緯紗密度分別是影響織物經(jīng)向或緯向彈性的相關(guān)因素;織物柔軟性在一定程度上與平方米質(zhì)量相關(guān),平方米質(zhì)量較輕的桑蠶絲、滌綸、改性彈力滌綸織物試樣具有相似的較好的柔軟性,但平方米質(zhì)量較重時(shí)桑蠶絲織物仍有較好的柔軟性,而滌綸、改性彈力滌綸織物的柔軟性差。

彈力機(jī)織物; 多元統(tǒng)計(jì)分析; 相關(guān)性分析; 桑蠶絲; 氨綸

0 引 言

織物的彈力[1]概念起始于1589年,當(dāng)時(shí)首次介紹了針織物,而后逐漸擴(kuò)展到機(jī)織物等。迄今為止,機(jī)織物的彈力可通過使用彈性紗線、紗線加捻等變形加工、織物組織合理設(shè)計(jì)[2]、上機(jī)工藝參數(shù)的改變、彈性后整理等多種方式獲得,研究機(jī)織物彈力的文獻(xiàn)報(bào)道也一直沒有停止過,如在20世紀(jì)六七十年代,Aldrich等[3]研究了滌綸/羊毛彈力包芯紗的拉伸等力學(xué)性能;80年代,Tarafder等[4]研究了棉/尼龍包芯彈力織物的性能與紗線的結(jié)構(gòu)參數(shù)捻度等之間的關(guān)系;文獻(xiàn)[5]采用數(shù)值分析的方法對氨綸在彈力織物中的拉伸性能進(jìn)行分析,建立了織物組織、經(jīng)紗密度等結(jié)構(gòu)參數(shù)與伸長之間的關(guān)系模型,研究了織物結(jié)構(gòu)對彈性的影響。

織物性能不僅與采用紗線的性能有關(guān),也與織物結(jié)構(gòu)[6]有關(guān),涉及到的是多個(gè)變量,且這些變量之間又存在一定的聯(lián)系,如織物結(jié)構(gòu)參數(shù)[7]包括經(jīng)緯紗線密度、經(jīng)緯密度、平方米質(zhì)量和厚度等,分析織物性能,如織物彈性就需要綜合考慮多個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)和性能參數(shù),而這些參數(shù)也會存在一定的相關(guān)性,如果忽略就可能丟失一些信息,不能客觀全面反映織物性能與織物結(jié)構(gòu)的關(guān)系,所以可以采用多元統(tǒng)計(jì)的方法來進(jìn)行分析。多元統(tǒng)計(jì)分析[8]方法是科學(xué)地運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法來研究多因素、多目標(biāo)問題,其研究的對象通常是多個(gè)變量,而且很多情況下,這些變量之間有一定的相關(guān)性,因此用多元統(tǒng)計(jì)分析的方法來處理具體問題會更加全面和客觀。本文基于多元統(tǒng)計(jì)分析方法,根據(jù)機(jī)織物彈力獲取方式以及彈力氨綸纖維與改性滌綸彈力紗應(yīng)用等,對一組20個(gè)機(jī)織物試樣,包括傳統(tǒng)的桑蠶絲和含氨綸的桑蠶絲彈力產(chǎn)品、滌綸彈力織物、改性滌綸彈力織物等,來開展彈力機(jī)織物性能的研究。

1 織物試樣的基本參數(shù)

機(jī)織物彈力[9]是指機(jī)織物能拉伸到一定長度,并具有回縮能力,即形變后具有恢復(fù)其原來尺寸與形狀的趨勢?？椢锏幕窘Y(jié)構(gòu)參數(shù)包括經(jīng)緯線密度、經(jīng)緯密度、平方米質(zhì)量和厚度等,分別參照《GB/T 4668—1995機(jī)織物密度的測定》、《GB/T 4669—2008紡織品 機(jī)織物 單位長度質(zhì)量和單位面積質(zhì)量的測定》、《GB/T 3820—1997紡織品和紡織制品厚度的測定》對織物的基本結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行測定,每項(xiàng)數(shù)據(jù)測試三次取平均值,其中織物原料主要有桑蠶絲(S)、滌綸(P)和改性彈力滌綸(EP):桑蠶絲(S)、滌綸(P)通過加捻、變形或者復(fù)合氨綸得到彈力。表1為20個(gè)機(jī)織物試驗(yàn)樣本的原料與基本參數(shù)。

表1 實(shí)驗(yàn)試樣基本規(guī)格

2 織物性能測試與相關(guān)性研究

2.1 織物性能的測試

參照《FZ/T 01034—2008紡織品 機(jī)織物拉伸彈性試驗(yàn)方法》、《GB/T 23329—2009紡織品 織物懸垂性的測定》、《GB/T 18318.1—2009紡織品 彎曲性能的測定 第1部分:斜面法》、《GB/T 3819—1997紡織品 織物折痕回復(fù)性的測定 回復(fù)角法》的方法,對20個(gè)織物試樣進(jìn)行了織物經(jīng)緯向定負(fù)荷伸長率、織物經(jīng)緯向彈性回復(fù)率、織物靜態(tài)懸垂系數(shù)、織物抗彎剛度、織物折皺緩彈角的實(shí)驗(yàn)測試,每項(xiàng)數(shù)據(jù)測試三次取平均值，其結(jié)果如表2所示。

表2 實(shí)驗(yàn)試樣性能測試數(shù)據(jù)

2.2 織物性能的相關(guān)性

織物性能之間存在相關(guān)性,將織物經(jīng)緯伸長率、經(jīng)緯彈性回復(fù)率、靜態(tài)懸垂系數(shù)、抗彎剛度、折皺緩彈角7個(gè)變量進(jìn)行多元統(tǒng)計(jì)分析中的相關(guān)性分析[10],得出的Pearson相關(guān)關(guān)系分析結(jié)果如表3所示。

首先,相關(guān)性分析的原則是:相關(guān)性的絕對值越大,兩參數(shù)之間的關(guān)系就越緊密;顯著性越小,兩參數(shù)之間的關(guān)系就越緊密。所以,由表3可知,織物的靜態(tài)懸垂性系數(shù)、織物抗彎剛度之間有很大的關(guān)聯(lián)性,所以都可以用來評價(jià)織物的柔軟程度。經(jīng)向伸長率和經(jīng)向彈性回復(fù)率、緯向伸長率和緯向彈性回復(fù)率分別呈現(xiàn)很強(qiáng)的相關(guān)關(guān)系,反映了織物的彈性特征。

表3 織物性能參數(shù)的相關(guān)性分析結(jié)果

3 織物性能與織物基本參數(shù)的關(guān)系

織物性能與織物參數(shù)存在一定的相關(guān)性,同樣采用多元統(tǒng)計(jì)中的相關(guān)性分析,分別對織物原料、經(jīng)緯紗線密度、經(jīng)緯密度、厚度、平方米質(zhì)量這些結(jié)構(gòu)參數(shù)與織物經(jīng)緯伸長率、靜態(tài)懸垂系數(shù)、抗彎剛度、折皺緩彈角進(jìn)行相關(guān)程度的評估。在進(jìn)行分析之前先對織物原料進(jìn)行編號(見表4所示)?？椢镄阅芘c織物結(jié)構(gòu)參數(shù)的相關(guān)性分析結(jié)果見表5。

表4 織物原料編號表

表5 織物性能參數(shù)與結(jié)構(gòu)參數(shù)的相關(guān)性分析結(jié)果

根據(jù)顯著性關(guān)系筆者把相關(guān)性分成三類:當(dāng)顯著性小于等于0.01為顯著相關(guān);當(dāng)顯著性小于等于0.05大于0.01為較顯著相關(guān);當(dāng)顯著性大于0.05小于0.4為相關(guān)。表5可見,織物經(jīng)向彈性與經(jīng)向原料、經(jīng)紗線密度、厚度較顯著相關(guān),與經(jīng)密相關(guān);織物緯向彈性與緯向原料和緯密相關(guān);織物靜態(tài)懸垂性與平方米質(zhì)量顯著相關(guān),與緯紗密度和緯紗線密度較顯著相關(guān),與經(jīng)密和厚度相關(guān);抗彎性能與平方米質(zhì)量顯著相關(guān),與厚度、經(jīng)緯密度和緯紗線密度較顯著相關(guān);織物的緩彈性與緯向原料、經(jīng)紗線密度相關(guān)。

3.1 織物彈性的影響因素分析

3.1.1 原料對織物彈性的影響

影響織物彈性的顯著相關(guān)因素是原料,圖1為20個(gè)實(shí)驗(yàn)試樣的伸長率與經(jīng)緯向原料的關(guān)系。圖1可知,含氨綸經(jīng)緯絲線的試樣,織物的經(jīng)緯向彈性比較大,20個(gè)實(shí)驗(yàn)試樣中,桑蠶絲含氨綸的經(jīng)緯向平均伸長率為41.94%,滌綸含氨綸的經(jīng)緯向平均伸長率為19.96%,最小值為10.23%,最大值為28.22%;改性彈力滌綸能賦予織物較好的彈性,20個(gè)實(shí)驗(yàn)試樣中,改性彈力滌綸的經(jīng)緯向平均伸長率19.85%,最小值為12.56%,最大值為27.79%;滌綸變形絲能夠改善織物的彈性,20個(gè)實(shí)驗(yàn)試樣中,滌綸變形絲的經(jīng)緯向平均伸長率12.83%,明顯大于滌綸FDY的經(jīng)緯向平均伸長率1.99%;桑蠶絲通過加捻在一定程度上也改善了織物的彈性,20個(gè)實(shí)驗(yàn)試樣中,加捻桑蠶絲的經(jīng)緯向平均伸長率9.82%,大于無捻桑蠶絲的經(jīng)緯向平均伸長率5.49%。

圖1 伸長率與經(jīng)緯向原料的關(guān)系

3.1.2 經(jīng)緯紗密度對織物彈性的影響

織物經(jīng)緯紗密度等影響織物的彈性。據(jù)文獻(xiàn)[11]報(bào)道，當(dāng)織物某一系統(tǒng)紗線(經(jīng)紗或緯紗)密度增大時(shí)，單位織物面積內(nèi)的經(jīng)緯紗交織點(diǎn)增多，織物另一系統(tǒng)彈力紗線(緯紗或經(jīng)紗)在張力松弛回縮時(shí)受到的阻力增大，從而使該系統(tǒng)彈力紗線(緯紗或經(jīng)紗)的收縮幅度降低，即織物緯向或經(jīng)向的彈性減小。本文通過多元統(tǒng)計(jì)的相關(guān)性分析，得到經(jīng)紗密度或緯紗密度分別是影響織物對應(yīng)的經(jīng)向或緯向彈性的相關(guān)因素：即倘若改變織物經(jīng)紗密度，對應(yīng)的經(jīng)向彈力紗線的彈性收縮幅度有改變，織物經(jīng)向彈性有變化；若改變織物緯紗密度，對應(yīng)的緯向彈力紗線的彈性收縮幅度有改變，織物緯向的彈性有變化。

3.2 彈力織物柔軟度的影響因素

織物靜態(tài)懸垂性與平方米質(zhì)量顯著相關(guān),圖2為織物平方米質(zhì)量與靜態(tài)懸垂系數(shù)之間的關(guān)系。平方米質(zhì)量較輕的16個(gè)桑蠶絲、滌綸、改性彈力滌綸織物試樣,靜態(tài)懸垂系數(shù)在21.0%～36.3%,平均值為27.95%,有較好的懸垂性;平方米質(zhì)量較大的4個(gè)試樣中,其中平方米質(zhì)量為142 g/m2的14號桑蠶絲織物試樣有較好的懸垂性,靜態(tài)懸垂系數(shù)為22.9%,而滌綸、改性彈力滌綸織物試樣,靜態(tài)懸垂系數(shù)平均值為68.6%,懸垂性相對較差。

圖2 織物平方米質(zhì)量與靜態(tài)懸垂系數(shù)之間的關(guān)系

織物抗彎性能與平方米質(zhì)量顯著相關(guān),圖3為織物平方米質(zhì)量與抗彎剛度之間的關(guān)系。平方米質(zhì)量較輕的16個(gè)桑蠶絲、滌綸、改性彈力滌綸織物試樣,抗彎剛度都在0.005～0.026 cN·cm之間,平均值為0.013 cNcm,有較好的柔軟性;平方米質(zhì)量較大的4個(gè)試樣,其中試樣14平方米質(zhì)量為142 g/m2的桑蠶絲織物有較好的柔軟性,抗彎剛度為0.019 cNcm,而較重的滌綸、改性彈力滌綸織物試樣,抗彎剛度平均值為0.097 cNcm,柔軟度較差。

圖3 織物平方米質(zhì)量與抗彎剛度之間的關(guān)系

綜上所述,桑蠶絲織物的柔軟性都很好,受平方米質(zhì)量影響很小,而滌綸、改性彈力滌綸織物則會受平方米質(zhì)量的影響,在平米質(zhì)量較小時(shí)柔軟性很好,與桑蠶絲織物的柔軟性能相似,但在平方米質(zhì)量較大時(shí),其柔軟性能就會變差。

4 結(jié) 論

a) 經(jīng)緯向伸長率和彈性回復(fù)率反映織物的彈性特征;織物的懸垂性、抗彎性能可以用來評價(jià)織物的柔軟度。

b) 影響織物彈性伸長率的顯著相關(guān)因素是原料:含氨綸經(jīng)緯絲線,織物的彈性比較大,且桑蠶絲含氨綸的織物伸長率顯著大于滌綸含氨綸的織物伸長率;改性彈力滌綸能賦予織物較好的彈性;滌綸變形絲能夠改善織物的彈性;桑蠶絲通過加捻在一定程度上也改善了織物的彈性。

c) 織物經(jīng)紗密度或者緯紗密度分別是影響織物經(jīng)向或緯向彈性的主要因素。

d) 織物柔軟性在一定程度上與平方米質(zhì)量相關(guān)。平方米質(zhì)量較輕的桑蠶絲、滌綸、改性彈力滌綸織物試樣,具有相似的柔軟性;平方米質(zhì)量較重的桑蠶絲織物,仍舊具有較好的柔軟性;較重的滌綸、改性彈力滌綸織物的柔軟性稍差。

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(責(zé)任編輯： 張祖堯)

Research on the Properties of Elastic Woven Fabrics Based on Multivariate Statistical Analysis

LIUYi-na,ZHOUXiao-hong

(Key Laboratory of Advanced Textile Materials and Manufacturing Technology, Ministry of Education, Zhejiang Sci-Tech University, Hangzhou 310018, China)

Based on multivariate statistical analysis, 20 samples containing elastic woven fabrics were tested and analyzed to know relevance among property parameters of samples and gain main structural parameters influencing each property parameter. The results show that, raw material is the most significant factor which affects the elastic elongation rate. Furthermore, the fabrics made of yarn with spandex or modified elastic polyester have better elasticity. Secondly, polyester draw textured yarn and twisted mulberry silk can also improve the elasticity of fabrics. Thirdly, the warp density or weft density of the fabric are important factors influencing the warp or weft elasticity. Finally, to some degree, soft property of fabrics has relations with quality per square meter. The lighter fabrics made of silk or polyester or modified elastic polyester have good softness. But the heavier fabrics made of silk still have good softness, while softness of polyester and modified elastic polyester is not such good.

elastic woven fabric; multivariate statistical analysis; correlation analysis; silk; spandex

1673- 3851 (2015) 01- 0031- 05

2014-05-27

劉旖娜(1990-),女,江蘇江陰人,碩士研究生,主要從事現(xiàn)代紡織技術(shù)及新產(chǎn)品方面的研究。

周小紅,E-mail:zhouxh314@163.com

TS101.8

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