小變形條件下復(fù)合紗織物的變形行為與力學(xué)性能研究【文獻綜述】

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計文獻綜述</b></p><p><b>　　紡織工程</b></p><p>　　小變形條件下復(fù)合紗織物的變形行為與力學(xué)性能研究</p><p><b>　　一、前言部分</b></p><p>　　所謂織物，就是由纖維與紗線或纖維與纖維

2、組合形成的一種平面狀的纖維集合體，并具有一定的模量、強度、斷裂伸長、頂破強力、耐磨性等力學(xué)性能。</p><p>　　服裝用織物在日常被穿用的過程中，運動著的人體往往要對面料施加很多種力的作用。如胸背部、肘膝部位的面料要承受拉伸負荷、剪切負荷、彎曲和壓縮等類負荷的作用，這些負荷的量值很小，通常稱之為低負荷，即小變形條件下。在小變形條件下，服裝面料會發(fā)生彎曲變形、剪切變形、拉伸變形、壓縮變形以及它們的復(fù)合變性。面料

3、在小變形條件下的變形行為將確定服裝的穿著舒適性、成形性、手感等服用性能[1-2]。</p><p>　　實驗以棉/滌綸復(fù)合紗織物、棉/氨綸復(fù)合紗織物為研究對象，以純棉卡其織物為比較對象，以日本的KES風(fēng)格儀為測試手段，研究其在小變形條件下的拉伸、剪切、彎曲等力學(xué)行為及其彈性恢復(fù)率。了解復(fù)合紗線及其織物的構(gòu)造方法及其結(jié)構(gòu)特點；掌握拉伸、彎曲、剪切等力學(xué)過程以及小變形條件下織物力學(xué)性能的測試、變形行為的描述及其表征理

4、論。</p><p><b>　　二、主題部分</b></p><p>　　1 復(fù)合紗織物力學(xué)性能研究的歷史背景</p><p>　　紡織工業(yè)是我國國民經(jīng)濟的重要部門，紡織品是重要的生活必需品，是體現(xiàn)國家經(jīng)濟發(fā)展和人民生活水平的重要指標之一。隨著科技與社會的進步，紡織生產(chǎn)技術(shù)和紡織品品質(zhì)不斷得到提高和發(fā)展，人們對織物的服用性能也提出了更高的要求

5、。而織物的拉伸、耐磨、剪切、彎曲等各項性能直接影響到織物的服用性能。作為最終用途的織物(包括機織物、針織物以及各種非織造布等)的損壞因素很多，其中最基本的就是拉伸、彎曲、剪切等損傷。因此研究紡織材料，包括纖維、紗線、織物的拉伸、彎曲、剪切等性能對紡織產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計和提高紡織品品質(zhì)有著重要意義。</p><p>　　織物服用舒適性與其基本力學(xué)性能及熱濕傳遞性密切相關(guān)，研究者曾投入大量的精力探求它們之間的定量關(guān)系。早

6、在1930年，F(xiàn)．T．Peircet采用懸臂法測試織物彎曲長度及彎曲剛度，并用來表示樣品手感性質(zhì)。他提出可以通過物理指標來表征織物手感剛?cè)?、軟硬、滑爽等而不是象以前一樣在主觀的基礎(chǔ)上對織物進行判斷。從20世紀60年代開始，對織物服用性能的研究更加重視，Linbergt測試了66種具有代表性試樣的彎曲和剪切變形曲線，并對這些曲線進行分析，結(jié)果表明不同試樣剪切和彎曲性能差別很大，而且織物剪切、彎曲變形與服裝復(fù)雜的造型有很大的相關(guān)度。他從理論

7、上分析了成形性與彎曲剛度及剪切角之間的關(guān)系，并且給出了如下定量公式：</p><p><b>　　F=C·B</b></p><p>　　式中：F一成形性(formability)的等級指標，無單位；</p><p>　　C一面料在自身平面內(nèi)壓縮變形曲線的線性度’；</p><p>　　B一面料的抗彎剛度。&l

8、t;/p><p>　　通過對彎曲及剪切性能的討論并介定這兩個基本力學(xué)量的上下限，從而可以確定織物獲得最佳性能的條件。另外他還討論用超喂的方式使長度不等的織物縫制成無折皺的自然曲面，研究表明可變形性，成形性與超喂之間存在一定的關(guān)系，Linberg的研究把織物基本力學(xué)性能(彎曲、剪切)與面料的成形性及服裝加工及整理結(jié)合在一起。</p><p>　　日本學(xué)者結(jié)合研究面料手感和形態(tài)風(fēng)格的設(shè)計生產(chǎn)技術(shù)，

9、開發(fā)出由面料的多項力學(xué)性能組合評判其服用性能的定量方法，建立了織物風(fēng)格的客觀評價系統(tǒng)，這樣通過測試基本的力學(xué)性能指標就可以定量表達織物服用性能。值得提出的是，KES·F系列測試儀器的研制成功為織物服用性能的客觀評價提供了測試方法的保障，加速了織物服用性能研究。在美歐研究重點集中于紡織品穿著舒適性與熱濕傳遞性能間的定量關(guān)系，從而對影響織物舒適性的熱濕傳遞機理有較清楚的認識。總之在20世紀90年代前，國外的研究主要集中在探究人的感

10、官判斷織物手感、舒適性等服用性能與其物理性能間的定量關(guān)系，日本的研究最為活躍，派生出所謂的“感性工學(xué)科”，每年都召開學(xué)術(shù)討論會。</p><p>　　其中織物彎曲性能的研究最早可追溯到20世紀30年代，物理學(xué)家Peirce首次對織物的力學(xué)性能做了初步研究，以一種彈性紗線理論模型模擬了織物變形。此后幾十年間，研究者大多從織物內(nèi)部紗線的物理力學(xué)特征，通過大量的模型建立、檢驗、修正以及微觀因素分析，研究織物彎曲性能，對

11、織物的力學(xué)彎曲性能的產(chǎn)生及影響因素的認識已比較充分，進入90年代以來，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展以及檢測手段和分析方法的不斷更新，織物彎曲性能研究重點具有向彎曲的動態(tài)過程、三維立體性等現(xiàn)實特征的仿真研究方向發(fā)展的趨勢，這也就使與織物彎曲特性相關(guān)的特征(如懸垂性、抗皺性及抗拱性等)的研究得到更深入發(fā)展，分析檢測結(jié)果也更具客觀性和可靠性[3]。</p><p><b>　　2 研究現(xiàn)狀</b><

12、;/p><p>　　2.1 拉伸性能研究現(xiàn)狀</p><p>　　以PTT／PET雙組分長絲織物作為研究對象，了解其不同織物參數(shù)對織物拉伸性能的影響，通過改變PTT／PET復(fù)合絲比例、捻度、織物組織和緯密4個參數(shù)織造了33種織物，測試并分析這些織物的拉伸性能指標。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)：（1）PTT／PET復(fù)合絲織物具有相似的拉伸特征，不同組織的織物均表現(xiàn)出相對較低的斷裂強力和較大的斷裂伸長，尤其在低負

13、荷條件下具有高伸長特性，這一特性主要源于長絲的卷曲伸長。（2）在其他結(jié)構(gòu)參數(shù)相同的條件下，隨著緯紗PTT／PET含量提高，斷裂強力呈下降趨勢而斷裂伸長率不斷提高，織物低負荷下伸長率增加。（3）在其他結(jié)構(gòu)參數(shù)相同的條件下，緯密主要影響織物的拉伸斷裂強力，對斷裂伸長率的影響不大。（4）PTT／PET復(fù)合絲的捻度對織物拉伸性能的影響因織物組織不同而存在一定差異[4-6]。</p><p>　　2.2 彎曲性能研究現(xiàn)狀&

14、lt;/p><p>　　服用紡織品的使用性能在很大程度上取決它的彎曲特征，如服裝穿著的適體、造型的自然、成形的不起拱和無折皺等。經(jīng)常折疊的戶外運動紡織品（如睡袋、帳篷等）和產(chǎn)業(yè)用紡織品（如承受氣壓力的氣袋織物或各種傳輸帶等），彎曲性能也是至關(guān)重要的。而織物構(gòu)成的最基本單元為紗線，紗線的彎曲性能直接影響織物的彎曲性能。且交織屈曲、針編成圈中亦受紗線彎曲行為的影響。因此，明確紗線的彎曲性能，對確定后道加工工藝，對估計面料

15、風(fēng)格特征具有理論和實際意義[7]。</p><p>　　彎曲性能作為織物一種重要的力學(xué)性質(zhì)，歷來受到國內(nèi)外研究者的重視，并已經(jīng)取得了多種研究成果。紡織品在應(yīng)用過程中，很大程度上依賴于它自身的彎曲性能，如懸垂性、抗起皺性、抗拱性等都是織物風(fēng)格客觀評價的重要指標。近年來，隨著新產(chǎn)品、新材料的不斷開發(fā)和應(yīng)用及新型測試技術(shù)和方法的出現(xiàn)，織物彎曲性能的研究也不斷深入。</p><p>　　研究織物彎

16、曲性能所采用的方法分別為解析方法、數(shù)值方法、流變學(xué)的方法等?？椢锇l(fā)生彎曲變形時，由于纖維的粘彈性和紗線內(nèi)纖維的重新分布，所有織物均表現(xiàn)出不同程度的粘彈性和纖維間內(nèi)摩擦性[8]。</p><p>　　織物彎曲特性的兩個參數(shù)是織物彎曲剛度(或柔軟度)和滯后程度．紗線的彎曲剛度多取決于面料織物密度和紗線捻系數(shù)等等?？椢飶澢鷾笾饕Q于其抗彎剛度[9]。兩者都可從彎曲一滯后曲線上得出．一般說來，過了初始非線性區(qū)域后，力

17、矩／曲率曲線可用下式來表示：</p><p>　　mF=mF0+DFKF</p><p>　　式中：mF為施加的力矩；mF0為克服磨擦阻力所需達到的力矩；DF為織物彎曲剛度，它由構(gòu)成織物的纖維或紗線的抗彈性力以及它在織物上產(chǎn)生的卷曲所組成，彎曲時，阻止紗線中纖維自由移動的磨擦力會發(fā)生變化．這兩個因數(shù)會影響織物中紗線的幾何一致性和磨擦阻力，從而決定了織物彎曲特性[10-11]。</p&

18、gt;<p>　　2.3剪切性能研究現(xiàn)狀</p><p>　　剪切性能作為織物最重要的力學(xué)性能之一，在實際應(yīng)用中不僅影響織物懸垂性，柔軟性及其手感，而且通過影響織物經(jīng)緯方向以外的拉伸變形性能而影響服裝的穿著舒適性。</p><p>　　長期以來研究者在織物剪切性能的研究上投入了大量精力，特別是20世紀80年代以后為實現(xiàn)面料科學(xué)設(shè)計，弄清剪切性能與織物設(shè)計參數(shù)之間的關(guān)系，曾有研

19、究者對新合纖織物剪切性能進行過系統(tǒng)研究。由于紗線摩擦問題非常復(fù)雜，至今沒有一個適合多類織物的通用剪切性能模型[12]。</p><p>　　織物剪切剛度是影響織物硬挺柔軟度和服裝的空間曲面造型性能的主要因素，在剪切剛度的測定中，通常要對經(jīng)緯向剪切剛度分別測定。利用織物剪切剛度理論，在22種精紡毛型織物實驗數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，探討精紡毛型織物經(jīng)緯向剪切剛度與織物結(jié)構(gòu)的關(guān)系，近似求得經(jīng)緯向剪切剛度之間的關(guān)系方程。并將新采集的

20、10種精紡毛型織物對方程進行驗證，結(jié)果顯示方程的平均誤差率為8％，表明對于精紡毛型織物來說，在已知織物經(jīng)向或緯向剪切剛度的條件，可以根據(jù)剪切剛度和織物經(jīng)緯密的關(guān)系近似求得另一方向上的剪切剛度[13]。</p><p><b>　　3 發(fā)展方向</b></p><p>　　3.1 拉伸性能研究方向</p><p>　　預(yù)測織物力學(xué)性能的研究已有很

21、長歷史，其指導(dǎo)思想都是由紗線參數(shù)和織物結(jié)構(gòu)參數(shù)得到織物力學(xué)性能。一般是對織物結(jié)構(gòu)作簡化假設(shè)抽象出織物幾何結(jié)構(gòu)模型，運用紗線力學(xué)性能得到織物力學(xué)性能。這些研究逐漸發(fā)展成為力法和能量法兩大類方法，但在超出線彈性應(yīng)變范圍時該兩類方法精確度差，且應(yīng)用方法復(fù)雜，對各種模量范圍內(nèi)織物的適應(yīng)性差?。</p><p>　　人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是最近發(fā)展起來的多學(xué)科交叉的前沿技術(shù)，它具有突出的學(xué)習(xí)自適應(yīng)能力、容錯能力、聯(lián)想記憶能力等特征，

22、目前已在紡織研究中得到日益廣泛的應(yīng)用，如它成功地用于優(yōu)化紡紗工藝、織物疵點識別、上染率的計算和服裝加工生產(chǎn)等。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬人腦結(jié)構(gòu)和智能特點，由大量簡單神經(jīng)元構(gòu)成，解決問題時不需要對象的精確模型．儀需要大量的原始數(shù)據(jù)，通過其結(jié)構(gòu)的可變性逐步適應(yīng)外界作用，并挖掘出對象內(nèi)在的因果關(guān)系，最終以一種不很精確的輸入、輸出值描述出來[14-15]。</p><p>　　3.2彎曲性能研究方向</p><

23、;p>　　采用先進的測試手段及分析方法是近年來彎曲性能研究的方向，最突出的主要有計算機圖象處理技術(shù)和模擬仿真技術(shù)等。</p><p><b>　?。?）圖象處理技術(shù)</b></p><p>　　計算機圖象處理技術(shù)是指圖象的編碼、濾波、增強及復(fù)原等處理，還包括圖象的分析與識別。作為一種新型的處理手段，自70年代應(yīng)用于紡織測試以來，大體上經(jīng)歷了從簡單參數(shù)的分析計算到

24、立體織物的三維圖象重建的發(fā)展過程。它可以直觀地對織物彎曲變形的圖象進行變換，提取特征指標信息。圖象處理技術(shù)的應(yīng)用使織物彎曲性能的研究取得了長足的進展。Y．J．Jeong和D．G．Philips利用圖象分析技術(shù)對織物的懸垂性進行了研究，分析了織物覆蓋系數(shù)等參數(shù)對織物彎曲剛度的影響，并提出了用指標懸垂一距離比表征織物懸垂特征，與實驗結(jié)果有一定的一致性。圖象分析技術(shù)不僅在織物的懸垂彎曲方面有所應(yīng)用，Y．G．Na，Tae．JinKang等人又將

25、其應(yīng)用于織物表面折皺的分析，并采用非常新穎的三維網(wǎng)格投影技術(shù)，提出了織物折皺變形的一種客觀評價方法。德克薩斯大學(xué)的B．Xu也根據(jù)圖象分析后的特征，提出了用折皺灰度表面積、陰影面積等指標對織物折皺進行評級。</p><p>　　目前圖象處理對象大多是二維靜態(tài)圖象，而從近年織物變形彎曲性能的研究動態(tài)來看，還有許多動態(tài)圖象要處理及從二維圖象處理向三維圖象重建發(fā)展，這將對圖象處理技術(shù)提出更高的要求。</p>

26、<p><b>　?。?）模擬仿真技術(shù)</b></p><p>　　模擬仿真技術(shù)是指遵循相似(幾何、環(huán)境及性能相似)原理，用模型(物理模型或數(shù)學(xué)模型)代替實際系統(tǒng)進行實驗和研究?？椢锬M仿真技術(shù)起步雖晚，但發(fā)展較快。它根據(jù)所用模型的性質(zhì)分有以下幾種：一種是基于研究織物的物理特征，利用計算機技術(shù)模擬其真實效果，并進行分析、計算，為研究提供預(yù)測資料。它是以物理過程、幾何尺寸、及環(huán)境條

27、件相似為基礎(chǔ)的仿真。90年代以來，先后有Van West，Collier，Tae．Jin．Kang等采用這種技術(shù)方法對織物彎曲特征進行仿真研究，為織物的彎曲性能的研究開辟了新思路。其中，Van West利用純幾何方法對雙向織物在各種不同表面形狀的支撐平臺上的任意彎曲懸垂特征進行了圖形學(xué)模擬仿真，從中預(yù)測出織物中經(jīng)緯紗交織點處的彎曲表面的狀態(tài)，從而決定了其中紗線纖維的取向及織物剪切變形的特征形態(tài)。另一種是應(yīng)用性能相似、環(huán)境相似的原理，按照

28、真實系統(tǒng)的數(shù)學(xué)關(guān)系構(gòu)造系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并在數(shù)學(xué)模型上進行織物彎曲性能研究實驗，從而達到預(yù)知織物彎曲性能特征的目的。它是普遍采用有限元方法對織物彎曲變形特征進行模擬計算，根據(jù)變分原理求解數(shù)學(xué)物理問題的數(shù)值計算方法，將連續(xù)體離散化成由有限個單元在節(jié)點</p><p><b>　　三、總結(jié)部分</b></p><p>　　隨著中國經(jīng)濟發(fā)展，消費者對紡織品舒適、休閑等性能的要

29、求日益提高，為滿足這種需求，在紡織品開發(fā)過程中越來越重視新型織物的開發(fā)和應(yīng)用，如近年來出現(xiàn)的PTT/PET雙組分長絲織物、精紡毛型織物、毛/滌綸織物等，這些織物具有某些優(yōu)良的性能，為開發(fā)高檔的服裝和裝飾用面料提供了材料上的可能。我國是紡織大國，但不是紡織強國，紡織品在長期的出口貿(mào)易中采取以量取勝，低價競爭，紡織品的附加值低，在貿(mào)易的過程中經(jīng)常受到國外的特保和限制，新型纖維面料的應(yīng)用對提高我國紡織品的檔次，增加紡織品的附加值有著重要的意義

30、。</p><p>　　近年來，隨著我國紡織業(yè)的發(fā)展，在能源消耗、勞動用工等都存在一定的問題，紡織品的比較成本在不斷上升，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級迫在眉睫迫切，越來越多的企業(yè)主以新原料應(yīng)用為突破口努力生產(chǎn)高質(zhì)量高附加值的紡織面料，對新型織物面料的開發(fā)和應(yīng)用起到重要的推動作用。</p><p>　　目前我國復(fù)合紗織物的市場并不穩(wěn)定，品質(zhì)檢驗不夠完善。要盡快完善復(fù)合紗織物的質(zhì)量檢驗體系，我國復(fù)合紗織物的研

31、發(fā)和生產(chǎn)一定會有輝煌的明天！</p><p><b>　　四、參考文獻</b></p><p>　　[1] 王府梅．服裝面料的性能設(shè)計（J）．中國紡織大學(xué)出版社．2000，（12）：8．</p><p>　　[2] 周建萍，陳晟．織物風(fēng)格儀測試指標的分析及應(yīng)用（J）．現(xiàn)代紡織技術(shù)．2005，（6）：37-40．</p><p

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