织物成型性顶球评价方法.pdf
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1、第3 l 卷第6 期纺织学报V 0 1 3 l ,N o 。6 2 0 1 0 年6 月 J o u m a lo fT e x t i l eR e s e a r c h J u n 。2 0 l O 文章编号:0 2 5 3 - 9 7 2 l ( 2 0 1 0 ) 0 6 一0 0 5 2 - 0 6 织物成型性顶球评价方法 陈韶娟1 ”,马建伟2 ,曹楠楠2 ,邱冠雄1 ( 1 天津工业大学纺织学院,天津3 0 0 1 6 0 ;2 青岛大学纺织服装学院,山东青岛2 6 6 0 7 1 ) 摘要为有效地选择服装和箱包用衬布及复合材料用基布,在综述国内外织物成型性研究成果的基础上,提
2、出 了一种简便、有效、全新的织物成型性顶球评价方法。这种方法可根据试样贴服球体表面的状态和起皱程度评价 织物的成型性。研究结果表明,顶球法记录的作用力一位移曲线与织物的力学性能及成型性有密切的关系,可用于 表征织物的成型性。大量测试表明,这种方法具有较好的重现性和区分度。同时还阐述了织物成型性的表征方 法,并分析影响织物成型性的因素。为有效预测织物的成型性,运用有限元软件a b a q u s 对顶球法进行了模拟,得到 的作用力与位移曲线和实测结果基本一致,为基布的开发提供了新的思路。 关键词织物;成型性;顶球法;力学性能 中图分类号:T S1 0 1 9 2 3文献标志码:A H e a d
3、 i n g - b a nm e t h o df o re V a l u a t i n gf a b r i cf o r m a b i l i t y C H E NS h a o j u a n l ,2 ,M AJ i a n w e i 2 ,C A 0N a n n a n 2 ,Q I UG u a n x i o n 9 1 ( 1 s c | I l o D z 矿7 k t 豇,7 铀彬nP D 咖耽l I I n 如u h 矗孵H 蚵,z 弘研n3 0 0 1 6 0 ,c _ I l i M ; 2 c o Z 妇eo ,丁h I 如& 几s 幻n ,Q i 咖
4、,n 溉“ 毋,口i n g d ,S l I l o ,l d D ,l g2 6 印7 l ,现i M ) A b s t r a c tF o re 能c t i v es e l e c t i o no fI i n i n ga n d8 u b s t m t eo fc o m p o s i t em a t e r i a If o rc l o t h i n g ,I u g g a g e sa n d b a g s ,b a s e do n a no v e n r i e wo fc u 玎e n tr e s e a r c hs t a t u so ff
5、 a b r i cf o 珊a b i l i t ya th o m ea n da b r o a d ,an e w , e a s ya n de 珏色c t i v eh e a d i n g b a Um e t h o d f o r e V a l u a t i n gf a b r i cf o n n a b i l i t yi sp r o p 0 8 e d T h i sm e t h o d e v a l u a t e st h ef o 瑚a b i l i t yo ft h ef a b f i ca c c o r d i n gt ot h e
6、a t a c h e ds t a t eo ft h es a m p l ef a b r i co nt h es u r f a c eo f t h eb a Ua n dt h ew r i n k l e dd e g r e eo ft h es a m p l e T h er e s u l t ss h o w e dt h a tt l I e 北t i n gf o r c ea n dd i s p l a c e m e n t c u r v er e c o r d e db yt l l eh e a d i n g - b a l lm e t h o
7、di sc l o s e l yr e l a t e dt ot l I em e c h a n i c a lp r o p e r t i e sa n df o m a b i l i t y o ft h ef a b r i c ,t h a tc a nb eu s e dt oc h a r a c t e r i z et h ef o n l l a b i l i t yo ff a b r i c 8 Al a r g en u m b e ro ft e s t 8i n d i c a t e d t h a tt h em e t h o dh a sg o
8、o dr e p m d u c i b i l i t ya n dd i s c r i m i n a t i o n T h ec h a m e t e r i z a t i o nm e t h o do ff a b r i c f o 瑚a b i l i t y 明df a c t o r si n n u e n c i n gf a b r i cf o 咖a b i l i t ya 弛g i V e n I no r d e rt 0e 自f e c t i v e l yp r e d i c tt h ef a b r i c f o 珊a b i l i t
9、y ,t h i sa r t i c l e u s e sf i n i t ee l e m e n ts i m u l a t i o ns o f h a r ea b a q u st os i m u l a t et h eh e a d l i n g b a U m e t h o d T h ea c t i n gf o r c e d i s p l a c e m e n tc u r v e so b t a i n e da r eb a s i c a l l yi na g g r e e m e n tw i t l le x p e r i m e n
10、 t a l v a l u e s T h i sm e t h o dp r o v i d e san e wt l l i n k i n gf o rt l l ed e V e l o p m e n to fc o m p o s i t eb a 8 ec l o t h K e yw o r d sf a b r i c ;f 0 珊a b i l i t y ;h e a d i n g - b a Um e t l I o d ;m e c h a n i c a lp r o p e r t y 织物的成型性是指织物无褶皱形成某种特定形 状的能力,除了与织物中纱线的滑移
11、能力和剪切 角的调整能力以及纱线拉伸性能和弯曲性能有关 外,还与织物所受作用力大小、作用方式和作用速度 有关。织物的成型性对三维复合材料及其相关产品 的外观及性能有很大影响。因为织物从平面变形为 三维立体形状必然导致纱线角度和位置的调整,对 大多数织物而言,这种调整是有限的,超过其限度便 会产生皱褶。如果复合材料基布具有优异的成型 性,就可以将其用于形状复杂或不规则的制品。目 前,关于织物成型性研究主要集中在以下几方面。 1 ) 从织物的剪切性能人手,提出了剪切锁定角 收稿日期:2 0 0 9 一0 5 3 1修回日期:2 0 l O 一0 2 一0 8 作者简介:陈韶娟( 1 9 6 9 一
12、) ,女,副教授,博士生。主要研究方向为织物成型性。马建伟,通讯作者,E m a i l :m j w f z h o t m a i l C 0 m o 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 第6 期陈韶娟等:织物成型性顶球评价方法 5 3 概念,这一概念已被广泛接受旧。1 ,但是到目前为 止,锁定角的唯一获得方法还是试验法,常用的方法 为剪切框测试法。而且,在许多情况下,织物还没有 达到剪切角就已经起皱。 2 ) 从织物的悬垂性入手,研究织物在自重作
13、用 下的成型效果。9 t ,但是,尽管织物的悬垂性与成型 性关系密切,却不完全一致。因为织物悬垂时只在 自重作用下变形,不受外力影响,很难模拟现实中的 应用情况,即使是服装中的肩衬,其受力也不仅仅是 衬布的自重,因此悬垂性不能全面表征织物的实际 成型能力。 3 ) 为更好地模拟实际成型过程,用特制的半球 状模具冲压织物,迫使织物形成半球状,根据成型过 程中的起皱情况评价织物的成型性受到重视。该方 法试验简单,结果直观,在很大程度上反映了织物在 外力作用下的变形行为,但也存在一定的缺点,织物 的厚度会影响到其受压的程度,织物厚度越小,压力 越小。而且织物所受的压力很难准确测知和控制。 文献 1
14、0 提出采用“落球法”测试织物的成型 性,由于落球法具有一定的冲击性,与实际情况有一 定的差距。本文在此基础上进行改进,提出一种更 为合理的织物成型性测试方法顶球法。 1 顶球法试验装置与测试方法 1 1 试验装置构思 织物成型性试验装置的基本要求可归纳为:1 ) 试样受均匀、可控、随机的变形约束力;2 ) 作用于试 样的强迫变形力和试样的变形位移可测定;3 ) 对成 型性能不同的织物有较好的区分度。 1 2 测试原理与过程 1 2 1仪器 顶球法试验装置如图1 所示。挡圈直径为 6 5m m ,用于防止钢球在试验前滚入托盘中间的圆 孔以影响试样的平整;托盘中间有1 个直径为 6 3m m 的
15、圆孔,便于球状模型通过;顶球是顶织物用 的球状模型的简称;力传感器量程为1 0 0N ,感量为 O 0 1N ;小钢球直径为5m m ,总质量为5k g ;托盘直 径为( 3 0 0 + 2 ) m m ;顶球直径为6 0m m ,顶球速度为 1m m m i n o 1 2 2 试样 试样为直径3 0 0m m 的圆形。样品规格如表1 所示。每种样品分别进行3 次试验。试验在2 3 , 相对湿度为5 8 的条件下进行。 注:l 一挡圈;2 一小钢球;3 一托盘; 4 一试样;5 一顶球;6 一力传感器。 图l 顶球法试验装置 F i g 1H e a d i n g b a l lt e s
16、 td e v i c e 袭1 试验样品规格 T a b 1 S p e c i 行c a t i o no fs a m p l e s 注:试样所用原料为锦纶。 1 2 3 试验原理与方法 将事先裁好的试样平整地铺放于托盘上,并将 挡圈放置于托盘的正中间,以避免小钢球滚入托盘 中间的圆孔处,然后将小钢球均匀地置于试样上,对 试样施加约束,如图l 所示。在试验前将挡圈轻轻 取出,因为此时试样已经被小钢球压住,即使有少量 的小钢球滚入托盘中间的圆孔处,也不会对试样的 平整性产生太大影响。测试时,转动涡轮,涡轮带动 丝杆上升,从而推动传感器和顶球慢慢上移,顶向试 样。随着球体模型的上升,试样在
17、小钢球的重力作 用下,逐渐包覆于顶球的表面。顶球继续上升,织物 表面开始出现褶皱,并逐渐增加,如图2 所示。根据 试样在顶球表面褶皱的程度、顶球的位移与顶球所 受的压力可判断织物的成型能力。从顶球与试样接 触开始,可记录顶球上升的位移和所受压力,根据需 要可绘制出顶球的位移与作用力曲线。 1 2 4 影响因素与试验效果 试验发现,小钢球的数量、顶球的大小和试样大 小等均对试验结果有显著影响。通过试验,选择小 钢球的直径为5m m ,小钢球的总质量为5k g ,试样 直径为3 0 0m m 。为检验该方法的有效性,先后做了 大量的试验。 图3 、4 分别示出l 号、2 号各3 块试样的顶球 成型
18、形态和顶球位移与作用力曲线。通过观察和对 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 5 4 纺织学报 第3 1 卷 l4 0 0 l2 0 0 董l0 0 0 荟s o o 世6 0 0 蓄枷 2 0 0 0 图2 织物成型过程 F i g 2 F a b r i cm o l d i n gp I D c e s s ( a ) P r i m a r yB t a g e ;( b ) B e g i n n i n go f c r i m p i n
19、 g ;( c ) M i d d l es t a g e ;( d ) R e g o s i t yw h e nF ( a ) l 号3 块试样的成型 O2 04 06 0踟1 0 01 2 0 顶球位移,m m ( b ) l 号3 块试样顶球位移与作用力曲线 图3l 号3 块试样的成型及顶球位移与作用力曲线 F i g 3M o l d i n g ( a ) a n df b 咒e d i 8 p l a c e m e n tc u r v e s ( b ) o ft h 聆es a m p l e so fs a m p l el 比可以看出,对于相同的试样其顶球位移与作用
20、力 曲线及成型形态是基本一致的,而不同的试样顶球 位移与作用力曲线及成型形态是不同的,表明该方 法具有较好的重现性和区分度。 2 织物皱褶的表征 从图3 ( a ) 和图4 ( a ) 中可以看出,织物的成型 性能与织物褶皱的分布、数量、大小和形态等特征有 关。文献 1 1 提出可利用对比样照目测综合评级 的方法来评价织物的成型性能,但是靠目测判断试 样的成型性,无法解决误差大,稳定性差的缺陷。如 果能将这些特征用图像识别,客观地提取,而不依赖 人的主观目测,能大大提高其测试精度、灵敏度和稳 定性,并可显著提高测试效率。为此,提出了利用特 征轮廓展开图来评价织物成型性能的方法。 l4 0 0
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