织物折皱弯曲性能的研究.pdf

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1、纺织学报第二十一卷第一期 织物折皱弯曲性能的研究 石风俊 ( 郑州纺织工学院) 胡金莲 ( 香港理工大学) 余同希 ( 香港科技大学) 【摘要】在简化织物结掏和弯曲变形形状的基础上，本文利用能量方法对织物折皱弯曲及筒状织 物的挤压折皱问题进行了分析，对于具有内摩擦约束的线性弹性材料给出了折皱弯曲力和功与变形之 间的关系。理论与实验结果相吻合。 关键词：织物折皱弯曲折皱功折皱弯曲力形变模型能量分析法 中圈分类号：T S1 0 1 2 一、引言 测定折皱回复性的常用方法“2 1 是在一定 大气条件下将织物试样折叠并加压一定时间， 释重后测量织物恢复的角度。研究织物在折皱 弯曲过程中力与变形关系，采

2、用力的方法r 3 , 4 虽 可给出精确的解，但公式往往过于复杂，无法直 接应用；采用能量方法 5 、6 3 可以给出简单的结 果，但有待改进和验证。为此，本文利用能量方 法对织物在折皱弯曲过程中的力学行为进行了 分析。 = 、理 论 1 织物的折皱弯曲 如果不考虑织物组织结构和纤维的粘弹 性假定织物是一个具有内部约束的弹性条，其 流变模型由一个弹簧和一个摩擦元件并联组 成j 如图1 所示。假定织物的弯矩M 和摩擦约 束力偶M I 仅为弯曲曲率的函数，即M M ( ) ，M i = M f ( k ) 。 M ( k ) 6 业 卵 I 。一 - 7 7 7 ：7 7 7 行。因为半圆形弯曲需

3、要一个纯力矩，而在此弯 曲则是由纯力引起的，这种简化会引起一些误 差。对于弯曲弹性为线性的材料，由此引起的误 差在1 0 以内“ 。 首先，计算织物中的弹性能。弯曲弹性能量 都集中在弯曲部分，伸直部分的弯曲能量为零。 织物中的弹性能等于把织物的曲率半径从。弯 曲到半径为尺所需要的能量即 以R ) _ F R f l M ( k ) d k ：棵e 丝学d r ( 1 ) 式中：织物的弯曲曲率 = 1 r 。 圈2 织物弯曲变形的几何形状 其次，考 虑摩擦所消耗 的能量。把织 物从伸直状态 折皱弯曲成半 径为R 的半 圆筒，克服摩 擦约束力偶所 考虑织物在间隔 消耗的能量，表达形式与式( 1 )

4、 相同；同时，如果 为T 的两个平行平 由于挤压使织物的弯曲曲率半径减小心，则有 面之间受到挤压而折 一段长度为t r z l r 的织物被排出半圆之外，由弯 ，、皱弯曲，如图2 所示。 曲状态而伸直( 见图2 ) ，这也要消耗能量。因 1 4 为简化计算，假定织 此，摩擦所消耗的总能量为 物弯曲部分的轮廓为 E ，( 尺) 一州2r M r ( I r r ) 。， 半圆形，其余部分则 “ 圈1 织物弯曲的形变模型伸直且与两平板平 + z 要半猁r ( 2 ) 挚 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermark

5、R to remove the watermark 2 0 0 0 年2 月 式( 2 ) 中的第二项即为由弯曲状态变伸直的部 分织物所消耗的能量。 因此，把织物从伸直状态弯曲成半径为月 的半圆筒形所需要的总能量为 E ( R ) 一E 。( 尺) + E ，( R )( 3 ) 把织物从某一半径R 。折皱弯曲到半径为 R 则需要的总能量为 W ，一E ( 尺) 一E ( 尺。)( 4 ) 对能量u - 微分就可得到折皱弯曲织物所需要 的力，即 F ，= d w ? d ( 2 R ) 一一( 1 2 ) d E ( R ) d R ( 5 ) 假定织物的弯曲弹性是线性的，具有恒定 的内摩擦约

6、束，即M ( k ) 一B k B r ，M f ( ) 一 坛，式中：B 和肘。分别为织物的弯曲刚度和摩 擦约束力偶。于是有 W ，一”B 2 R 一”B 2 R o + F M o l n ( R R ) ( 6 ) F = F B 4 R z + ”M o e n ( ) 以上推导中，在摩擦消耗的能量方面与 C h a p m a n 等“3 的考虑不同。按照他们推导的公 式，把织物从伸直状态弯曲成半径为R 的半圆 筒所需要的能量为。而对一定的织物，式( 6 ) 的数值则是一定的。因此，本文的公式更加完 善。 2 筒状织物压缩折皱 把条形织物试样正面朝外弯曲成筒状，将 其短边的两端对接，

7、用很窄的双面胶薄膜粘在 一起，放于两平板之间，接口朝下贴于下面的平 板上。如果试样的长度很短，重量的影响可以忽 略不计。则该织物可以近似地看成圆筒状，如图 3 ( a ) 所示。 筒状织物沿径向受到挤压时发生变形，与 两平板接触的部分由弯曲而伸直，处于两板之 间的织物仍为弯曲状态。为简化计算，假定织物 圆筒沿径向受压后的轮廓为跑道型，即与两平 板接触的部分为直线，左右两边的弯曲部分呈 半圆形，如图3 ( b ) 所示。挤压时，随着弯曲部分 的曲率增加，与平板接触的部分略有起拱。不 砸刀- K I 皇型暨型 田3 圆筒状织物压缩前后形状的变化 过，由于试样的周长不大，起拱并不严重。这样 筒状织物

8、在受到挤压时的力学行为可以用半圆 筒形织物折皱弯曲的方法来处理。 把圆筒状织物看成是由两个半径为R 。的 半圆筒组成。在压缩之前，半圆筒状织物由于受 到另一半圆筒对它的作用而处于平衡状态。对 于这一织物半圆筒而言，这相当于有一外力作 用于它并对它做功，使之保持半圆简状态。根据 对织物折皱弯曲的分析可知，把织物从曲率半 径为o 。弯曲到半径为风的半圆形，外界需要对 织物作功E ( R 。) ，应施加的外力为F ，( R o ) 。因 而，把此半径为R 。的半圆筒压缩成弯曲部分曲 率半径为R 的半跑道形，需要施加的能量和外 力分别为 w ，。一E ( R ) 一E ( R 。)( 8 ) F 。一

9、F ，( R ) 一F ，( R o )( 9 ) 因此，把半径为R 。的圆筒状织物压缩成两边半 圆半径为R 的跑道形，所需做的功为 W L 一2 E ，( J R ) 一Z E , ( 尺o ) ( 1 0 ) 压缩环状织物所需的力为 F L 一2 F ，( R ) 一2 F ，( R o )( 1 1 ) 对于弯曲刚度和摩擦约束力偶为常数的材 料，把式( 6 ) 、( 7 ) 分别代入式( 1 0 ) 、( 1 1 ) ，可得 W = ，旧R z B R o + 2 r M o I n ( R o R ) ( 1 2 ) F 一r B l 2 R 2 一，r B 2 R ；+ F M o

10、R 一”M o R 。 ( 1 3 ) 由此可知，织物在受到挤压时，折皱弯曲力 及折皱功与其弯曲刚度和弯曲摩擦约束力偶有 关。 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 纺织学报第= 十一卷第一期 表1 织物的结构和弯曲性能参数 经纬密度重量厚度 B ( g f c m 2 c m )2 M 。( g f e m c m ) 试撵 材料 组织 ( 根1 0 c m 2 ) ( g m2 ) ( c m ) 经向纬向 经向 纬向 l 毛涤平纹2 2 4 1 9

11、 3 16 10 0 3 2 9 0 1 0 8 1 0 0 8 0 50 0 2 6 50 0 3 8 4 2 棉平纹 2 2 6 1 9 019 80 0 3 6 00 0 5 6 70 1 5 2 30 0 7 4 80 0 4 8 7 3 尼龙斜纹 5 5 9 2 9 51 2 30 0 1 9 10 ，0 8 3 60 2 4 4 00 0 9 1 2O 1 8 0 8 4 毛 斜纹3 3 0 2 5 62 4 50 0 6 2 70 1 6 5 90 1 3 5 40 0 8 4 80 0 6 4 2 表2 半圆筒形织物试样的理论与实测折皱弯曲功的比较 试样方向 T D T 。K

12、。 w ( g f c m c m ) 相对误差 ( g f c m ) ( c m )f e r n )( c m 一1 )理论计算 实测 ( ) 经向 1 01 6 9 90 2 1 8 21 07 91 7 2 0 2I 7 0 2 21 0 6 1 纬向 1 01 6 9 90 1 9 2 31 2 5 51 5 7 6 01 5 6 7 00 5 7 经向1 01 6 9 90 1 8 0 91 3 8 01 4 0 9 31 5 2 6 1 7 6 5 2 纬向 1 01 6 9 90 2 3 7 29 9 42 2 5 2 42 4 4 2 07 7 6 经向 5 01 7 0

13、90 0 9 2 42 7 2 83 8 7 7 14 0 3 4 69 0 4 3 纬向 5 01 7 0 90 1 0 7 62 2 6 09 0 4 5 66 7 6 8 9 3 3 6 3 经向 5 01 6 9 90 】7 0 2 1 8 6 0 4 8 8 9 8 5 0 9 3 34 0 0 4 纬向 5 01 6 9 90 】6 7 31 9 】24 0 8 2 43 ，9 5 3 33 2 7 表3 筒状织物挤压折皱弯曲功理论计算和实测值的比较 F 。T 。 L K 。 w ( g f c m c m ) 相对误差 试样方向 ( g f c m ) ( c m )( c m

14、)( c m 一1 )理论计算 实测 ( ) 经向5 0 6 4 0 1 4 7 058 7 6 4 25 7 4 4 95 7 4 8 00 0 5 l 纬向 5 0 5 70 ，1 3 4 559 4 3 4 04 9 9 1 9 4 8 9 4 81 9 8 经向 5 0 70 1 2 9 951 0 6 4 9 64 2 3 6 14 6 6 7 09 2 3 2 纬向5 0 5 20 1 6 3 257 8 6 1 67 3 0 9 5 6 6 3 7 5 1 0 1 2 经向 5 0 6 90 1 2 7 559 2 2 5 l5 2 7 7 9 5 2 6 1 20 3 2 3

15、纬向 5 0 6 4O 1 6 9 457 4 9 6 31 1 9 J 8 88 ，6 5 1 63 7 7 6 经向 5 3O 2 0 4 357 0 6 2 17 3 4 7 3 7 5 2 8 1 2 4 0 4 纬向 5 2 2 50 1 9 1 8 57 7 4 5 9 6 3 3 7 96 4 9 1 3 2 3 6 三、试样及实验方法 试样为四种性能不同的织物：精纺毛织物、 毛涤混纺织物、棉织物及尼龙涂层织物。织物 的弯曲刚度和摩擦约束力偶利用K E S - - F B 2 弯曲仪进行测试。弯曲速度为0 5 c m s ，最大 曲率为士2 5 c m 。由于不考虑织物的粘弹性，

16、 滞后弯矩2 H B 即为2 M 。织物的组织结构及弯 曲性能参数列于表1 。织物的折皱弯曲在 K E S w F B 3 压缩仪上进行，挤压速度为1 2 c m 四、结果及讨论 已知织物的厚度为 t ，两压板之间的间距为 丁，弯曲半圆的曲率半径 为( 7 一) 2 。织物圆筒的 周长为L ，则其初始半径 R 。为0 5 L m ：。在实验时， 上压板向下移动，当达到 预定的压力后，两压板间 的最小距离T ，和压缩功 被记录下来，上压板立即 转向并以同样的速度上 升。把R 。、丁l 及表1 中的 弯曲刚度B 和约束力偶 磊分别代入式( 6 ) 、( 1 2 ) ， 织物的折皱弯曲功就可计 算出

17、来。织物折皱弯曲及 筒状织物压缩功的实测数 值和理论计算结果分别列 于表2 、3 。从表中可见，毛 织物和毛涤织物的计算结果和实验数据吻合 得很好，棉织物一般，尼龙涂层织物稍差。 同样，把表1 中的数据代入式( 7 ) 和( 1 3 ) ， 织物折皱弯曲力与压板间隔丁的关系曲线就 可以计算出来。图4 、5 是织物条折皱弯曲时的 理论和实验曲线；图6 、7 是筒状织物挤压折皱 弯曲时的理论与实测曲线。图中，实验数据为实 线，理论曲线为虚线。可以看出，毛涤织物实验 结果与理论符合得很好。尼龙织物由于结构紧 密并进行了涂层处理，摩擦约束力偶明显较大， 万方数据 PDF Watermark Remov

18、er DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 2 0 0 0 年2 月 囊图囊贮 020 40 6 0 011214 T 忙m 1 0 20 40 60 8112I4 T 围4 毛涤织物折皱力理论计算结果与实测结果的比较 蠖 蠼区 020 4o 6o B11214 16 T I c m l 0 30 S0 70 91 1 315 1 1 “ l I 其弯曲性能可能是非线性的，因而理 论和实际出入相对较大。 五、结论 本文利用由弹簧和摩擦元件并联 组成的简单模型对织物的折皱弯曲行 为进行丁分析和计算。毛和毛涤织

19、物 的实验结果与理论符合得很好。这表 明在折皱弯曲力不太大时，毛和毛涤 织物的折皱弯曲行为可用弯曲剐度和 摩擦约束力偶两个参数来表征。不过， 在大负荷情况下，则必须考虑织物的 粘弹性和塑性对折皱弯曲的影响。 田5 尼龙涂层织物折皱弯曲力理论计算结果与实测结果的比较 参考资料 0 1 50 40 6 60 911 514 0 40 6 50 9 t 1 51 4 ( 1 9 7 2 ) 7 l 帅I岬l E 6 3C h a p m a n ，B M ，a n dH e a r I e ，J w 围7 尼龙涂层织物筒挤压折皱弯曲力理论计算结果与实测值的比较 ；1 9 7 2 J ) T e x

20、L I n 时6 3 4 0 4 4 1 2 J L 、 J t J L E 生 j 屯J t J t _ t t t 曼 J t o t 直E _ - J - J L J L _ 圭壹 一虫J L 回 非传统的羊毛整理 将高技术用于非传统的羊毛整理工艺，有的已初见效果。 超临界二氧化碳用于羊毛染深色，已有初步结果。但超临界二氧化碳的疏水性强因此要达到产业化尚需进 步研究开发。 蓝光辐射能明显提高羊毛的漂白效果。在超声波的影响下染色深度也可提高 等离子体处理，可降低羊毛缩率，也可提高染料的上染率但将带来延长加工时间和增加能耗。 酶处理可以降低毛纤维模量，改善毛织物手感。并可代替用硫酸碳化 (

21、摘自纺织科普) 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark J o U R N A Lo FT E X T I L ER E S E A R C H V 0 1 2 1 ，N o 1 ，J a n 。2 0 0 C o Q t e n t sa n dA b s t r a c ， R e s e a r c hR e p o r t s S y n t h e s i z i n ga n dP r o p e r t yS t a d yo fF G IP

22、 o l y a c r y l a t eS i z e An e wF G Ip o l y a c r y l a t es i z eh a sb e e ns y n t h e s i z e dc o n t a i n i n gh i g ha c r y l a t er a t e A f t e ri t sp r o p e r t i e sa n ds i z e f i l mh a v eb e e nt e s t e di nc o m p a r i s o nw i t ho t h e ra c r y l i cs i z e s ，t h er

23、e s u l t ss h o wt h a tt h es i z ew i t l lg i v eh i g h e rs o l i d c o n t e n t ，l o w e rv i s c o s i t y ，l o w e ra b s o r b e n tq u a l i t ya n db e t t e rt e n a c i t y F u r t h e r m o r e ，l th a sa ne x c e l l e n tc o h e s i o nt o p o l y e s t e r c o t t o nf i l a m e n

24、 t ；t ，F 4 nX u e b n ge ta l t4 ) J r A n a l y s e sa n dI n v e s t i g a t i o n s J r T h sS t u d yo nt h eS t r u c t u r eo fL y o c e l lS t a p l eF i b r ew i t hS k i n C o r e I nt h i sp a p e r t h er e m a r k a b l es t r u c t u r eo fL y o c e l ls t a p l ef i b r ew i t hs k i n

25、 c o r ei sf o u n d ，a n dt h es t r u c t u r a lm o d e l i se s t a b l i s h e da c c o r d i n gt oo p t i c a lm i c r o s c o p i ca n dS E Mp h o t o sb f L y o c e l s t a p l ef i b r e sa f t e rb e i n gp r o c e s s e dw i t h m e c h a n i c a lf o r c e A l s ot h ed i f f e r e n c

26、e so ft h es t r u c t u r ea n dt h ep r o p e r t yb e t w e e ns k i na n dC O r el a y e r sa r ed i s c u s s e d i nd e t a i lo nt h eb a s i so fp r o c e s s i n gt e c h n o l o g ya n ds t r u c t u r a lt h e o r yo fm a nm a d ef i b r e Z h a n gJ i a nc h u ne ta l ( 7 ) AS t u d yo n

27、B e n d i n ga n dC r e a s i n gP r o p e r t i e so fW o v e nF a b r i c s I nt h ep a p e r ，a ne n e r g ym e t h o dh a sb e e na p p l i e dt ot h es t u d yo fb e n d i n ga n dc r e a s i n go ft h ew o v e nf a b r i c s T h e s t r u c t u r a lc o m p l e x i t yo ft h ef a b r i cg e o

28、m e t r yi sn e g l e c t e da n dt h ef a b r i ci sr e g a r d e da sas t r i p ，S i m p l er b e o l o g i c a l m o d e lc o n s i s t i n go fal i n e a re l a s t i ce l e m e n ta n df r i c t i o n a le l e m e n ti su s e dt os t u d yt h ec r e a s i n go ft h ef a b r i cs t r i p a n dt

29、h ec o m p r e s s i o no ft h ef a b r i cl o o p s A l t e rt h ee n e r g ye q u a t i o n sP , r ef o r m u l a t e d ，s i m p l es o i u t i o R sf o rt h ec r e a s i n g w o r ka n dt h ec r e a s i n gt o r t eo ft h ef a b r i c sa r eo b t a i n e d T h ew o r ka n df o r c ec a nb ec a l

30、c u l a t e db ye m p l o y i n gt h e b e n d i n gr i g i d i t ya n df r i c t i o n a lc o n s t r a i n tc o u p l em e a s u r e di nt h ep u r eb e n d i n gt e s t T h ec o m p a r i s o no ft h ee x p e r i m e n t a ld a t aw i t ht h et h e o r i c a lr e s u l t sd e m o n s t r a t e sa

31、 g o o da g r e e m e n tb e t w e e nt h e m ，T h i ss u g g e s t st h a tt h ef a b r i c s a r el i n e a r l ye l a s t i ci nc r e a s i n g T h ec r e a s i n gb e h a v i o ro ft h ef a b r i cs t r i p sa n dl o o p e df a b r i c sc a nb ea c c u r a t e l yp r e d i e t e du s i n gt w ob

32、 e n d i n gp a r a m e t e r s S h iF e n gJ “ne ta l ( 1 1 ) R e s e a r c ho i lt h eP o l y m e r i cS t r u c t u r eo fB u l kS t r e t c h e dS i l kY a r l x s B y m e a D 8o f t h ex - r a yd i f f r a c t i o na n a l y s i s ，d e n s i t y g r a d i e n ta n dd o u b l er e f r a c t i o

33、n m e t h o d s t m e a s u r e m e n to f t h e c r y s t a l l i n i t ya n do r i e n t a t i o no fb u l ks t r e c h e ds i l ky a r n s ( B S S Y ) h a v eb e e nr e p o r t e di nt h i sp a p e r T h er e s e a r c hf o c u s e so nt h ed i f f e r e n c eb c t w e e np o l y m e r i cs t r u

34、 c t u r e so fB S S Ya n dt h a to fo r d i n a r ys i l ky a r n sa n dt h ee f f e c t i o no fB S S Y o nf i b r em e c h a n i c a lp r o p e r t i e s T h er e s u l t so lt h i sr e s e a r c hs h o wt h a tt h ec r y s t a l l i n i t ya n do r i e n t a t i o no fB S S Yi s l o w e rt h a n

35、t h a to fo r d i n a r ys i l ky a r n s ，a n dt h a tt h em e c h a n i c a ip r o p e r t i e sa r er e l a t e dt oy a r n ss t r u c t u r ea n dp r o c e s s J a gt e c h n o l o g ya sw e l l ，C h e nY ur u ee ta l ( 1 5 ) A n a l y s e sa n dS t u d i e so nR e a c t i o nM e c h a n i s mo

36、fP o l y c a r b o x y l l cA c i d sw i t hC e l l u l o s l cF I b e r s T h ep a p e rt a k e sa so b j e c t so fs t u d yt h ep o l y c a r b o x y l i ca c i df i n i s h e r ss u c ha sc o m m o n l yu s e dC A ，I A M A a n d B T C A ，t o g e t h e rw i t ht h ep u r eC O t t O nf a b r i c s

37、a n a l y s e sa n ds t u d i e st h er e a c t i o nm e c h a n i s m o fp o l y c a r b o x y l i ca c i d s w i t hc e l l l u l o s i cf i b e r s ，b a s e do i lt h er e l a t i o n sb e t w e e np o l y c a r b o x y l i ea c i d sa n t i c r e a s ee f f e c t st h e i re s t e r c r o s s l

38、i n k a g e 。a n dm o l e c u l a rs t r u c t u r er e a c t i o na c t i v i t i e s ，t h r o u g ha c i d b a s et i t r a t i o na n dF T I Rs p e c t r o s c o p ya n a l y s i s W a n gL a ne ta l ( 1 8 ) T h eD y n a m i c sS t u d yf o rI s o t h e r m a lH e a tC o n t r a c t i o no fP o l

39、 y e s t e rl n d u s t r i MF i l a m e n t L i “ ne ta l ( 2 1 ) J r T e c h n t q u eo fM a n u f a c t u r e S y n t h e s i sa n dC h e r a c t e r i z a i l o no fA c r y l o n t t r i l e - M a l e i eA n h y d r i d e C o p o l y m e r ( 2 ) I n i t i a t e db y ( N H ) z S 2 0 B N a H S 0 3

40、 ，t h ee o p o l y m e ro fa c r y l o n i t r i l e m a l e i ea n h y d r i d e ( A N M A ) w a ss y n t h e s i z e d t h r o u g hp r e c i p i t a t i o np o l y m e r i z a t i o no fw a t e rp h a s e T h ee f f e c t so ft h ec o n s t i t u e n to ft h ei n i t i a t o rs y s t e m ，t h et

41、e m p e r a t u r ea n dt h et i m eo fr e a c t i o na n dt h er e a g e n t sm i x i n gw a yw e r ei n v e s t i g a t e d o nt h em o l e c u l a rw e i g h t ( M W ) t h ec o n v e r s i o n ，a n dt h ec o n t e n to fm a l e i ca n h y d r i d ei nt h ee o p o l y m e r ( F 2 ) B yc h a n g i

42、n gt h ec o n s t i t u e n to ft h ei n i t i a r o ts y s t e m ，M Wa n dF ? c o u l db ec h a n g e di nal a r g er a n g ew i t h o u td e c r e a s i n gt h ec o n v e r s i o n T h ei n c r e a s eo ft h e t e m p e r a t u r eo ft e a c t i o nd e e r e a s e dM We v i d e n t l y ，b u tw a sb e n e f i c i a lt ot h ei n c r e a s eo fF = T h ei n c r e a s eo ft h ec o n 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark