皮膚風(fēng)衣面料的力學(xué)性能研究

王 旭，王紅歌，馮向偉

(1.河南工程學(xué)院 服裝學(xué)院，河南 鄭州 451191；2.河南工程學(xué)院 紡織學(xué)院，河南 鄭州 450007)

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皮膚風(fēng)衣面料的力學(xué)性能研究

王 旭1，王紅歌1，馮向偉2

(1.河南工程學(xué)院 服裝學(xué)院，河南 鄭州 451191；2.河南工程學(xué)院 紡織學(xué)院，河南 鄭州 450007)

選用9種市場上常見的皮膚風(fēng)衣面料進(jìn)行對(duì)比分析，采用客觀實(shí)驗(yàn)的方法對(duì)織物的拉伸斷裂強(qiáng)力、撕破強(qiáng)力、頂破強(qiáng)力、脹破強(qiáng)力和接縫強(qiáng)力進(jìn)行測試，采用層次分析法對(duì)織物的力學(xué)性能進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。結(jié)果表明皮膚風(fēng)衣面料的紗線細(xì)度、織物厚度和密度與織物各項(xiàng)力學(xué)指標(biāo)均呈正相關(guān)關(guān)系，增大織物的經(jīng)緯密度差異時(shí)其撕破強(qiáng)力、頂破強(qiáng)力和接縫強(qiáng)力有所降低。

皮膚風(fēng)衣面料；層次分析法；力學(xué)性能

皮膚風(fēng)衣是最近幾年才在國內(nèi)流行的名詞，因其超薄透氣，穿在身上沒有感覺，好像和身體融為了一體，故名皮膚風(fēng)衣。皮膚風(fēng)衣最大的特點(diǎn)就是輕薄半透明，穿到身上涼爽又能防曬。隨著人們對(duì)生活質(zhì)量要求的不斷提高，防曬服裝越來越受到大家的關(guān)注。作為一種超薄的戶外運(yùn)動(dòng)服裝外套面料，力學(xué)性能是否能夠滿足消費(fèi)者的穿著需求，其影響因素是從業(yè)人員關(guān)心的問題。目前，關(guān)于皮膚風(fēng)衣服用性能的研究較少，尚有待進(jìn)一步完善?，F(xiàn)通過測試對(duì)比9種皮膚風(fēng)衣面料的5項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)，分析影響其力學(xué)性能的主要因素和生產(chǎn)技術(shù)要點(diǎn)，并利用層次分析法對(duì)9種面料的力學(xué)性能進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，以便為相關(guān)企業(yè)提供理論參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)選用市場上常見的具有代表性的9種皮膚風(fēng)衣面料，具體的織物規(guī)格見表1。

1.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

為研究皮膚風(fēng)衣面料的力學(xué)性能差異，分別對(duì)織物的拉伸斷裂強(qiáng)力、撕破強(qiáng)力、頂破強(qiáng)力、脹破強(qiáng)力和接縫強(qiáng)力進(jìn)行對(duì)比分析，利用YG026H型多功能電子織物強(qiáng)力機(jī)和YG032H型電子式織物脹破強(qiáng)度儀，依次根據(jù)GB/T 3923.1-1997《紡織品織物拉伸性能 第1部分：斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率的測定 條樣法》、GB/T 3917.2-2009《紡織品 織物撕破性能第2部分：褲形試樣(單縫)撕破強(qiáng)力的測定》、GB/T 19976-2005《紡織品 頂破強(qiáng)力的測定 鋼球法》和GB/T 7742.1-2005《紡織品 織物脹破性能 第1部分：脹破強(qiáng)力和脹破擴(kuò)張度的測定 液壓法》對(duì)織物的各項(xiàng)力學(xué)性能進(jìn)行測試。此外，由于皮膚風(fēng)衣面料很薄，對(duì)縫制工藝要求非常高，特別是袖窿處，當(dāng)其受到外力作用時(shí)，接縫處極易產(chǎn)生滑移劈裂，既影響服裝外觀又影響其耐用性，因此根據(jù)GB/T 13773.1-2008《紡織品 織物及其制品的接縫拉伸性能第1部分：條樣法接縫強(qiáng)力的測定》對(duì)皮膚風(fēng)衣面料的接縫強(qiáng)力也進(jìn)行測試分析[1]。

1.3 結(jié)果分析

根據(jù)各項(xiàng)測試結(jié)果，進(jìn)行對(duì)比分析，如圖1所示。綜合分析發(fā)現(xiàn)，對(duì)于紗線細(xì)度較粗，織物密度較大的9#織物，各項(xiàng)力學(xué)性能都比較好；相反，對(duì)于紗線細(xì)度較細(xì)的1#、2#、3#織物，其各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)均比較低；而對(duì)于細(xì)度介于中間的4#、5#、6#、7#和8#幾種織物，其力學(xué)性能普遍相對(duì)適中。由此可見，紗線細(xì)度對(duì)織物力學(xué)性能的影響較大，隨著紗線細(xì)度的增大，紗線的斷裂強(qiáng)力隨之增大，因而織物的拉伸強(qiáng)力、撕破強(qiáng)力、頂破強(qiáng)力、脹破強(qiáng)力和接縫強(qiáng)力也會(huì)隨之增大。然而，對(duì)比1#、2#、3#織物卻發(fā)現(xiàn)，2#織物的紗線細(xì)度不及3#織物，但2#織物表現(xiàn)出來的各項(xiàng)力學(xué)指標(biāo)高于3#織物。仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)，2#織物的厚度相對(duì)較大，織物緊密、厚實(shí)，因而在一定程度上提高了其力學(xué)性能。而3#織物的經(jīng)緯密度差異較大，受外力作用時(shí)，受力三角區(qū)的紗線滑移較大，使其撕破、頂破和接縫強(qiáng)力均表現(xiàn)得較差。

表1 實(shí)驗(yàn)用織物結(jié)構(gòu)參數(shù)

(a)經(jīng)緯向拉伸強(qiáng)力

(b)經(jīng)緯向撕破強(qiáng)力

(c)不同織物的頂破強(qiáng)力

(d)織物脹破強(qiáng)力

(e)經(jīng)緯向接縫強(qiáng)力圖1 不同織物的力學(xué)性能對(duì)比

對(duì)比紗線細(xì)度同為22.2 dtex的4#、5#、6#、7#和8#織物的各項(xiàng)力學(xué)性能發(fā)現(xiàn)，6#、7#和8#織物的原料及結(jié)構(gòu)參數(shù)較為接近，表現(xiàn)出來的各項(xiàng)性能均差異不大；而4#和5#織物的一些性能表現(xiàn)比較突出，如兩種織物的經(jīng)向撕破強(qiáng)力較大，5#織物的頂破強(qiáng)力、脹破強(qiáng)度和經(jīng)向接縫強(qiáng)力在5種織物中最大。對(duì)比織物結(jié)構(gòu)參數(shù)發(fā)現(xiàn)，在幾種織物中，4#和5#織物的經(jīng)緯密度差異最小，受力三角區(qū)內(nèi)的紗線滑移較少，使其撕破強(qiáng)力有所提高。同時(shí)5#織物的厚度和密度在這5種織物中是最大的，因此其頂破、撕破和接縫強(qiáng)力均較好。此外，由于選用的9種織物經(jīng)密均大于緯密，經(jīng)向紗線受力的根數(shù)比緯向受力的紗線根數(shù)多，使得9種織物的經(jīng)向撕破強(qiáng)力和接縫強(qiáng)力均大于緯向[2]。

因此，適當(dāng)提高皮膚風(fēng)衣面料的紗線細(xì)度、織物厚度和密度，可增強(qiáng)其各項(xiàng)力學(xué)性能，但考慮到織物的透氣性和隔熱性，以上三個(gè)指標(biāo)又不宜過大。此外，增大織物經(jīng)緯向密度差異，其撕破、頂破和接縫強(qiáng)力將有所降低。所以，夏季穿著的戶外服裝皮膚風(fēng)衣通常采用平紋織造方式，經(jīng)緯向紗線細(xì)度一致，織物經(jīng)緯密度差異不宜過大，織物厚度適中，既保證織物輕薄、透氣，又確保織物的基本力學(xué)性能指標(biāo)滿足穿著要求。

2 綜合評(píng)價(jià)

2.1 評(píng)價(jià)方法

為了對(duì)比幾種實(shí)驗(yàn)樣品的綜合力學(xué)性能，采用層次分析法，利用yaahp軟件對(duì)其進(jìn)行綜合分析，評(píng)價(jià)幾種織物力學(xué)性能的優(yōu)劣。

2.1.1 層次分析簡介

層次分析法(Analytic Hierarchy Process，簡稱AHP)是在20世紀(jì)70年代初期由美國著名運(yùn)籌學(xué)家T. L. Saaty教授提出的。層次分析法是一種簡便、靈活、實(shí)用、定性與定量相結(jié)合的數(shù)學(xué)分析方法，其特點(diǎn)是把復(fù)雜問題中的各種因素分類為相互聯(lián)系的有序?qū)哟?，每一個(gè)層次的各個(gè)元素地位相同，而且上下層次之間都有關(guān)系，層與層之間按照隸屬關(guān)系建立了一個(gè)有序的階梯層次模型。構(gòu)建的層次結(jié)構(gòu)模型包括有目標(biāo)層，準(zhǔn)則層和方案層等幾個(gè)基本層次。然后把專家的意見和分析者的客觀判斷結(jié)果結(jié)合起來對(duì)客觀事實(shí)進(jìn)行判斷，兩兩比較每一層次元素的重要性，用定量的方式進(jìn)行描述，構(gòu)建判斷矩陣，并計(jì)算判斷矩陣的最大特征值及相應(yīng)的特征向量，得到每一層次元素的相對(duì)重要性次序的權(quán)值，進(jìn)而通過所有層次之間的總排序計(jì)算出所有元素的相對(duì)權(quán)重后并進(jìn)行排序。最后根據(jù)綜合權(quán)重的大小選擇決策目標(biāo)的方案[3]。

2.1.2 層次分析的步驟

在yaahp軟件中，進(jìn)行判斷時(shí)可以選用矩陣形式及文字描述形式輸入，標(biāo)度有e∧(0/5)～ e∧(8/5)標(biāo)度和1 ～ 9標(biāo)度兩種[4]。用yaahp軟件進(jìn)行層次分析，其步驟如下。

(1)建立層次結(jié)構(gòu)模型。一般可分為3層，從上到下分別為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和方案層。目標(biāo)層一般只有一個(gè)元素，是所分析問題的目標(biāo)；中間的準(zhǔn)則層可包含一個(gè)或幾個(gè)層次，通常包含了為實(shí)現(xiàn)目標(biāo)需要考慮的準(zhǔn)則層或指標(biāo)層。最下面一層通常為方案層或?qū)ο髮樱藢影藶閷?shí)現(xiàn)目標(biāo)可選擇的各種措施或決策方案等。

(2)構(gòu)造成對(duì)比較矩陣。為了確定某層中相對(duì)于某一準(zhǔn)則各元素所占的比重，從層次結(jié)構(gòu)模型的第2層開始，同一層諸因素兩兩之間進(jìn)行比較，用1 ～ 9比較尺度(表2)構(gòu)建成對(duì)比較矩陣，直到最下層。成對(duì)比較矩陣又叫判斷矩陣，其實(shí)質(zhì)是一個(gè)主觀評(píng)判的過程，通過專家對(duì)某一層次中所有元素，以所屬的上一層次中某元素為準(zhǔn)則進(jìn)行兩兩比較，確定哪一個(gè)重要和重要的程度[5]。

表2 比較尺度

(3)計(jì)算權(quán)向量并對(duì)其一致性進(jìn)行檢驗(yàn)。對(duì)每一個(gè)成對(duì)比較矩陣計(jì)算其最大特征根及對(duì)應(yīng)特征向量，再利用一致性指標(biāo)、平均隨機(jī)一致性指標(biāo)和一致性比例做一致性檢驗(yàn)。若能通過檢驗(yàn)，特征向量即為其權(quán)向量；若不通過，需對(duì)其重新構(gòu)建成對(duì)比較陣。

(4)計(jì)算組合權(quán)向量并對(duì)其進(jìn)行組合一致性檢驗(yàn)。當(dāng)一致性比例小于0.1時(shí)，認(rèn)為此矩陣的一致性是可以接受的(即通過)，則可以按照總排序權(quán)向量表示的結(jié)果進(jìn)行決策；若一致性未通過，則需要重新考慮模型或重新構(gòu)造那些一致性比例較大的成對(duì)比較矩陣。

2.2 層次分析過程及結(jié)果

現(xiàn)對(duì)拉伸強(qiáng)力、撕破強(qiáng)力、頂破強(qiáng)力、脹破強(qiáng)力和接縫強(qiáng)力等5個(gè)客觀實(shí)驗(yàn)指標(biāo)進(jìn)行綜合分析，探討實(shí)驗(yàn)用的9種面料中的力學(xué)性能最優(yōu)的面料。為建立評(píng)價(jià)體系，首先需要確定皮膚風(fēng)衣面料力學(xué)性能中各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重。實(shí)驗(yàn)邀請(qǐng)5位專家(長期從事服裝面料性能研究的教師)以層次分析法比較尺度中的各項(xiàng)指標(biāo)并進(jìn)行打分。

建立層次結(jié)構(gòu)模型，如圖2所示，皮膚風(fēng)衣面料力學(xué)性能為目標(biāo)層，拉伸強(qiáng)力、撕破強(qiáng)力、頂破強(qiáng)力、脹破強(qiáng)力和接縫強(qiáng)力為準(zhǔn)則層，最后把織物編號(hào)作為方案層。建好層次模型后，打開判斷矩陣界面，在群決策選項(xiàng)里點(diǎn)擊群決策支持按鈕，打開群決策支持后，判斷矩陣輸入頁面會(huì)出現(xiàn)一個(gè)“群決策控制”按鈕，點(diǎn)擊它可以打開或關(guān)閉群決策控制面板。然后添加專家，分別定義各個(gè)專家的權(quán)重。點(diǎn)擊專家名字，關(guān)閉群決策控制面板，即可輸入該專家的判斷矩陣。

根據(jù)客觀實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)構(gòu)建相關(guān)的對(duì)比矩陣。所用的yaahp軟件提供了相關(guān)參數(shù)輸入界面，可構(gòu)建對(duì)比矩陣。對(duì)比矩陣以主對(duì)角線為對(duì)稱軸的元素之間成倒數(shù)關(guān)系，在輸入的時(shí)候只需輸入矩陣上半部分即可。采用1～9標(biāo)度法構(gòu)建判斷矩陣。

輸入矩陣之后，yaahp軟件自動(dòng)進(jìn)行一致性數(shù)值計(jì)算，當(dāng)一致性數(shù)值小于0.1時(shí)，即可通過一致性校驗(yàn)；當(dāng)一致性數(shù)值超過0.1時(shí)，則要對(duì)該對(duì)比矩陣進(jìn)行重審。

圖2 皮膚風(fēng)衣面料的力學(xué)性能層次模型

在所有對(duì)比矩陣輸入完成之后，利用yaaph軟件進(jìn)行計(jì)算，點(diǎn)擊計(jì)算群決策結(jié)果后再點(diǎn)擊詳細(xì)數(shù)據(jù)，得到皮膚風(fēng)衣面料的綜合力學(xué)性能評(píng)價(jià)結(jié)果，如表3所示。

表3 皮膚風(fēng)衣面料的綜合力學(xué)性能的評(píng)價(jià)結(jié)果

由層次分析法得出實(shí)驗(yàn)用面料中的力學(xué)性能最優(yōu)的皮膚風(fēng)衣面料為9#，其次為5#、4#和6#織物，最差的是3#織物。

3 結(jié)論

(1)紗線細(xì)度與織物各項(xiàng)力學(xué)指標(biāo)均呈正相關(guān)關(guān)系，即紗線越粗，織物的力學(xué)性能越優(yōu)越。在一定范圍內(nèi)，增大織物的厚度和密度，各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)均有所提高。增大織物經(jīng)緯向密度差異，其撕破、頂破和接縫強(qiáng)力將有所降低。然而，為保證皮膚風(fēng)衣的穿著舒適性，在滿足基本力學(xué)性能的同時(shí)，還需要保證織物輕薄、透氣，因此紗線細(xì)度和織物厚度又不宜過大。

(2)利用層次分析法對(duì)實(shí)驗(yàn)用9種織物的力學(xué)性能進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)發(fā)現(xiàn)，其中紗線最粗、厚度較厚的9#織物力學(xué)性能最好，而織物經(jīng)緯密度差異較大，紗線較細(xì)、厚度較薄的3#織物力學(xué)性能最差。

[1] 余序芬，鮑燕萍，吳兆平，等.紡織材料實(shí)驗(yàn)技術(shù)[M].北京：中國紡織出版社，2004.

[2] 姜 懷，鄔福麟，梁 潔，等. 紡織材料學(xué)[M].北京：中國紡織出版社，2000.

[3] 胡 楊，張 毅.基于Yaahp軟件實(shí)現(xiàn)AHP模型下BOT項(xiàng)目資本結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)分析[J].項(xiàng)目管理技術(shù)，2011，9(8)：27-31.

[4] 吳云超，任 蕾.國際工程承包項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估——基于AHP的Yaahp軟件實(shí)現(xiàn)[J].黑龍江對(duì)外經(jīng)貿(mào)，2009，(11)：28-29.

[5] 王 冷. 基于Vague集的層次分析方法及其應(yīng)用[D]. ?？冢汉Ｄ蠋煼洞髮W(xué)，2011.

Study of the Mechanical Property of Ultralight Windbreaker Fabric

WANG Xu1，WANG Hong-ge1，F(xiàn)ENG Xiang-wei2

(1.School of Fashion Design and Engineering, Henan Institute of Engineering, Zhengzhou 451191, China;2.School of Textiles Engineering, Henan Institute of Engineering, Zhengzhou 450007, China)

Nine kinds of common ultralight windbreaker fabric were comparative analyzed. The tensile strength, tear strength, bursting strength and seam strength were tested by objective experiments. The mechanical properties were evaluated synthetically using analytic hierarchy process (AHP) method. The results showed that the relationship between yarn fineness, fabric thickness and density and various mechanical indexes were positively correlated. The tear strength, bursting strength and seam strength were reduced with the increasing of the difference between warp and weft density.

ultralight windbreaker; AHP; mechanical property

2015-04-08

嘉興市科技局科研項(xiàng)目(2014AY11017)

王 旭(1981-)，女，講師，博士，研究方向?yàn)榉b材料和服裝舒適性，E-mail:wangxu0086@126.com。

TS941

A

1673-0356(2015)04-0063-04