新型织物风格测量仪CHES-FY纺织品手感风格评价仪

孙 懿，杜赵群，刘 萧

（1.东华大学纺织学院，上海201620；2.南通宏大实验仪器有限公司，江苏南通226212）

0 引言

随着人们生活水平的提高，对生活的要求也在逐渐提高。纺织这个与生活息息相关的行业也有了飞速的发展，特别是服装或家纺产品的舒适性是广大消费者最为关注的重点之一。因此，对于织物力学性能与风格关系的综合研究显得至关重要。织物风格是评价纺织产品质量的重要指标，同时也是影响纺织品销售的重要因素，消费者主要通过触觉及视觉来判定产品的质量。织物手感是影响织物性能的重要因素，也是纺织品和服装舒适性的重要评判指标之一，故纺织品手感风格测量仪器一直是纺织科技领域密切关注的研究方向，正确、有效、客观地对织物手感风格做出定量的评价已成为迫切的需要。

1 纺织品风格测量仪器

1.1 KES-FB织物风格仪及其优缺点

KES-FB（全称Kawabata Evaluation System-Fabric）织物风格仪法也称为川端法，于1970年由日本川端季雄等制造多台多测多指标式的织物风格仪（如图1），由低应力下的拉伸测试仪、剪切性能测试仪、弯曲性能测试仪、压缩性能及厚度测试仪、摩擦及表面粗糙度测试仪组成。设计主要是对织物手感风格进行评价，分三个层次，分别为基本力学量、基本风格值HV和综合风格值THV。基本力学量包括14个力学指标和2个物理指标，分别反映织物的拉伸性能、压缩性能、弯曲性能、剪切性能、表面性能和织物的厚、重特性。综合风格是对织物品质总的感官评估，同时为了方便与织物基本风格之间建立数量关联，又将综合风格划分为0～5，共6类，称为织物的综合风格值，记作THV。

图1 KES-FB织物风格仪

KES-FB体系测试的内容是低应力下织物的拉伸、剪切、弯曲、压缩、表面性能和厚重特性等6项性能，共测得16个指标，是在20世纪70年代由日本京都大学的川端教授研制的用于客观评定织物手感的成套仪器。随后，此中的部分指标也用于预测织物，尤其是毛织物的成衣加工性能。

KES-FB织物风格仪优点——由于其基本风格值和综合风格值都是由日本的专家评定的，具备一定的区域局限性。鉴于由于不同国家的人们由于文化背景的不同和生活环境的差别，对织物风格有不同的偏好，由川端等分析获得的由基本力学量到基本风格值和由基本风格值到综合风格值的多元回归转换式并不适用于每一个国家。

KES-FB织物风格仪缺点——由不同的力学性能仪器组成的一个系列的仪器，在一台仪器上只能测试一种力学性能，不能同台多性能测试。KES-FB体系测试不能代表和判断各个基本手感（硬挺、丰满等）之间的差别，其指标间还存在着重复性。该仪器的测量精度高，但测试指标多，测量费时且测试过程和数据处理复杂，而且价格昂贵。

1.2 FAST织物风格仪及其优缺点

FAST（全 称 Fabric Assurance by Simple Test⁃ing）织物风格仪是1990年由澳大利亚联邦科学与工业研究所研制的一套毛织物特性测试体系（如图2），用来测定织物特性对裁剪缝制性能及成衣外形的影响，主要是面向产品加工的。该测试体系包含3台简单的测试仪器及一套测试方法，专为毛织物生产、整理及服装制造厂质量管理而设计。其中的三台仪器和一种测试方法分别为FAST-1压缩仪、FAST-2弯曲仪、FAST-3低张力伸长仪和FAST-4织物尺寸稳定性仪。

图2 FAST织物风格仪

与KES-FB织物风格仪相同，它也是测量织物在小应力下的物理机械性能，通过测量织物的压缩、拉伸、弯曲、剪切4项基础力学性能指标，通过不同的FAST系列仪器测试不同的性能。根据上述性能指标绘“织物指纹印”，以表明被测织物的性能，用于评价织物的手感。主要区别在于：①KESFB的弯曲刚度测试仪中测量的是纯弯曲，FAST弯曲仪测量原理为斜面法；②FAST系统测量斜向拉伸一项，KES-FB无此项指标；③KES-FB测试剪切刚度时，试样长度固定，FAST剪切刚度是由织物在5 cN/cm负荷下的斜向伸长率计算得到。

FAST织物风格仪的优点——该体系测试的是小负荷小变形作用下织物的压缩、拉伸、弯曲、剪切四项基本力学性能和尺寸稳定性，要点在于预测织物可成形性，尤其是毛织物的成衣加工性能。与KES系统相比，其测量精度不高，但测试简单，价格相对便宜。FAST评价系统是澳大利亚根据当地面料加工和服装制造的设备和条件而建立，与国内相比存在一定的差距。

1.3 PhabrOmeter织物手感评价系统及其优缺点

PhabrOmeter织物手感评价系统，中文译名法宝仪，是由美国欣赛宝科技公司与潘宁教授研发的一套用于模拟人手触摸织物时产生的感官性能评价并给出量化数据的新型测量仪器系统。可测试的材料包括一般纤维片状制品，如机织布、无纺布、针织品、纸张及皮革产品等。此处织物感官性能包括其手感（触觉），折皱恢复能力和织物悬垂性（即与视觉有关的性能）。

织物的手感风格是各种小负荷综合作用的结果，该测试系统的测试原理是将样品水平放置在测试台上，并施加一定的重力，由计算机发送信号驱动推杆向下移动，推动样品通过测试盘中心圆孔产生机械变形，并提取相关载荷—位移曲线，经过数据转换计算出相应的手感风格指标。在测试过程中，通过圆孔的样品经历拉伸、剪切、弯曲以及摩擦复杂的低应力变形过程。以此变形过程来模拟用手掌做手感评价时的变形过程，并将与织物手感的相关信息通过一个载荷—位移曲线进行反应。根据大量试验数据分析结果将织物风格指标定义为手感（刚韧度、柔软度、光滑度）、织物悬垂系数和折皱回复率，并根据公式计算出被测织物相对参考的织物手感值。

PhabrOmeter织物风格仪的优缺点——PhabrOmeter织物手感评价系统更接近人手触摸织物时织物的受力情况，因此可以更好地反应织物手感的真实性。所得到的测试指标相互独立，使最终的评价更为准确。测试速度快，效率高，一次测试可同时获得手感、悬垂性、折皱回复性等多项指标。但该系统还不完善，只确定了3个织物手感特征，即刚韧度、柔软度和光滑度，需要进一步的完善。

图3 PhabrOmeter织物手感测试仪

2 CHES-FY纺织品手感风格评价仪

现有织物风格仪器机械、硬件部分复杂，仪器昂贵，测试指标通用性低。经过多年研究及不断改进，由东华大学和南通宏大实验仪器有限公司联合自主研发的织物与纱线综合测试评价系统——CHES-FY纺织品手感风格评价仪正式面世，集纱线与织物测量于一体的原位组合测量系统，该系统基于单机单次测量多指标测试理念，通过对人手触摸织物拉、压、捏、揉、搓等动作的模拟，实现织物的厚度、弯曲、压缩、摩擦、拉伸等性能的测试，其基本结构见图4。

图4 CHES-FY的装置示意图

2.1 CHES-FY纺织品手感风格评价仪特征

2.1.1 物理结构

CHES-FY纺织品手感风格评价仪主要由测量单元、驱动机构、信号采集系统、程序控制软件系统组成，其中测量单元由工作平台、测厚基准板、双压辊、双保护装置、运动压板组成，其中测厚基准板安装于工作平台，在电机驱动下作水平90°运动；双压辊安装于竖直运动杆，在电机驱动下可竖直移动，实现对织物的施压；双保护装置安装于固定基板，基板与传动杆相连，在电机驱动下可竖直移动，实现防止织物翘起的保护作用；运动压板安装于压力杆，通过压力杆与传感器相连，从而实现力值的实时测量。驱动机构由步进电机、传动机构、驱动器等组成，控制双压辊、双保护装置和运动压板竖直方向的平稳运动；信号采集系统由高精度力传感器、位移传感器、滤波器和数据采集器组成，测量运动过程中力值与位移的变化。

该风格仪的程序控制软件系统按软件设定的程序使测量单元在驱动机构控制下进行完整测量，通过信号采集系统实时显示力-位移曲线，并在软件上提供相应特征值的特取模块、驱动控制模块、数据与曲线存储和界面操作模块等，从而实现渐变快速的测量。

2.1.2 系统特征

采用三点梁弯曲理论模型，通过两个压辊分别固定织物两端，运动压板受电机控制进行运动实现对织物的力变形实验（见图5），通过力传感器对压力的数据采集，可以完成织物和纱线厚度、压缩、弯曲、摩擦、拉伸等多项物理力学性能指标的测试。

其特征在于采用单机单次测量多指标测试理念，通过施加变形于织物试样，使试样在不同位移处呈现不同的受力行为，依据各阶段建立理论模型获取试样相应力学特征值，并通过数据采集器与驱动机构对仪器进行控制及高精度智能化测量。

图5 织物三点弯曲变形过程

2.1.3 测试曲线及典型曲线特征

CHES-FY纺织品手感风格仪测试的仿毛类机织物和涤棉混纺类机织物的风格曲线，其中所得典型曲线见图6。依据织物在测试过程中呈现不同的变形形态，整个测量过程可分为以下五个阶段：第一阶段（I）为测厚阶段，即左侧压辊与测厚基准板及织物先后接触，该阶段可获得织物试样的厚度值；第二阶段（II）为压缩阶段，即左侧压辊下移对织物进行压缩至力值设定值，该阶段可获得织物试样的压缩模量、压缩变形量；第三阶段（III）为弯曲阶段，即织物两端无压力时，运动压板下移至位移设定值，该阶段可获得织物试样的弯曲最大值、弯曲模量、弯曲功；第四阶段（IV）为摩擦阶段，即织物两端施加压力时，运动压板下移至位移设定值，该阶段可获得织物试样的平均摩擦力、摩擦系数、摩擦功；第五阶段（V）为拉伸阶段，即织物两端固定时，运动压板继续下移至极限值，该阶段可获得织物试样的拉伸模量、拉伸功。

图6 CHES-FY测试的织物力-位移曲线

2.2 CHES-FY纺织品手感风格评价仪测试

2.2.1 试样制备

CHES-FY纺织品手感风格评价仪测试前，需进行织物试样的制备。织物试样需要平整后在温度为20±2℃、相对湿度为（65±3%）标准大气条件下平衡24 h，其中机织物试样裁剪规格为500 mm×55 mm，拆边纱至试样规格为500 mm×50 mm；针织物和非织造布试样时，可直接裁剪为500 mm×50 mm，对于针织物等卷边性严重的纺织品，测试前可通过热湿定型方法将试样统一平整后进行测试。

2.2.2 仪器参数设置

CHES-FY纺织品手感风格评价仪采用自行设计和研制的纱线与织物性能测量装置，其测试过程中的参数设置为：仪器工作台长50 cm、工作区域长30 cm、测厚压力为3 cN、压缩力值设定值为400 cN、摩擦压辊压力值为100 cN、拉伸力值设定值为400 cN、摩擦位移设定值为4 cm、拉伸位移设定值为80 cm。

2.2.3 测试步骤

CHES-FY纺织品手感风格评价仪测试步骤包括：①测厚阶段，将织物试样平整放置于测试区域，启动程序控制软件驱动左侧压辊先后与测厚基准板和织物的接触，实现测厚过程；②压缩阶段，左侧压辊竖直下移至压缩力值设定值，完成压缩过程；③弯曲阶段，左侧压辊竖直上移，运动压板竖直下移至弯曲位移设定值，完成弯曲过程；④摩擦阶段，左右侧压辊竖直下移，给织物一定压力值固定织物两端，运动压板继续竖直下移至摩擦位移设定值实现摩擦过程；⑤拉伸阶段，左右侧压辊力值增大，防止面料滑动，运动压板继续竖直下移，直至拉伸力值或位移达到极限，完成拉伸过程。

3 结论

CHES-FY纺织品手感风格评价仪与其他仪器相比具有很大的优势，主要体现在以下几点：①CHES-FY通过模拟人手触摸织物拉、压、捏、揉、搓等动作，测试织物的弯曲、压缩、摩擦、拉伸等性能，从而得出量化指标来对织物的手感进行综合判定，为纺织品风格提供更加科学、客观的评价方法；②CHES-FY采用单机单次测量多指标的测试理念，测试快速便捷、精度高，测试结果在纺织行业具有更直接、定量的应用价值；③CHES-FY采用了最新传感器技术和微机控制技术，仪器体积小，具有测控精度高、智能化程度高、性能稳定可靠、界面简洁、易于操作等优点。