基于多元统计分析方法研究弹力机织物的性能

刘旖娜, 周小红

(浙江理工大学先进纺织材料与制备技术教育部重点实验室, 杭州 310018)

基于多元统计分析方法研究弹力机织物的性能

刘旖娜, 周小红

(浙江理工大学先进纺织材料与制备技术教育部重点实验室, 杭州 310018)

基于多元统计分析方法,对一组20个含弹力机织物的试样进行测试并分析,探讨试样性能参数之间的关联性,及影响各性能参数的主要结构参数。结果显示:原料是影响织物弹性伸长率的主要因素,氨纶、改性弹力涤纶能赋予织物较好的弹性,采用涤纶变形丝、桑蚕丝加捻能改善织物的弹性;织物经纱密度或者纬纱密度分别是影响织物经向或纬向弹性的相关因素;织物柔软性在一定程度上与平方米质量相关,平方米质量较轻的桑蚕丝、涤纶、改性弹力涤纶织物试样具有相似的较好的柔软性,但平方米质量较重时桑蚕丝织物仍有较好的柔软性,而涤纶、改性弹力涤纶织物的柔软性差。

弹力机织物; 多元统计分析; 相关性分析; 桑蚕丝; 氨纶

0 引 言

织物的弹力[1]概念起始于1589年,当时首次介绍了针织物,而后逐渐扩展到机织物等。迄今为止,机织物的弹力可通过使用弹性纱线、纱线加捻等变形加工、织物组织合理设计[2]、上机工艺参数的改变、弹性后整理等多种方式获得,研究机织物弹力的文献报道也一直没有停止过,如在20世纪六七十年代,Aldrich等[3]研究了涤纶/羊毛弹力包芯纱的拉伸等力学性能;80年代,Tarafder等[4]研究了棉/尼龙包芯弹力织物的性能与纱线的结构参数捻度等之间的关系;文献[5]采用数值分析的方法对氨纶在弹力织物中的拉伸性能进行分析,建立了织物组织、经纱密度等结构参数与伸长之间的关系模型,研究了织物结构对弹性的影响。

织物性能不仅与采用纱线的性能有关,也与织物结构[6]有关,涉及到的是多个变量,且这些变量之间又存在一定的联系,如织物结构参数[7]包括经纬纱线密度、经纬密度、平方米质量和厚度等,分析织物性能,如织物弹性就需要综合考虑多个结构参数和性能参数,而这些参数也会存在一定的相关性,如果忽略就可能丢失一些信息,不能客观全面反映织物性能与织物结构的关系,所以可以采用多元统计的方法来进行分析。多元统计分析[8]方法是科学地运用数理统计的方法来研究多因素、多目标问题,其研究的对象通常是多个变量,而且很多情况下,这些变量之间有一定的相关性,因此用多元统计分析的方法来处理具体问题会更加全面和客观。本文基于多元统计分析方法,根据机织物弹力获取方式以及弹力氨纶纤维与改性涤纶弹力纱应用等,对一组20个机织物试样,包括传统的桑蚕丝和含氨纶的桑蚕丝弹力产品、涤纶弹力织物、改性涤纶弹力织物等,来开展弹力机织物性能的研究。

1 织物试样的基本参数

机织物弹力[9]是指机织物能拉伸到一定长度,并具有回缩能力,即形变后具有恢复其原来尺寸与形状的趋势。织物的基本结构参数包括经纬线密度、经纬密度、平方米质量和厚度等,分别参照《GB/T 4668—1995机织物密度的测定》、《GB/T 4669—2008纺织品 机织物 单位长度质量和单位面积质量的测定》、《GB/T 3820—1997纺织品和纺织制品厚度的测定》对织物的基本结构参数进行测定,每项数据测试三次取平均值,其中织物原料主要有桑蚕丝(S)、涤纶(P)和改性弹力涤纶(EP):桑蚕丝(S)、涤纶(P)通过加捻、变形或者复合氨纶得到弹力。表1为20个机织物试验样本的原料与基本参数。

表1 实验试样基本规格

2 织物性能测试与相关性研究

2.1 织物性能的测试

参照《FZ/T 01034—2008纺织品 机织物拉伸弹性试验方法》、《GB/T 23329—2009纺织品 织物悬垂性的测定》、《GB/T 18318.1—2009纺织品 弯曲性能的测定 第1部分:斜面法》、《GB/T 3819—1997纺织品 织物折痕回复性的测定 回复角法》的方法,对20个织物试样进行了织物经纬向定负荷伸长率、织物经纬向弹性回复率、织物静态悬垂系数、织物抗弯刚度、织物折皱缓弹角的实验测试,每项数据测试三次取平均值，其结果如表2所示。

表2 实验试样性能测试数据

2.2 织物性能的相关性

织物性能之间存在相关性,将织物经纬伸长率、经纬弹性回复率、静态悬垂系数、抗弯刚度、折皱缓弹角7个变量进行多元统计分析中的相关性分析[10],得出的Pearson相关关系分析结果如表3所示。

首先,相关性分析的原则是:相关性的绝对值越大,两参数之间的关系就越紧密;显著性越小,两参数之间的关系就越紧密。所以,由表3可知,织物的静态悬垂性系数、织物抗弯刚度之间有很大的关联性,所以都可以用来评价织物的柔软程度。经向伸长率和经向弹性回复率、纬向伸长率和纬向弹性回复率分别呈现很强的相关关系,反映了织物的弹性特征。

表3 织物性能参数的相关性分析结果

3 织物性能与织物基本参数的关系

织物性能与织物参数存在一定的相关性,同样采用多元统计中的相关性分析,分别对织物原料、经纬纱线密度、经纬密度、厚度、平方米质量这些结构参数与织物经纬伸长率、静态悬垂系数、抗弯刚度、折皱缓弹角进行相关程度的评估。在进行分析之前先对织物原料进行编号(见表4所示)。织物性能与织物结构参数的相关性分析结果见表5。

表4 织物原料编号表

表5 织物性能参数与结构参数的相关性分析结果

根据显著性关系笔者把相关性分成三类:当显著性小于等于0.01为显著相关;当显著性小于等于0.05大于0.01为较显著相关;当显著性大于0.05小于0.4为相关。表5可见,织物经向弹性与经向原料、经纱线密度、厚度较显著相关,与经密相关;织物纬向弹性与纬向原料和纬密相关;织物静态悬垂性与平方米质量显著相关,与纬纱密度和纬纱线密度较显著相关,与经密和厚度相关;抗弯性能与平方米质量显著相关,与厚度、经纬密度和纬纱线密度较显著相关;织物的缓弹性与纬向原料、经纱线密度相关。

3.1 织物弹性的影响因素分析

3.1.1 原料对织物弹性的影响

影响织物弹性的显著相关因素是原料,图1为20个实验试样的伸长率与经纬向原料的关系。图1可知,含氨纶经纬丝线的试样,织物的经纬向弹性比较大,20个实验试样中,桑蚕丝含氨纶的经纬向平均伸长率为41.94%,涤纶含氨纶的经纬向平均伸长率为19.96%,最小值为10.23%,最大值为28.22%;改性弹力涤纶能赋予织物较好的弹性,20个实验试样中,改性弹力涤纶的经纬向平均伸长率19.85%,最小值为12.56%,最大值为27.79%;涤纶变形丝能够改善织物的弹性,20个实验试样中,涤纶变形丝的经纬向平均伸长率12.83%,明显大于涤纶FDY的经纬向平均伸长率1.99%;桑蚕丝通过加捻在一定程度上也改善了织物的弹性,20个实验试样中,加捻桑蚕丝的经纬向平均伸长率9.82%,大于无捻桑蚕丝的经纬向平均伸长率5.49%。

图1 伸长率与经纬向原料的关系

3.1.2 经纬纱密度对织物弹性的影响

织物经纬纱密度等影响织物的弹性。据文献[11]报道，当织物某一系统纱线(经纱或纬纱)密度增大时，单位织物面积内的经纬纱交织点增多，织物另一系统弹力纱线(纬纱或经纱)在张力松弛回缩时受到的阻力增大，从而使该系统弹力纱线(纬纱或经纱)的收缩幅度降低，即织物纬向或经向的弹性减小。本文通过多元统计的相关性分析，得到经纱密度或纬纱密度分别是影响织物对应的经向或纬向弹性的相关因素：即倘若改变织物经纱密度，对应的经向弹力纱线的弹性收缩幅度有改变，织物经向弹性有变化；若改变织物纬纱密度，对应的纬向弹力纱线的弹性收缩幅度有改变，织物纬向的弹性有变化。

3.2 弹力织物柔软度的影响因素

织物静态悬垂性与平方米质量显著相关,图2为织物平方米质量与静态悬垂系数之间的关系。平方米质量较轻的16个桑蚕丝、涤纶、改性弹力涤纶织物试样,静态悬垂系数在21.0%～36.3%,平均值为27.95%,有较好的悬垂性;平方米质量较大的4个试样中,其中平方米质量为142 g/m2的14号桑蚕丝织物试样有较好的悬垂性,静态悬垂系数为22.9%,而涤纶、改性弹力涤纶织物试样,静态悬垂系数平均值为68.6%,悬垂性相对较差。

图2 织物平方米质量与静态悬垂系数之间的关系

织物抗弯性能与平方米质量显著相关,图3为织物平方米质量与抗弯刚度之间的关系。平方米质量较轻的16个桑蚕丝、涤纶、改性弹力涤纶织物试样,抗弯刚度都在0.005～0.026 cN·cm之间,平均值为0.013 cNcm,有较好的柔软性;平方米质量较大的4个试样,其中试样14平方米质量为142 g/m2的桑蚕丝织物有较好的柔软性,抗弯刚度为0.019 cNcm,而较重的涤纶、改性弹力涤纶织物试样,抗弯刚度平均值为0.097 cNcm,柔软度较差。

图3 织物平方米质量与抗弯刚度之间的关系

综上所述,桑蚕丝织物的柔软性都很好,受平方米质量影响很小,而涤纶、改性弹力涤纶织物则会受平方米质量的影响,在平米质量较小时柔软性很好,与桑蚕丝织物的柔软性能相似,但在平方米质量较大时,其柔软性能就会变差。

4 结 论

a) 经纬向伸长率和弹性回复率反映织物的弹性特征;织物的悬垂性、抗弯性能可以用来评价织物的柔软度。

b) 影响织物弹性伸长率的显著相关因素是原料:含氨纶经纬丝线,织物的弹性比较大,且桑蚕丝含氨纶的织物伸长率显著大于涤纶含氨纶的织物伸长率;改性弹力涤纶能赋予织物较好的弹性;涤纶变形丝能够改善织物的弹性;桑蚕丝通过加捻在一定程度上也改善了织物的弹性。

c) 织物经纱密度或者纬纱密度分别是影响织物经向或纬向弹性的主要因素。

d) 织物柔软性在一定程度上与平方米质量相关。平方米质量较轻的桑蚕丝、涤纶、改性弹力涤纶织物试样,具有相似的柔软性;平方米质量较重的桑蚕丝织物,仍旧具有较好的柔软性;较重的涤纶、改性弹力涤纶织物的柔软性稍差。

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[3] Aldrich D V, Grobler A. Some tensile properties of wool core-spun yarns[J]. SAWTRI Bulletin, 1973(7): 26-35.

[4] Tarafder N, Chatterjee S M. Effect of pre-tension of filament core on the relative strength contribution of core and sheath portion of nylon/cotton core-spun yarns at different twist factor levels[J]. Manmand Textiles(India), 1989(7): 264-267.

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[10] 王力宾. 多元统计分析: 模型、案例及SPSS应用[M]. 北京: 经济科学出版社, 2010: 138-159.

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(责任编辑： 张祖尧)

Research on the Properties of Elastic Woven Fabrics Based on Multivariate Statistical Analysis

LIUYi-na,ZHOUXiao-hong

(Key Laboratory of Advanced Textile Materials and Manufacturing Technology, Ministry of Education, Zhejiang Sci-Tech University, Hangzhou 310018, China)

Based on multivariate statistical analysis, 20 samples containing elastic woven fabrics were tested and analyzed to know relevance among property parameters of samples and gain main structural parameters influencing each property parameter. The results show that, raw material is the most significant factor which affects the elastic elongation rate. Furthermore, the fabrics made of yarn with spandex or modified elastic polyester have better elasticity. Secondly, polyester draw textured yarn and twisted mulberry silk can also improve the elasticity of fabrics. Thirdly, the warp density or weft density of the fabric are important factors influencing the warp or weft elasticity. Finally, to some degree, soft property of fabrics has relations with quality per square meter. The lighter fabrics made of silk or polyester or modified elastic polyester have good softness. But the heavier fabrics made of silk still have good softness, while softness of polyester and modified elastic polyester is not such good.

elastic woven fabric; multivariate statistical analysis; correlation analysis; silk; spandex

1673- 3851 (2015) 01- 0031- 05

2014-05-27

刘旖娜(1990-),女,江苏江阴人,硕士研究生,主要从事现代纺织技术及新产品方面的研究。

周小红,E-mail:zhouxh314@163.com

TS101.8

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