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1、【1 1 6 】5 0 4 一堕丝堂塑篁丝堂篁! 塑 纺织品及服装力学性能工程设计的发展( 工) 张欣1 姚穆4 ( 西安工程科技学院,西安,7 1 0 0 4 8 ) 李毅2 杨国荣3 ( 香港理工大学纺织及制衣学院) 摘要:介绍r 纺织产品的工程设计的首要性及其基础研究的概况,概述rH e d e 的织物层攻结构力学的设计和M 出帅L o 的纤维 集台体结】 旮的工程设计系统。 关键词:织物服装力学纤维集台体结构设计发展 中圈法分类号:眄1 0 12文献标识码: 1 工程设计方法对于纺织产品设计的重 要性 1 :程设计是一个反复创造、分析、评价、修改直 至完善地寻求解决问题的最优方法的过程
2、,它架起 了科学原理和社会效益之间的桥梁。近几十年来, 纺织工业界和学术界愈来愈意识到工程设计方法对 于纺织产品设计的重要性。其主要原因有以下四个 方面:1 ) 新型纤维和新型复合材料的开发为产品设 计带来了更大的选择范围,优化设计的重要性显得 尤为突出;2 ) 纺织材料和纺织复合材料已被广泛应 用于服装、家用品、工业领域、空间建筑、飞机、机器 零件、土木工程、人体假肢、乐器等领域,对产品的计 算设计和性能评价就显得更加必要;3 ) 纺织产品市 场的频繁多变和激烈竞争,要求新产品的设计、开发 和生产制造等诸多环节对市场具有快速反应的能 力;4 ) 自2 0 世纪2 0 年代以来数学和力学在纺织
3、材 料领域的应用研究以及计算机技术的迅猛发展,使 工程设计纺织产品日趋觋实。 K a w a b a t e ”1 在1 9 9 8 年指出,在纤维学、纺织力学 和客观测试技术的基础上,实现对服装面料质量和 性能的工程设计是2 1 世纪的努力方向。这一研究 方向对于提高纺织品质量及性能具有非常重要的丁二 程技术价值和社会经济效益。了解和掌握这些研究 的前沿领域,追踪发达国家的研究发展,是建立纺织 品及服装力学性能工程设计系统的首要工作。 2 有关纺织品和服装力学性能工程设计的 基础研究 2 0 世纪初,纺织工业界已经认识到将工程设计 技术应用于纺织品材料设计的必要性。1 9 3 0 年, P
4、e i r c e ”1 在纺织学会会刊( J T I ) 的论文中就指出了 纺织品力学和纺织品与服装工程制造技术对于生产 高质量服装的重要性。同时,P e i r c e 还指出建立纺 织品客观测定技术对工程设计的重要性。此后纺 织品力学成为纺织科学的主要研究领域之一,手感 成为纺织厂专家评价纺织品质量的主要指标。 纺织品是由纤维组成的非均匀集合体,具有强 烈的结构特点。纺织材料力学性能的研究方法大致 可分为描述性的几何方法和结构力学方法。由于纺 织材料的大变形和非线性特点,数值计算方法,诸如 有限元法和有限差分法也被应用于解决这类问题。 1 9 7 2 年,H e a d e ”1 对纺织
5、品力学问题和方法进行r 分 类,提出了计算机辅助设计纺织品力学问题的层次 结构力学设计方法。有关纺织品结构力学的主要研 究被编入“纤维一纱线一织物结构力学”和“毛织物 结构力学”等书中“1 。 纺织材料设计是对纺织产品的结构、组台、美学 性和功能性的设计。计算机辅助与纺织品外观和时 尚有关的色泽和织物结构花纹的设计系统已有许多 公开报道,但是有关纺织品与服装材料力学性能工 程设计系统的报道则不多。一个重要原因是在实现 这一日标的过程中,还需要建直许多先进理论和知 识。纺织品的层次结构特点,服装与人体之间的弹 性接触特点,决定了纺织品和服装力学性能有其特 殊性,并不严格遵循材料力学的规律。因此,
6、在纺织 品与服装力学性能的建模中,需要对经典力学的研 究方法及思路有所突破。传统的纺织结构力学方法 具有数学性强并基于许多假设的特点。1 9 9 4 年, H e 盯l e 。指出,由于现代计算机系统提供了使定量设 计成为可能的硬件,预测纺织材料力学性能的传统 方法正走向终点。计算力学将成为2 l 世纪预测纺 织材料力学性能的标准化处理程序。这需要开展一 系列基础性研究其中包括建立精确的纺织品与服 装力学理论,建立纺织材料工程数据库和获取有关 纤维特性的详细资料。 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR
7、 to remove the watermark 3H 朗一e 的织物层次结构力学的设计概念 1 9 9 4 年,H 口 e _ 73 提出了应用织物层次结构力学 的没计概念。图1 表示纺织力学的层次结构法,图 2 表示传统的设计过程和计算机辅助设计过程。图 中的实箭头表示传统的设计过程,图巾的空箭头表 示麻用层次结构力学的方法( 纤维、纱线、织物、成 品) 设计织物组织和工艺过程。其中,微观力学用于 预测纺织品结构的基本构成关系,宏观力学用于预 测纺织品在应用中的复杂变形。 I e a d e 提出丁以织物力学为设计下具,开发一 个全面设计系统的研究内容,主要包括:纤维和织物 性能的信息数据
8、库;以知识为基础的专家系统来汇 聚可获得的专业知识、技术和历史数据;纺织品结构 力学的程序库。他提出建立纺织材料力学性能 c A D 系统的三项主要工作,第一,开发综合的程序 包,可方便地输入、存储和展示纺织品几何结构;第 二,建立没有任何假设的纺织纤维性能数据库,可通 过直接从纤维测试仪器上输入数据的方法,扩充纤 维性能数据库;第三,编写计算机程序求解各种边界 条件下的纺织力学问题。基于可测量的纺织材料力 学性能,就可以预测纺织品在实际使用中或制造过 程中的应变应力状态,进而H e a d e 研究了在网络系 统中增强c A D 设施以连接市场、制造和营销的可 能- 眭。 。k 堆纤堆 扣均
9、奸蜘性能 罐纱自皓构纱如能 + +非虹遣布 = 蚱招抽蛄梅,把蜥性艴 = 罐,删,2 凶E 冀o “2 B 口、* t * * # t 毪訾 黜 谨警 哿笞 * t 者E + 一w t t 5 抖 + 辑t * t * 。2 口* * # * 圈2 纺织品力学性能的设计步骤 4M a t s u 0 的纤维集合体结构工程设计系统 2 0 世纪7 0 年代后期,发达国家的纤维和纺织 品贸易日趋成熟,纤维和纺织品制造者都设法将纤 维贸易从传统产品向高技术含量或高附加值产品方 向改变。在这个时期,M a t s u o ”1 提出了纤维集合体 结构工程F A s E ( F i h e rA s s
10、 e 蚶ys t n l u t u r eE n 西n e e d 职) 的设计概念,目的足建立从概念设计到制造方法设 计的纺织晶工程设计系统。 这一工程设计系统主要包括四太部分( 见图 3 ) :纺织品设计模块;制造设计模块;产品设计数据 库;产品加r 数据库,设计包括三个步骤:美观效果 或功能设计;基本结构设计( 纤维集台体结构元素设 计,以实现第一步骤) ;基本制造设计( 设计制造方 法,以实现第:步骤) 。为完成第二步骤的工作需 要建屯基本结构设计数据库,主要用于开发设计过 程。数据库包括五个子系统:独立系统( 力学性能信 息) ;中介联接系统( 关于纤维集合体结构传输分离 现象之间
11、的关系以及纤维集合体结构性能的信息) ; 基体一复合体系统( 有关材料的结构和组分,性能和 成本之间关系的信息) ;美观效果系统( 有关主观感 觉和客观性能之间关系的信息) ;纤维集合体结构系 统( 提供可能的结构项目和填充的结构项目) 。 基本制丁计谨 至垂困 圉3 纤维集台体结构工程( F A s E ) 设计系统的主要组成 表l实现新台纤织物美学效果的基车结构设计元素 美学效果基本结构设计元素 柔软度 悬垂性 硬挺度 乒_ | 燕桃皮织物触感 干触感 精纺触感 仿真丝感觉 开司米触感 纱线蓬松度 纱线间空隙、括度、纤维模量 纤维截面、纤维二级模量、纤维模量 纤维外皮的厚度、纤维的起缄 纤
12、维表面粗糙度 适当的纤维密度、浮髀纤维 纱芯中有适度的纤维浮游 纱线外表被浮游纤维覆盖 光泽度纤维表面为扁平面 纤维表面扁乎面的细度、卷曲;纤维材 光泽光扦的优美程度料的折光、织物纹理;纤维内的熳散射 沮 深着色 色泽 明亮的色泽 褪色效应 染色量、染色串、折射率;纤维表面相糙 度、浮游纤维;纤维表面扁平面;分子改 忭( 对阳离子染料等) 高、低可染性的轴向分布 幅捧不同色泽效果的纤维 声音丝鸣效应在纤维横截面边缘有沟槽形状 外观表面鼓理织物扁平度 M n s u o 列举了此设计概念的四个应用实例,其 中之一是关于新台纤( s h i n E o s e n ) 织物的设计技术, 主要包括四
13、个设计步骤。首先定义产品特点,需满 足以下三个条件的织物定义为新合纤织物:其主要 组成是合成纤维;具有某种美观效果包括某种特殊 类型的手感;由一组集成制造技术生产而成。其次 是美观效果设计或功能设计,迄今为止,所生产 兰 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark ! ! ! ! ! :! 塑:堕塑堂塑篁丝鲞篁! 塑 涤纶织物防水透湿与拒水拒油整理的发展 李淑华刘兆锋胡盼盼 ( 南通纺织职业技术学院,南通,2 2 6 0 0 7 )( 东华大学) 摘要:综述涤
14、纶织物的防水透湿整理及拒水拒油整理的机理、方法、整理剂类型等,探讨荷叶效应在涤纶织物拒水拒油整理方面 的应用及其发展前景。 关键调:聚酯纤维涤纶防水透湿拒水拒油整理荷叶敷应 中圈法分类号:幅1 9 55 7文越标识码:A 涤纶是纺织用化学纤维中左右全局的产量最大 的一个品种“。近年来除用于仿真丝薄型服装面料 外,还用于帐篷、高性能清洁布、汽车、飞机等内装饰 布及地毯、沙发面料、墙布等”1 。其纺织产品向功能 化、智能化方向发展”o 。一些经过特种整理的新型 纺织品还能提供各种优异的功能,涤纶织物的防水 透湿及拒水拒油整理就是其中之一【4J 。 1 防水与透湿整理 防水性和透湿性可以从织物结构和
15、加工方式上 取得一致。水汽分子的直径一般为4 1 旷4 “m ,雨 滴的直径通常为1 0 “m ”1 ,只要织物中孔隙的直径 控制在水汽分子可通过而水滴不能通过的范围内, 便可起到防水透湿的作用。 在人体、衣服、环境三三者形成的体系中存在湿与 热的传递,湿的传递方式有两种:出汗发散( 液相传 递) 和无感蒸发排泄( 气相传递) 。人体随环境和活 动状态及穿着衣服的不同,在人的皮肤周围出现的 人工气候,其相对湿度为5 0 ,舒适温度为3 2 。 织物的透湿性与纤维的种类、织物的结构和织物的 整理等密切相关。当服装内侧的温度高于外侧时, 在织物两侧就存在一个压力梯度,在它的作用下,水 蒸汽分子能通
16、过织物细密通道,与外界进行热湿 交换。6 1 。 涤纶的防水透湿织物主要有如下三种。 1 1 经拒水按理的高密织物 紧密型防水织物是利用改变织物结构而达到防 水透湿的目的,此类织物是最早研制成功的防水透 湿织物”1 。其依据为:水汽在纱线空隙之间简单的 扩散;纤维束之间的毛细管传递;在单根纤维之削的 扩散。现在的紧密型防水织物,大多采用超细聚酯 纤维为原料”1 ,此类织物中,纤维之间、纱线之间紧 密排列,使织物在不进行拒水整理的情况下,耐水压 达l 一1 0 5P a 。同时,纤维纱线之间形成毛细管,由 于毛细管效应的存在,能很好地传输水蒸汽。紧密 型织物的优点在于制备工艺简单,主要是纱线和丝
17、 纤度的变化,制成的衣物悬垂性好,透湿性佳。但该 类织物耐水压较低,大大限制了其应用范围。 的新合纤织物所具有的共同点是较佳的柔软度、较 H b e rs c e c e ”。A j l l eN m l l c a m l i n a ,u s A1 9 9 8 好的悬垂性和优美的光泽,至少具有某种特殊类型 2 “77 - “a “”“0 1 “* aM e 髂u “eQ u “口J m0 f 的手感( 如桃皮绒、干触感、精纺触感、仿真丝感觉) , n 。池h 枷“。1 1 o 2 :n 7 7 “T 4 1 6 偶尔也加工成具有某种特殊美感和某些特殊功能 3 :l :。三:j j :兰:。
18、= 。:= ! j 竺: ( 如深着色、混色效应、丝织物的声音、表面起绒等) 。R hJ 。u m d ,1 9 7 2 ( 4 2 ) :6 1 3 6 2 6 第三是基本结构设计。第四是基本制造设计。表1 4H * d eJwse Id s t “c h a m sdm Y 。l 列举了确定达到指定的美学或功能效果的基本结构 ”舳w m P 眦j e I 1 9 6 9 设计元素。 51 1 。舡1 8 1w8 。缸M 础肌鹪甜n 。1 M 。n k4 b l 1 1 l e ( 未完待续, 。:? :? 篡? := :9 :。,。,。 参考文献 1 。“一1 9 8 8 7H e 叮kJ
19、w Sh b n c c h 粕sAm s i 柙N1 k m l I eH 0 b I K a w a b a 【8s H 甜R e c e n t m v e k p m 帅b i n 山eE v m u m i 佣T e e h n o l o 舒0 f1 忡4 ( 1 4 ) :1 2 1 6 F l b e r 卟dT 既t 1 1 e sT o w a r d 自t h eE n 画n r 甜 D e g i 印 d1 h d l e 8 M m 蛐o ,TddT kD e 。韶L D 出甜h 州l eP f o d u c T h eR “k P e 而玎n 明c e 1 山m 【i o n d h n 州s y m p 捌u m ”l h 啊缸M o d 唧I d h n e ,1 孵7 :” 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark
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