棉麻織物液態(tài)水垂直傳遞性能的研究畢業(yè)設(shè)計論文

1、科技與藝術(shù)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）題 目 棉/麻織物液態(tài)水垂直傳遞性能的研究系 別 紡織服裝系 專業(yè)班級 姓 名 XXX 學(xué) 號 指導(dǎo)老師 教授 系主任 2013年 5月30日浙 江 理 工 大 學(xué)科 技 與 藝 術(shù) 學(xué) 院畢業(yè)論文誠信聲明我謹(jǐn)在此保證：本人所寫的畢業(yè)論文，凡引用他人的研究成果均已在參考文獻(xiàn)或注釋中列出。論文主體均由本人獨(dú)立完成，沒有抄襲、剽竊他人已經(jīng)發(fā)表或未發(fā)表的研究成果行為。如出現(xiàn)以上違反知識產(chǎn)權(quán)的情況，本人愿意承擔(dān)相應(yīng)的責(zé)任。聲明人（簽名）：年 月 日摘 要織物的液態(tài)水傳遞性能對服裝的穿著舒適性起到至關(guān)重要的作用。具有良好液態(tài)水傳遞性能的服裝能在一定程度上確保體感涼爽。相

2、反，液態(tài)水傳遞性能差的服裝會抑制人體的散熱機(jī)制，導(dǎo)致衣服與人體表之間的微環(huán)境長時間處于濕熱的狀態(tài)，引起人體不適。因此，對織物液態(tài)水傳遞性能的研究是十分有必要的?？椢镆簯B(tài)水傳遞性能自動檢測法是一種基于垂直芯吸法的新式織物液態(tài)水傳遞性能的檢測方法。該方法所使用的新型織物濕傳遞自動檢測裝置借助計算機(jī)織物垂直芯吸高度自動識別系統(tǒng)自動記錄實(shí)驗(yàn)時間和被測織物的芯吸高度，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)目測實(shí)驗(yàn)儀器耗費(fèi)人工的缺陷，并且提高了測試精確度。論文采用上述方法，對14塊規(guī)格不同的平紋棉/麻混紡織物進(jìn)行了織物液態(tài)水傳遞性能的實(shí)驗(yàn)研究。通過Origin軟件對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到以下結(jié)論：隨著時間的延長，織物經(jīng)/緯向芯吸高度

3、的增長逐漸減緩，直至趨向于一個穩(wěn)定的數(shù)值；織物同一時刻下的經(jīng)向芯吸高度和經(jīng)向初始芯吸速率往往要大于緯向；織物的面密度越大，芯吸性能越好。本課題的研究對如何利用和提高織物的芯吸性能有一定的實(shí)際意義。關(guān)鍵詞：織物；液態(tài)水傳遞性能；垂直芯吸；自動檢測Study on the Vertical Wicking Property of Cotton-Linen Blending Woven FabricsABSTRACTThe moisture management property of the woven fabrics has a great effect on the wear-comfort

4、of the garments. The garments with good moisture management property can make the body feel comfort. On the contrary, the garments will inhibit the heat loss from human body and the hot and wet will accumulate in the micro-environment between the garments and the human body. It may cause uncomfortab

5、le. In conclusion, it is of great importance to study the moisture management property of the woven fabrics.The automatic fabric moisture transmission test equipment for determining the moisture management property of woven fabrics is based on the vertical wicking principle. The test time and the wi

6、cking height of the tested woven fabrics can be record automatically by the automatic vertical wicking height recognition software. It not only makes up for the disadvantage of the traditional labor-intensive visual method, but also improves the test precision.In this thesis, the automatic test meth

7、od was used to study the moisture management performance of the 14 pieces of plain cotton-linen blending woven fabrics with different basic structures. Origin software was also used to analyze the test data. It can be concluded that the wicking height increases gradually as time goes by until its cl

8、ose to a constant number; the wicking height in the same time and the initial wicking rate of the warp are larger than those of the weft; the higher the areal destiny of the fabric is, the better its moisture management property is. It is helpful to improve the moisture management property of woven

9、fabrics in practice.Keywords: woven fabric; water transmitting property; vertical wicking; automatic test目 錄摘 要Abstract第1章緒論11.1課題提出背景11.2織物中液態(tài)水傳遞的原理21.2.1吸濕21.2.2吸水21.2.3透濕31.3織物中液態(tài)水傳遞的研究現(xiàn)狀31.4織物液態(tài)水傳遞性能的常用測試方法41.5課題研究意義及內(nèi)容7第2章新型織物濕傳遞自動檢測裝置簡介82.1硬件部分82.2軟件部分112.3測試步驟15第3章棉麻織物液態(tài)水傳遞特征研究193.1實(shí)驗(yàn)樣品193.2實(shí)

10、驗(yàn)數(shù)據(jù)與分析203.2.1織物30min芯吸高度與初始芯吸速率數(shù)據(jù)處理與分析203.2.2織物面密度對織物水垂直傳遞性能的影響31第4章課題總結(jié)與展望334.1課題總結(jié)334.2展望33參考文獻(xiàn)35致 謝38 第1章 緒論1.1 課題提出背景隨著經(jīng)濟(jì)的逐漸發(fā)展和生活水平的顯著提高，普通百姓在選購服裝時不僅僅更加看重服裝的顏色、圖案、款式和做工，還對服裝的面料的穿著舒適性提出了越來越高的要求。這推動了各類服裝，特別是貼身穿著的內(nèi)衣、春夏裝和運(yùn)動服，以及軍裝，向具有良好濕傳遞性能等高附加值的方向發(fā)展1。作為評價織物舒適性的重要指標(biāo)之一，服裝（織物）的液態(tài)水傳遞性能日益受到世界各國紡織服裝領(lǐng)域?qū)W者的

11、重視2，該性能的相關(guān)原理、描述指標(biāo)、測試儀器和測試方法成為了當(dāng)今紡織服裝領(lǐng)域的熱門研究對象3-5。人體皮膚汗腺釋放汗液活動主要分為兩種：在代謝水平低下時，汗液在汗腺孔內(nèi)或汗腺孔附近蒸發(fā)成水氣，皮膚上不呈現(xiàn)潤濕狀態(tài)，稱為“無感出汗”或“非顯汗”；在代謝水平高亢時，汗液以液態(tài)水形態(tài)遍及皮膚表面，甚至流淌，稱為“有感出汗”或“顯汗”，是人體出汗的主要形式。前者對服裝穿著舒適性也有影響，正如許多研究者指出的，影響熱發(fā)散平衡，但由于其產(chǎn)生時服裝與皮膚接觸很少，因此這種影響并不明顯。后者不僅影響熱平衡，而且影響皮膚觸覺系統(tǒng)。某些液態(tài)水傳遞性能特別差的服裝，特別是貼身穿著的服裝，在人體有感出汗后，特別是在寒

12、冷的環(huán)境中，由于不能將液態(tài)水迅速地芯吸或遷移到另一面以促進(jìn)汗汽的散逸、蒸發(fā)，會使穿著者有一種非常不舒適的“激冷感”6。織物的濕傳遞同樣分為兩種，一種是人體出非顯汗條件下濕汽透過織物的氣態(tài)水傳遞，另一種則是出顯汗條件下液態(tài)水在織物中的傳遞?？椢餄駛鬟f的研究雖然有不少國內(nèi)外科學(xué)家在進(jìn)行，但大部分研究偏向氣態(tài)水傳遞，且在分析中附屬于熱平衡的測算，深入涉及液態(tài)水傳遞理論及進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)的研究較少7-9。在重體力勞動、運(yùn)動訓(xùn)練或高溫作業(yè)等人體容易有感出汗的條件下，現(xiàn)有服裝液態(tài)水傳遞性能均不能令人滿意10，因此織物/服裝的液態(tài)水傳遞性能還有待進(jìn)一步研究。1.2 織物中液態(tài)水傳遞的原理無論是織物的氣態(tài)水傳遞還

13、是液態(tài)水傳遞，其實(shí)質(zhì)都是吸濕、吸水、透濕這三項(xiàng)過程。影響這些過程的內(nèi)在因素主要有纖維的表面性能、紗線和織物的幾何結(jié)構(gòu)特征等。本論文主要研究的是織物的吸水過程。1.2.1 吸濕織物的吸濕是指織物在空氣中會不斷地和空氣進(jìn)行水氣的交換，即不斷地吸收空氣中的水氣，同時也不斷地向空氣中放出水氣11。以本課題所要研究的纖維素類纖維（如棉、麻）為例，氫鍵是該類纖維吸濕的主要原因12。纖維吸濕時，水分子先吸附在纖維表面。這種直接吸收水的方式結(jié)合力較大，產(chǎn)生的吸濕熱也較大。隨后水分子進(jìn)入纖維內(nèi)部，與纖維分子中的游離親水基團(tuán)直接結(jié)合為氫鍵而附著或與已經(jīng)附著在纖維分子上的水分子間接結(jié)合。間接吸濕的結(jié)合力較小，吸收的

14、水分容易蒸發(fā)，是纖維中水分蒸發(fā)的主體部分，因此間接吸濕對纖維的物理機(jī)械性質(zhì)影響不大?？椢锏奈鼭裥阅苤饕Q于纖維的種類和大氣條件。1.2.2 吸水織物吸水包括潤濕和芯吸兩個過程。潤濕是液體在固體表面擴(kuò)散，以液-固界面取代氣-固界面過程。當(dāng)液體與固體壁面接觸時，液體分子和固體分子就會產(chǎn)生作用力，這種吸引力成為附著力。如果附著力大于內(nèi)聚力時，就產(chǎn)生液體能浸潤固體的現(xiàn)象；反之，就產(chǎn)生液體不能潤濕固體的現(xiàn)象。芯吸效應(yīng)的產(chǎn)生是由于織物中纖維與纖維之間、紗線與紗線之間存在著不同大小和形狀各異的孔隙，織物與水接觸時會形成毛細(xì)壓差13，換句話說，毛細(xì)效應(yīng)提供了織物芯吸的動力。毛細(xì)效應(yīng)是指將內(nèi)徑等于或小于1毫米

15、的細(xì)管垂直放入液體中時，如果液體能潤濕管壁（90），則管內(nèi)液面將下降，液面呈凸形。綜上所述，潤濕和芯吸兩者有著密切的聯(lián)系：潤濕是芯吸發(fā)生的前提，不可潤濕的固體就不可能產(chǎn)生毛細(xì)現(xiàn)象14。1.2.3 透濕人體無感出汗產(chǎn)生的氣相水每小時約向外界散發(fā)水分2223g。氣相水通常由分壓高的一面向分壓低的一面擴(kuò)散。無感出汗在皮膚表面蒸發(fā)時，織物貼近人體皮膚一側(cè)的纖維的親水端與汗液結(jié)合，水分在纖維間的孔隙中不斷聚積，此時皮膚與織物間空氣中水氣的分壓超過纖維內(nèi)部水氣的分壓值，水就自然被空氣擠出織物，向周圍環(huán)境中散發(fā)。織物的厚度越小，緊密度越高（即纖維間孔隙越細(xì)越小），這種透濕效應(yīng)越強(qiáng)。1.3 織物中液態(tài)水傳遞的

16、研究現(xiàn)狀Washburn15對多孔結(jié)構(gòu)和毛細(xì)管流動關(guān)系進(jìn)行了研究，并在芯吸理論的基礎(chǔ)上，忽略重力的影響，提出了被廣泛認(rèn)為是液體芯吸的動力學(xué)描述的Washburn方程1-1。Minor16等人研究了各種液體在纖維束中的移動，并且用纖維組合系統(tǒng)的潤濕理論來解釋液滴在織物中穿透的現(xiàn)象。他們都是通過研究芯吸現(xiàn)象與織物結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系，從而獲得液體芯吸高度或者芯吸高度與時間的關(guān)系，沒有涉及液態(tài)水傳遞過程中水分傳遞的微觀行為和這些行為的機(jī)制。 (1-1)式中：h為毛細(xì)管內(nèi)液體的高度；r為平均半徑；為接觸角；為液體粘度；t為時間；為表面張力；g為重力加速度；為液體密度。熊杰17等利用鋪展因子（在規(guī)定的環(huán)境條件

17、下，采用2.5cm15cm試樣條做芯吸試驗(yàn)，測定織物吸收單位質(zhì)量的水并鋪展單位長度所需時間）和散失速率（在規(guī)定的環(huán)境條件下，將完全浸潤的織物置于35熱板上，測定在單位時間內(nèi)單位面積織物向周圍環(huán)境散失的水分量）兩個模擬量得到了液態(tài)水傳遞性能與薄型機(jī)織物結(jié)構(gòu)特征的關(guān)系：1.在非穩(wěn)態(tài)下，親水性纖維織物的鋪展因子越小，鋪展能力強(qiáng)，越有利于透濕散熱；2.織物平方米克重增大在間歇顯汗下有助于排汗，但同時會導(dǎo)致織物在非顯汗條件下透濕傳熱能力下降，所以平方米克重的大小需要考慮多種因素。邱冠雄18等根據(jù)滴在織物上的水是在毛細(xì)效應(yīng)下沿織物中的纖維向內(nèi)滲透，且不同織物滲透時間不同的原理，分別測試了棉（親水性）織物和

18、疏水性織物水洗前后水滴完全消失的時間，將此作為吸濕指標(biāo)，探討了織物對水的導(dǎo)濕機(jī)理。邱冠雄指出：親水性織物更容易被水潤濕；織物經(jīng)水洗后水滴消失時間明顯縮短，由此可以推出水洗對織物的吸濕度影響很大。姚穆19等應(yīng)用潤濕理論和毛細(xì)管理論，對濕傳導(dǎo)的通道和織物結(jié)構(gòu)的描述方法進(jìn)行研究，并對各層次導(dǎo)濕孔洞的物理量進(jìn)行描述，最后得出：織物具有多種層次結(jié)構(gòu)，且各層次在濕傳導(dǎo)過程中的作用和表現(xiàn)各不相同。邢孟秋20等采用垂直芯吸法定性研究了紗線的捻度、單絲纖度、單絲橫截面形狀以及助劑對紗線芯吸性能的影響，指出：對于同一種原料的紗線，恰當(dāng)?shù)哪矶群图?xì)度可以提高紗線的芯吸性，但超過某一極限其芯吸作用反而下降；三葉形截面的

19、異形纖維相比其他形狀的纖維芯吸作用更好。王其21-23等對差動毛細(xì)效應(yīng)在織物液態(tài)水傳遞中的應(yīng)用及形成差動毛細(xì)效應(yīng)的條件進(jìn)行研究，假設(shè)纖維在紗線和織物中完全規(guī)整排列的前提下建立了差動導(dǎo)濕模型，并在忽略線圈空間幾何形態(tài)對導(dǎo)濕量可能產(chǎn)生影響的前提下，計算針織物的毛細(xì)輸水量。莊勤亮24等借助CCD（Charge-coupled Device，電荷耦合元件攝像頭）每隔15s自動攝取織物動態(tài)芯吸的圖像，所攝圖像直接導(dǎo)入計算機(jī)進(jìn)行圖像處理，得到液體在織物的導(dǎo)濕速度。莊勤亮進(jìn)一步優(yōu)化了芯吸法，同時分析了針織物的濕傳遞機(jī)理，并研究了外加壓力對針織物濕傳遞的影響。1.4 織物液態(tài)水傳遞性能的常用測試方法科學(xué)家們按

20、照自己對織物液態(tài)水傳遞的理解，設(shè)計出許多測定方法25-43，試圖尋求可測得的量來定量地描述這一性質(zhì)。這些測試方法分為間接測試法和直接測試法。間接測試法則是從與所需指標(biāo)相關(guān)的特性出發(fā)，利用某些物理量，如電阻、介電系數(shù)、外來輻射的吸收等和材料回潮率間的關(guān)系間接測定材料中的含水率。間接測試法的種類主要有電容法、直流電阻法、高頻阻抗法等。以電阻式測濕儀測試法為例，該方法是利用纖維在不同的回潮率下具有不同的電阻值來進(jìn)行測定的。啟動電阻式測濕儀，讀出纖維的電阻值，然后查找測試該纖維種類的電阻與回潮率關(guān)系表，確定其回潮率。間接測試法通常快速簡便，甚至可以不直接接觸試樣，因此工廠常用這類方法對織物的吸濕性作連

21、續(xù)測定，便于回潮率自動監(jiān)控。但是，影響間接法測試結(jié)果的因素較多，在穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性上還存在一定的問題。直接測試法是直接測定所需的指標(biāo)，即含水率或回潮率。國內(nèi)針對液態(tài)水導(dǎo)濕性能的測試主要是擴(kuò)散性能和吸濕速度的測試，其指標(biāo)主要有擴(kuò)散時間，潤濕面積和芯吸高度等，測試方法主要有透濕杯法、滴液法、垂直吸水法、芯吸法等。傳統(tǒng)的直接法主要是透濕杯法，該方法雖然簡單易行，并能在靜態(tài)條件下定量比較織物的透濕性，但是測試時間長，實(shí)驗(yàn)精度低。許多學(xué)者力圖尋求一種快速、簡便、精確的測試方法。滴液法是將織物平置，用注射器在平置織物上滴入一定量的液滴，觀察液滴從開始擴(kuò)散至擴(kuò)散停止時織物的潤濕面積或消耗時間。該方法可以模擬人

22、體出汗時，汗液從織物內(nèi)層向外層擴(kuò)散并蒸發(fā)到大氣中的過程。最理想的織物潤濕情況是里層潤濕面積小，外層潤濕面積大。垂直吸水法是將織物一端吊在稱重儀器上，另一端浸入水中，測量一定時間內(nèi)織物的吸水量。使用垂直吸水法測量織物液態(tài)水傳導(dǎo)能力時，要求不同試樣寬度方向同時吸水的紗線（或毛細(xì)管）根數(shù)必須相等，稱重儀器必須能連續(xù)測量，對試樣準(zhǔn)備和稱重儀器要求較高。最終獲得的數(shù)據(jù)是一定時間內(nèi)的芯吸高度，并不能得到織物在芯吸過程中液態(tài)水的傳遞規(guī)律。目測垂直芯吸法是目前國內(nèi)測定織物芯吸率的主要方法。其原理主要是利用紡織品毛細(xì)效應(yīng)測試織物的芯吸性能，用芯吸速率或芯吸高度來表征。將試樣按經(jīng)向和緯向分別3條裁剪成寬度為2.5

23、mm的布條，使其底部浸入水中，將檢測裝置溫度控制在27，依次測定各布條30min內(nèi)液體芯吸上升高度，最后將3條布條的平均值作為芯吸效應(yīng)的指標(biāo)。對于白色或淺色織物，為了便于觀察，一般使用可稀釋的有色溶液，如重鉻酸鉀溶液，也可以在試樣上用彩色水筆畫上線條。目測垂直芯吸法適用于紗線和織物的半成品和成品，不適用于散纖維及疏水性紗線和織物。該方法測試簡單、操作方便，能較好反映織物導(dǎo)濕性能。但這種方法也存在著明顯的缺陷，即讀數(shù)困難，尤其是新的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)FZT 1071-200811將平均芯吸速率改為某一時刻的芯吸速率后，要求測試者讀取較多時刻點(diǎn)的芯吸高度，增加了讀數(shù)主觀誤差產(chǎn)生的可能性。人工觀察芯吸高度這一

24、單一指標(biāo)存在困難，受人為因素影響較大，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性較差。此外，該實(shí)驗(yàn)只能測定織物最大導(dǎo)濕能力，而無法得到液體在織物中各不同位置的傳導(dǎo)速度。同時，該實(shí)驗(yàn)每一次只能測量織物一個方向的毛細(xì)效應(yīng)高度，必須測量兩次才能反映織物的液態(tài)水傳導(dǎo)能力，測試所花費(fèi)的時間較長（30min左右），而且受環(huán)境蒸發(fā)影響較大。實(shí)驗(yàn)最終得出的指標(biāo)是芯吸效應(yīng)H（cm/30min），并不能解釋織物中液態(tài)水傳遞具體過程中傳遞機(jī)理。此外，還可以采用光學(xué)傳感器法對芯吸性能進(jìn)行研究，此種方法被稱為“光學(xué)傳感器垂直芯吸法”。在芯吸過程中，隨著液面的上升，織物分為芯吸部分和未芯吸部分，以光學(xué)傳感器以及其他有關(guān)數(shù)字技術(shù)取代人工目測對其輸出灰度

25、值，根據(jù)織物干態(tài)與濕態(tài)圖像上灰度值的差異計算出織物干態(tài)與濕態(tài)的百分比，由此得到液體在織物的導(dǎo)濕速度。借助光學(xué)傳感器進(jìn)行科學(xué)研究的方法起源于20世紀(jì)50年代，于80年代在紡織領(lǐng)域中得到應(yīng)用。此種芯吸性能檢測方法克服了傳統(tǒng)目測法中檢測人員難以長時間高度集中注意力，主管和客觀上都容易造成讀數(shù)不準(zhǔn)確的缺點(diǎn)，從而降低了測試的誤差，提高了精度。該方法對于純色織物具有較好的測試效果，是本論文研究所用的實(shí)驗(yàn)方法。然而對于提花、印花織物，該方法由于在圖像采集的過程中受到織物顏色的干擾，會產(chǎn)生明顯誤差。此外，該方法使用的測量儀器造價較高，因此要得到普及還存在一定困難。1.5 課題研究意義及內(nèi)容科研觀測方法由宏觀和

26、長時間向微觀和短時間方向發(fā)展，使得科學(xué)家們意識到在微觀機(jī)制下，液態(tài)水在多孔狀織物中的傳遞極為復(fù)雜，傳統(tǒng)的理論已不能完全解釋織物濕傳遞。利用實(shí)驗(yàn)測試手段進(jìn)行研究織物液態(tài)水傳遞，不僅能夠使人們進(jìn)一步認(rèn)識織物中液態(tài)水傳遞過程中具體的行為機(jī)制，為從理論上解決液態(tài)水在織物中的傳遞問題提供堅實(shí)的物理基礎(chǔ)，從而豐富液態(tài)水在織物中傳遞的理論，還有助于更快更好地提升織物的導(dǎo)濕快干性能。本課題借助圖像處理技術(shù)，采用基于毛細(xì)效應(yīng)原理的光學(xué)傳感器垂直芯吸法，通過新型織物濕傳遞自動檢測裝置對14塊基本規(guī)格不同的棉/麻混紡織物的芯吸性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測試，該裝置在30min內(nèi)每隔10s輸出一次織物試樣的芯吸高度，每次測試共計1

27、80個數(shù)據(jù)，每塊織物經(jīng)緯向各測3次。接下來，在origin軟件中，首先對織物經(jīng)緯向各3次芯吸性能測試得到的平均芯吸高度-時間的關(guān)系進(jìn)行擬合，得到擬合曲線，然后對織物的擬合曲線求導(dǎo)，提取織物經(jīng)、緯向30min最終芯吸高度及經(jīng)、緯向初始芯吸速率這四項(xiàng)指標(biāo)，從而探究液態(tài)水在棉/麻混紡機(jī)織物中垂直傳遞的規(guī)律，并分析主要影響因素。39第2章 新型織物濕傳遞自動檢測裝置簡介近二三十年來數(shù)字圖像處理技術(shù)已廣泛應(yīng)用于品生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)。利用圖像處理技術(shù)對紡織材料及紡織品進(jìn)行性能測試、結(jié)構(gòu)分析以及質(zhì)量控制，不僅降低了實(shí)驗(yàn)誤差，而且提高了檢測精度。姜曉云等以垂直芯吸法為基礎(chǔ)，從幾何角度推導(dǎo)畸變圖像尺寸與實(shí)際尺寸的關(guān)

28、系，并通過MATLAB程序圖像處理技術(shù)對成像時的徑向桶形畸變進(jìn)行了修正，得到畸變圖像和拍攝物體間的準(zhǔn)確對應(yīng)關(guān)系，設(shè)計出一種光學(xué)傳感器垂直芯吸法，并已研制出該測試方法所使用的織物液態(tài)水傳遞性能自動檢測裝置。這一方法不僅奠定了織物液態(tài)水傳遞性能自動檢測技術(shù)的基礎(chǔ)，而且解決了垂直拍攝芯吸高度圖像的徑向畸變帶來的測試誤差問題。測試過程中，新型織物濕傳遞自動檢測置硬件部分的CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor，互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體）圖像采集裝置每隔10s采集一幀試樣動態(tài)垂直芯吸的圖像，并直接存儲在與自動檢測裝置相連接的計算機(jī)中。計算機(jī)中所安裝的織物垂直

29、芯吸自動識別系統(tǒng)對采集到的圖像分析處理后，輸出試樣的芯吸高度值。自動檢測裝置聯(lián)合自動識別系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對織物芯吸過程的自動檢測。2.1 硬件部分織物液態(tài)水傳遞性能自動檢測裝置主要由垂直芯吸實(shí)驗(yàn)裝置，恒溫恒濕可調(diào)光源環(huán)境系統(tǒng)，CMOS圖像采集裝置組成，其結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。自動檢測裝置的內(nèi)部環(huán)境情況、LED燈源電壓可分別通過查看位于調(diào)節(jié)按鍵傍的溫濕度顯示屏、位于裝置頂部的電壓顯示屏得知。圖2-1 織物濕傳遞全過程觀測裝置1垂直芯吸實(shí)驗(yàn)裝置 2恒溫恒濕恒光源環(huán)境 3圖像采集裝置該裝置改變傳統(tǒng)垂直芯吸實(shí)驗(yàn)將織物置于液體中的方式，如圖2-2所示，采用位于其頂部的供水裝置通過水管將液體緩慢供給織物的方式，使

30、得液體的供給更易于控制，如圖2-3所示。將長30cm、寬3cm的織物試樣2整理平整后掛在恒溫恒濕環(huán)境專用試樣架1的橫梁上，底部水箱4由箱子頂部的供水裝置緩慢供給溶有少量紅色染料的液體，織物芯吸過程由CMOS圖像采集裝置觀察，自動拍攝記錄織物的芯吸圖像?？椢镌嚇?上端使用夾子夾緊，下端磁鐵3（相當(dāng)于預(yù)張力器）固定，以使得織物試樣在測試過程中保持垂直、平整?？椢镌嚇拥闹行氖强椢锎怪毙疚詣幼R別系統(tǒng)分析的中心點(diǎn)，因此在擺放布條時應(yīng)當(dāng)保證織物試樣的中心與CMOS圖像采集裝置的攝像頭中心對齊。圖2-2 傳統(tǒng)織物垂直芯吸試驗(yàn)圖1-底座 2-秒表 3-垂直支架 4-試樣夾 5-橫梁 6-試樣 7-水箱 8-

31、張力夾 9-標(biāo)尺圖2-3 織物芯吸部件1-試樣架 2-織物試樣 3-磁鐵 4-水箱為了使內(nèi)部的環(huán)境能夠保持在標(biāo)準(zhǔn)狀況，自動檢測裝置采用智能化溫濕度一體化控制方式，將內(nèi)部環(huán)境的溫度控制在200.5，同時使用自動檢測裝置頂部的加濕裝置供給純水將濕度控制在65%5%。此外，該裝置還采用風(fēng)道式通風(fēng)循環(huán)方式連續(xù)可調(diào)節(jié)的氣流速度，解決測試環(huán)境溫濕度場的均勻性和織物在測試過程中保持靜止的問題?？椢镌嚇佑捎诓牧?、色彩等對光的反射強(qiáng)度不同，其圖像經(jīng)計算機(jī)分析呈現(xiàn)不同的灰度值，計算機(jī)根據(jù)對灰度值的計算輸出芯吸高度。該裝置采用垂直放置的LED燈源，給織物圖像提供一個更加穩(wěn)定、光照度均勻的環(huán)境。這是由于LED燈光源能

32、量集中度高，發(fā)光指向性強(qiáng)，光線柔和，亮度衰減比傳統(tǒng)日光燈光源低，并外連可調(diào)節(jié)裝置，通過手動調(diào)節(jié)電壓來控制實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)的光強(qiáng)度，以適應(yīng)不同織物的測試。電壓調(diào)節(jié)范圍為020V，電流范圍為02A。此外，本裝置光源箱的顏色為中灰色，位于織物芯吸實(shí)驗(yàn)裝置后側(cè)和兩側(cè)的內(nèi)壁由磁鐵各固定了深藍(lán)色的絨布，這些都能避免LED燈源的反光對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的影響。2.2 軟件部分織物垂直芯吸高度的自動識別系統(tǒng)是由VC+編制而成的，其操作界面包括菜單欄、工具欄、視屏可視區(qū)與控制面板區(qū)，如圖2-4所示。菜單欄中主要包括文件、編輯、設(shè)置、查詢與幫助；工具欄中含有打開、保存、打印等基本選項(xiàng)；視屏可視區(qū)能通過工業(yè)攝像頭對儀器內(nèi)的織

33、物芯吸高度進(jìn)行實(shí)時觀察；控制面板區(qū)內(nèi)的各選項(xiàng)主要在實(shí)驗(yàn)過程中用到，包括檢測控制、視屏控制和檢測結(jié)果，檢測控制包括提取特征、自動檢測、重新開始、停止檢測、抓圖保存、手動檢測、導(dǎo)出結(jié)果、歷史查詢按鈕，視頻控制包括視屏預(yù)覽、停止預(yù)覽、默認(rèn)曝光和調(diào)節(jié)窗口大小按鈕，檢測結(jié)果包括修正前高度、修正后高度和檢測時間三欄。檢測控制欄中在測試開始時點(diǎn)擊提取特征，然后立刻點(diǎn)擊自動檢測，檢測結(jié)果便會出現(xiàn)在下方的檢測結(jié)果欄中，與此同時，芯吸高度的圖片會自動保存到前面已設(shè)置好的路徑下。圖2-4 織物垂直芯吸高度自動識別系統(tǒng)該自動識別系統(tǒng)對圖像進(jìn)行處理的過程主要包括圖像分割、二值化圖像的形態(tài)學(xué)處理以及芯吸高度的量化三個階段

34、。每一階段都以前一階段的工作為前提，為后一階段作準(zhǔn)備。自動識別系統(tǒng)首先依據(jù)圖像的灰度、顏色或幾何性質(zhì)將圖像中具有特殊含義的不同區(qū)域分開，有目的的分析和提取，實(shí)現(xiàn)對織物干燥區(qū)和水跡區(qū)的分離。這是圖像分割技術(shù)中較常用的一種方法，其關(guān)鍵所在是閾值的選擇。閾值的選擇通常運(yùn)用直方圖雙峰法。直方圖雙峰法借助直方圖確定物體圖像和背景的灰度突變位置，并把閾值選擇在此處。接下來，系統(tǒng)對后二值化圖像進(jìn)行閉運(yùn)算，然后統(tǒng)計對應(yīng)水跡區(qū)的像素數(shù)計算，以此獲得芯吸高度。液態(tài)水的傳遞是一個動態(tài)傳遞過程，攝像頭對垂直物體拍攝時的徑向畸變會對測試結(jié)果造成誤差影響。徑向畸變主要原因是組成攝像機(jī)光學(xué)系統(tǒng)的透鏡系統(tǒng)遠(yuǎn)光軸區(qū)域的放大率與

35、光軸附近的放大率不同，使得圖像中的點(diǎn)向內(nèi)(遠(yuǎn)光軸區(qū)域的放大率比光軸附近的大)或向外(遠(yuǎn)光軸區(qū)域的放大率比光軸附近的小)偏離光軸中心。這種偏離是關(guān)于圓對稱的。根據(jù)正方形經(jīng)畸變后所成的圖像，前者稱為枕形畸變，后者稱為桶形畸變，如圖2-5所示。(a) 枕形畸變 (b) 桶形畸變圖2-5 徑向畸變示意圖織物導(dǎo)濕圖像獲取示意圖見圖2-6。圖2-6 垂直芯吸法獲取圖像示意圖H為拍攝物高度，B0為其中心位置，與攝像頭中心A在同一水平，二者距離記為L。等分拍攝物高度H，以AB0為分界，向上記為B1、B2、 Bn，向下記為B-1、B-2、 B-n。對AB0B1，作B0C1AB1， B0C1表示目標(biāo)物B0B1的圖

36、像高度，記為h1，令：AB1B0=1 ，則1=arc ctg (B0B1 / L )h1= B0C1= B0B1sin1= B0B1sin(arcctg(B0B1 / L)對AB1B2，作B1C2AB2，令：AB2B1=2，則2=arc ctg (B1B2 / L )目標(biāo)物B0B2的圖像高度記為h2，h2= B0B1sin(arcctg(B0B1 / L)+ B1B2sin(arcctg(B1B2/ L)以此類推，目標(biāo)物B0Bi的圖像高度hi為：同理，AB0分界線以下取B0位置0.5mm，即1mm圖像高度的像素數(shù)記為C，則目標(biāo)物B0Bi的圖像高度的像素數(shù)為： (2-1)論文目標(biāo)物高度H為300

37、mm，等分300份，即Bi-1Bi=1，式(2-1)改為： (2-2)拍攝物成像在CCD靶面上的條件為： (2-3)式中：f為CCD焦距，6mm；h為CCD靶面高度，4.16mm。將最大芯吸高度為H=300mm，f=6mm，h=4.16mm代入式(2-3)，求得拍攝最小距離為：考慮將工作視場適當(dāng)加大，即目標(biāo)物高度增大至308mm，實(shí)際拍攝距離為：近似取拍攝距離440mm。將拍攝距離為440mm下正方形模板在坐標(biāo)原點(diǎn)處像素數(shù)C=8代入式(2-2)，得： (2-4)織物垂直芯吸高度自動識別系統(tǒng)輸出畸變修正后芯吸高度，測試精度高。2.3 測試步驟第一，織物試樣準(zhǔn)備：將織物用熨斗熨燙平整，在距布邊十分

38、之一幅寬處，沿織物的經(jīng)向和緯向分別在左、中、右部位各剪1條長度略長于30cm，寬度略寬于3cm的布條，共6條。取樣時應(yīng)避開折皺、疵點(diǎn)。扯下布條邊上多余的紗線，使其成為紗線完整的30cm*3cm的織物試樣，然后在織物試樣邊角處編上序號，如圖2-7所示。圖2-7 布條試樣第二，織物實(shí)驗(yàn)懸掛：擦干織物垂直芯吸自動識別系統(tǒng)內(nèi)水容器，伸直布條樣品，然后按圖2-8所示將其上端固定在試樣架的橫梁架上，在距試樣下端8-10mm處用磁鐵固定住布條，磁鐵上端與識別標(biāo)尺的標(biāo)識零線在同一水平線上，然后將垂直芯吸裝置放入恒溫恒濕箱中。圖2-8 固定試樣第三，測試環(huán)境設(shè)置：打開電源，按住SET鍵和ON/OFF鍵3s以啟動

39、恒溫恒濕箱，將恒溫恒濕箱的工作溫度、濕度分別設(shè)定為20、65%，先后同時按住ON/OFF和TEMP鍵、ON/OFF和HUMI鍵以啟動恒溫恒濕箱的溫濕度控制系統(tǒng)，并轉(zhuǎn)動風(fēng)扇旋鈕，調(diào)節(jié)恒溫恒濕箱內(nèi)部風(fēng)扇的風(fēng)力強(qiáng)度。第四，測試軟件運(yùn)行設(shè)置：觀察自動檢測裝置的溫濕度顯示屏，如圖2-9所示，當(dāng)顯示屏顯示的溫度穩(wěn)定在200.5，相對濕度穩(wěn)定在650.5%時，打開織物垂直芯吸高度自動識別系統(tǒng)和LED光源。圖2-9 內(nèi)部環(huán)境溫濕度穩(wěn)定的新型織物濕傳遞自動檢測裝置在織物垂直芯吸高度自動測試系統(tǒng)，其界面風(fēng)格選擇為Office2007；窗口控制選擇狀態(tài)欄和工具欄；預(yù)覽尺寸和抓拍尺寸都選擇100%。在其他參數(shù)設(shè)定中，

40、設(shè)置布樣長度為29cm，即布條底端到測試架頂部橫梁的距離，布樣寬度為3cm，檢測時間間隔為10s，并設(shè)定圖片保存路徑。轉(zhuǎn)動LED旋鈕，調(diào)節(jié)自動檢測裝置LED光源的電壓，使通過自動識別系統(tǒng)的圖像顯示區(qū)觀察到的布樣顏色清晰，且與肉眼觀察的顏色基本一致，此時記錄下電壓顯示屏所顯示的電壓值。此外，為了能夠讓自動識別系統(tǒng)能夠更好地識別織物芯吸高度，實(shí)驗(yàn)使用溶解有適量紅墨水的水溶液。第五，使用自動檢測裝置進(jìn)行測試：打開進(jìn)水閥，供水裝置開始供給織物試樣紅色水溶液。通過測試視頻監(jiān)測窗口比例，當(dāng)液面接近布條最下端時調(diào)節(jié)水閥放慢放水速度。當(dāng)布條下端碰到水面時，點(diǎn)擊檢測界面的“提取特征”（開始獲取圖像，第一張圖像的

41、芯吸高度為芯吸起始點(diǎn)）與“自動檢測”（啟動圖像計算程序，即時將芯吸高度顯示在檢測結(jié)果區(qū)中）按鈕，開始測試。調(diào)節(jié)放水速度使液面上升速度小于織物芯吸速度，待液面上升到垂直芯吸實(shí)驗(yàn)裝置的指定刻度線時，關(guān)閉進(jìn)水閥門。第六，結(jié)束測試：30min后，停止檢測，共測得180個數(shù)據(jù)，點(diǎn)擊自動識別系統(tǒng)的“導(dǎo)出數(shù)據(jù)”，系統(tǒng)自動將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入excel表格。每塊織物經(jīng)緯向各測試3次。第3章 棉麻織物液態(tài)水傳遞特征研究3.1 實(shí)驗(yàn)樣品在測試織物的芯吸性能之前，需要分析測試所用織物的基本規(guī)格，包括組織、原料、顏色深度、經(jīng)緯紗線密度(tex)、經(jīng)緯密（根/10cm）、經(jīng)緯向緊度（%）、面密度(g/m2)、織物厚度，并測試

42、其明度。測試明度的目的是根據(jù)相關(guān)參考文獻(xiàn)列出的垂直芯吸自動檢測法中能夠幫助有效獲取不同明度織物芯吸值的LED光源電壓的大致范圍，從而更快地選定測試每塊織物時所設(shè)置的LED光源電壓。這14塊服用棉麻混紡機(jī)織面料主要結(jié)構(gòu)參數(shù)見表3-1。表3-1 實(shí)驗(yàn)樣品的基本規(guī)格與明度織物編號組織原料織物明度線密度（tex）密度（根/10cm）緊度%總緊度%面密度（g/m2）厚度（mm）經(jīng)紗緯紗經(jīng)紗緯紗經(jīng)紗緯紗1平紋亞麻/棉76.87424223215955.6338.1372.551800.312平紋亞麻/棉75.08253625821547.7347.7372.681610.453平紋亞麻/棉49.72253

43、625020346.2545.0770.471610.434平紋亞麻/棉59.99242424222443.8740.6066.661300.495平紋亞麻/棉64.11243923720142.8146.4469.371360.346平紋亞麻/棉64.61283724719148.2942.9970.521590.397平紋亞麻/棉66.82574819515054.4738.4571.981830.328平紋亞麻/棉31.55383919814445.2633.1663.411440.519平紋亞麻/棉50.55444818312844.8332.8562.961480.5610平紋亞麻/

44、棉28.09546117512847.4637.2167.011800.4411平紋亞麻/棉44.83414823017254.8044.0274.692020.5212平紋亞麻/棉37.21454423517658.6543.1276.482040.5213平紋亞麻/棉51.48243825718546.5542.1269.061400.3414平紋亞麻/棉29.90273924517046.6839.2567.611450.35經(jīng)緯密度測量采用ISO721.1/2：1984標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)緯密測試采用ISO3801：1977標(biāo)準(zhǔn)，織物經(jīng)向緊度、緯向緊度和總緊度由公式(3-1)、(3-2)、(3-3

45、)計算得到。經(jīng)向緊度： (3-1)緯向緊度： (3-2)總緊度： (3-3)式中：、織物經(jīng)緯密度(根/10cm)；、經(jīng)緯紗線密度(tex)；、經(jīng)、緯紗直徑(mm)?？椢锞鶠槠郊y組織的棉/麻混紡織物，其經(jīng)緯紗線密度和密度不同，織物總緊度介于51.5% 72.7%，織物平方米重量130g/m2 227g/m2，織物厚度0.31mm 0.56mm。3.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與分析3.2.1 織物30min芯吸高度與初始芯吸速率數(shù)據(jù)處理與分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Origin軟件進(jìn)行分析。將垂直芯吸自動檢測得到的每塊織物經(jīng)、緯向各3次30min內(nèi)間隔10s的各時間點(diǎn)的180個高度平均值導(dǎo)入origin軟件。如圖3-1所示

46、，從該工作表窗口“數(shù)據(jù)精靈（Sparklines）”圖形可以看出平均芯吸高度H-時間t的關(guān)系呈指數(shù)增長，因此論文使用一階增長指數(shù)函數(shù)公式（3-4），對織物的經(jīng)Hj、緯向平均芯吸高度Hw-時間t關(guān)系進(jìn)行指數(shù)擬合（exponential fitting）得到擬合曲線，并提取織物的經(jīng)、緯向30min芯吸高度值H30?？椢镄疚叨龋?（3-4）式中：H0擬合曲線的偏移量；A擬合曲線的波動幅度；t織物的芯吸時間；c擬合曲線的增長常數(shù)。圖3-1 Origin軟件中的Sparkline14個棉/麻混紡織物試樣的芯吸高度-時間（H-t）的擬合曲線如圖3-2所示，得到的擬合曲線方程及擬合校正決定系數(shù)（adjus

47、ted-R2）見表3-2。其中，試樣10、11的緯向幾乎不芯吸，因此這兩塊試樣的緯向保留原始數(shù)據(jù)的散點(diǎn)圖。擬合的校正決定系數(shù)（adjusted-R2）絕大多數(shù)都在0.85以上，最低的也有0.78，接近于1，說明擬合公式（3-4）的擬合效果較好。a) 織物1b) 織物2c) 織物3d) 織物4e) 織物5f) 織物6g) 織物7h) 織物8i) 織物9j) 織物10k) 織物11l) 織物12m) 織物13n) 織物14圖3-2 織物芯吸高度-時間（H-t）擬合曲線表3-2 織物芯吸高度-時間（H-t）擬合函數(shù)試樣經(jīng)向擬合曲線方程Adj. R2經(jīng)向擬合曲線方程Adj. R21H=106.8457

48、1-106.84571e(c/-917.07394)0.89078H=98.1886-98.1886e(c-1046.06953)0.885322H=99.65019-99.65019e(c/-743.73456)0.8083H=88.96733-88.96733e(c/-770.36675)0.850733H=103.00505-103.00505e(c/-838.61031)0.92179H=89.86788-89.86788e(c/-810.58743)0.917724H=58.82484-58.82484e(c/-1694.26779)0.99013H=19.25751-19.2575

49、1e(c/1856.49667)0.965265H=69.93818-69.93818e(c/-1297.58322)0.99483H=41.06447-41.06447e(c/-1041.79253)0.994866H=33.74405-33.74405e(c/-1463.58337)0.99305H=18.21359-18.21359e(c/-697.12948)0.982847H=13.43518-13.43518e(c/-910.36622)0.99483H=16.58599-16.58599e(c/-2088.37906)0.994868H=102.40948-102.40948e(

50、c/-1282.77392)0.98844H=64.18346-64.18346e(c/-1371.59609)0.978459H=85.45884-85.45884e(c/-808.40674)0.86827H=81.36748-81.36748e(c/-684.23955)0.7894210H=43.3154-43.3154e(c/-3299.29736)0.9844211H=92.51386-92.51386e(c/-5748.00091)0.9945312H=63.60617-63.60617e(c/-2996.74386)0.99581H=52.27447-52.27447e(c/-

51、2892.24562)0.9966613H=91.24438-91.24438e(c/-1709.64894)0.98371H=45.68202-45.68202e(c/-1043.11234)0.9964314H=115.7638-115.7638e(c/-1422.93842)0.94338H=61.90037-61.90037e(c/-1176.72431)0.95194由平均芯吸高度-時間（H-t）擬合曲線可知，棉/麻混紡織物試樣的芯吸過程可以分為兩個階段：第一階段為高速芯吸階段，這段時間內(nèi)液體上升很快，這是由于織物中存在著大量的孔隙；第二階段為芯吸趨于平緩的階段，這一階段內(nèi)，隨著芯吸

52、高度的上升，液體主要由于受到自身重力的影響，上升速率逐漸變緩，芯吸高度同樣趨于穩(wěn)定?？椢锏某跏夹疚俾蔠R0常用于表示織物的瞬間吸水能力，是評價織物芯吸性能的重要指標(biāo)之一，其定義為織物芯吸高度-時間曲線在0時刻的切線斜率44。通過對除緯向幾乎不芯吸的10、11號以外的織物平均芯吸高度-時間（H-t）擬合曲線求導(dǎo)，得到其他12塊實(shí)驗(yàn)試樣的經(jīng)緯向初始芯吸速率WR0?？椢锏慕?jīng)、緯向30min芯吸高度H30和初始芯吸速率WR0與如表3-3所示。表3-3 織物30min芯吸高度H30與初始芯吸速率WR0編號經(jīng)向芯吸高度Hj30（mm）緯向芯吸高度Hw30（mm）經(jīng)向初始芯吸速率WRj0（mm/min）緯

53、向初始芯吸速率WRw0（mm/min）180.373.56.925.58280.970.47.946.85383.876.47.005.53437.727.62.070.63523.116.01.371.55611.29.20.880.47774.545.24.762.79882.070.56.287.04951.332.50.790.001023.99.31128.123.61257.936.83.192.601379.246.14.853.131479.246.14.853.13圖3-2和表3-3顯示，30min內(nèi)棉/麻織物同一時刻的經(jīng)向的芯吸高度往往要高于緯向，且經(jīng)向的初始芯吸速率往往要

54、大于緯向。造成這種現(xiàn)象的原因是織物是由2組分別在經(jīng)緯兩個方向的紗線按照一定的組織規(guī)律交織而成的，它具有各向異性。圖3-3為棉/麻混紡織物試樣經(jīng)向和緯向30min芯吸高度的分布圖，圖3-4為棉/麻混紡織物試樣經(jīng)向和緯向初始芯吸速率的分布圖。圖3-3 試樣30min最終芯吸高度圖3-4 試樣初始芯吸速率WR0圖3-3和圖3-4顯示，部分棉/麻混紡織物的30min芯吸高度高，初始芯吸速率較快，表現(xiàn)出較好的芯吸性能。如：織物試樣1、2、3、5、8、9、13、14，經(jīng)向芯吸高度Hj30在40mm以上、緯向芯吸高度Hw30在30mm以上、經(jīng)向初始芯吸速率在3.0mm/min以上、緯向初始芯吸速率在2.0mm/min以上；其余的棉/麻混紡織物試樣的芯吸性能則較差。眾