科普服装面料的柔软性
2022年9月26日 星期一

       服装面料通常由机织物、针织物、编织物、非织造布等组成。采用学术语言，称为柔性纤维集合体。通常指纺织纤维通过纺织制造加工技术形成结构稳定的纺织品总称，具体形式有纱线/纤维束、缆绳、网、毡、机织物、针织物、编织物、非织造布等。
       自从有人类文明记录，就有纤维集合体的产生（如原始人类使用的纤维毡），并伴随人类的存在而永远发展。早期使用的纤维有天然纤维素纤维、天然蛋白质纤维和矿物纤维，现在逐渐发展出天然素纤维再生纤维（如粘胶纤维、醋酯纤维、溶剂法再生纤维素纤维）、合成纤维（如：聚酰胺纤维、聚酯纤维、聚丙烯腈纤维、烯烃类纤维）和无机纤维（如：玻璃纤维、碳纤维和金属纤维等）。对于后一类新近出现的纤维，根据分子结构可以对纤维性质进行设计。在各种纤维集合体中，纤维间的摩擦和抱合是纤维集合体保持结构稳定的重要因素。

机织物结构示意图

针织物结构示意图

非织造布显微照片

       相对于刚性工程结构而言，纤维集合体力学研究异常复杂：一般认为刚性结构屈曲是工程结构的寿命终点，也即工程结构在加载过程中一旦产生屈曲失稳现象，该工程结构即已到受载极限；而对于柔性纤维集合体，屈曲失稳是纤维集合体得以成为柔软纺织品的基本条件，这也是纺织品设计的基本要求。纤维集合体如果没有高度屈曲失稳现象，则没有使用价值。受力变形过程中开始产生屈曲失稳是纤维集合体投入使用的起始点。纤维集合体中纤维数量极多，柔性纤维间的相互作用复杂，揭示纤维集合体的受力变形将会涉及复杂的分析假设和巨大的计算量。在纤维集合体多尺度细观结构模型基础上，采用分析模型或者数值计算模型是较为有效的方法。现在图像处理方法、数理统计方法和人工神经网络方法目前也被用于研究纤维集合体细观结构和受力变形。

乔其纱面料

       相比于刚性工程材料，柔性纤维集合体具有迥异的受力变形机理。纤维集合体从本质上讲是一种结构体，纤维是结构体最基本组成单位。纤维间借助摩擦形成结构稳定的纤维集合体，纤维间滑移又赋予纤维集合体能成为纺织品的基本特征：（1）多曲率弯曲变形；（2）低应力大变形现象；（3）多重屈曲变形。纤维间摩擦和滑移是形成柔性纤维集合体、柔性纺织品的基本机理。刚性工程结构材料在服役过程中，一般不允许超过弹性极限或者出现屈曲失稳现象，一旦产生屈服或屈曲失稳现象，该工程结构即已到实用受载极限。纤维集合体则相反，如果没有高度屈曲失稳现象，纤维集合体将不具备成为纺织品的基本特征，没有使用价值。

裙装

       综上所述，服装面料中数以亿计纤维间的相互接触与滑移使纺织品具有柔软和飘逸的基本穿用特征。