文胸肩帶拉伸性能測試分析

于曉坤，肖 平，張 音

(1.東華大學服裝·藝術設計學院，上海 200051;2.東華大學現代服裝設計與技術教育部重點實驗室，上海 200051)

文胸在女性日常穿著的過程中，肩帶彈性變差甚至勞損嚴重的現象時常發生，即肩帶出現“疲勞”。這些“疲勞”的集中體現導致肩帶松弛滑落，給穿著者造成了生理上的不適、心理上的尷尬以及視覺上的不雅。肩帶雖被視為文胸的附件，但肩帶對乳房的提拉塑型效果發揮了主導作用［1］。鑒于肩帶經?；涞默F象，甘應進等［2］探索了肩帶滑落的原因，從結構、款式、面料及肩帶與肩型搭配等方面提出了應對方法，并以結構改進為研究重點，綜合運用物理的力學分析和數學的解析幾何分析方法，得到平行式和交叉式肩帶與文胸后比的連接角度，為肩帶與文胸連接位置的設計提供了一定的參考。

國內外一些著名的文胸品牌公司也針對肩帶滑落的問題開展了相關研究，從不同角度提出了防止肩帶滑落的改進方法。主要措施為改變肩帶與后背拉伸片的連接角度［3-4］，肩帶扣加固［5-7］，增加輔助連接條［8-9］，增加肩帶與人體接觸的摩擦力［10-11］等。然而相關研究成果在實踐中并未得到廣泛應用。在關于文胸穿著舒適性調查研究中仍有較多的消費者指出經常會遭遇肩帶滑落的困擾［12-13］。

本文以文胸肩帶為研究對象，基于織物的主要力學性能指標，進行拉伸斷裂試驗、定伸長反復拉伸試驗，獲得肩帶的各拉伸性能指標并進行討論和分析。

1 肩帶的基本力學性能和拉伸彈性

基于織物拉伸斷裂時所應用的主要力學性能指標［14］，本文結合文胸肩帶拉伸曲線的特征，擬測量肩帶拉伸斷裂性能的基本指標以及有效彈性終點指標。其中，斷裂強力(N)、斷裂伸長(mm)和斷裂功(J)指標可以通過與拉伸試驗儀相連的計算機直接輸出獲得。鑒于文胸肩帶自身的造型特征，本文選擇N/cm作為肩帶斷裂強度指標的單位。根據肩帶的拉伸曲線可判定肩帶的有效彈性終點，觀察該點的負荷與伸長關系。

文胸肩帶在使用過程中可認為其處于定伸長拉伸狀態，因此本文在試驗設計時選擇采用定伸長拉伸。鑒于肩帶疲勞現象的產生，不僅需要機械外力的作用，更與長時間或是多次加負荷、去負荷的反復循環作用密切相關，因此定伸長拉伸時選擇多次反復循環拉伸。選取彈性回復率ε(%)和塑性變形率G(%)來表征文胸肩帶的拉伸回彈性能。

2 試驗

試驗采集了7款文胸肩帶作為試樣。7種試樣的帶身材料均為目前市場上較為主流的錦綸/乳膠絲，即經紗選用彈力錦綸絲，配用乳膠絲，包覆成包芯紗;緯紗選用錦綸絲［15］。為了減小系統測量誤差，根據需要的試驗項目，每項試驗均取各肩帶試樣4根進行測試。

2.1 試樣規格測定

根據GB/T 4666—2009《紡織品 織物長度和幅寬的測定》，肩帶試樣的寬度測量采用1 mm分度的鋼卷尺，計算測量均值，精確到±1 mm。

參考肩帶生產企業用伸度表征肩帶的拉伸彈性。測定伸度時取肩帶中間10cm長的一段作為基準值，用手指捏住其兩端并拉伸至最大伸長，最大伸長時的長度與基準值的比值即為伸度，精確到0.1。根據企業關于伸度的測量方法測定肩帶試樣的伸度。

2.2 試樣的拉伸斷裂試驗

肩帶試樣的拉伸斷裂試驗按照GB/T 3923.1—1997《紡織品 織物拉伸性能 第1部分：斷裂強力和斷裂伸長率的測定條樣法》執行。采用美國英斯特朗公司生產的INSTRON 3365萬能材料試驗機進行測試。用預加張力夾持試樣，預加張力為0.1 N。夾持長度為(100±1)mm，夾持器移動的恒定速度為100 mm/min，精確度為±2%。

鑒于文胸肩帶寬度造型的特殊性，其帶身均較窄，不能達到標準中對于試樣寬度的最小要求，并且7種肩帶試樣的寬度不盡相同，本文試驗不對肩帶試樣的寬度進行處理，在進行試驗時，所拉伸的試樣寬度就是肩帶試樣的實際寬度。而寬度對拉伸性能指標的影響將在數據分析時給予排除。

拉伸時，在鋏鉗中心位置夾持肩帶試樣，以保證拉力中心線通過鋏鉗的中點。開啟試驗機，拉伸肩帶試樣至斷脫，輸出拉伸曲線，并記錄斷裂強力、斷裂伸長以及斷裂功。

2.3 定伸長反復拉伸試驗

定伸長反復拉伸性能測試參照FZ/T 60021—2010《織帶產品物理機械性能試驗方法》。采用INSTRON 3365萬能材料試驗機，預加張力夾持試樣，張力為0.1 N，夾持長度為(200±1)mm。試驗將夾持器的移動速度設定為：在試樣獲得預加張力0.1 N前，夾持器移動速度恒定為20 mm/min;此后，夾持器移動速度恒定為100 mm/min，精確度為±2%。

基于著裝者在實際穿著過程中對文胸肩帶松緊度的不同習慣和要求，試驗將定伸長率設定為10% 、20% 、30% 。

試驗時，試樣長度方向的兩端平整地緊固在鋏鉗中間位置，保證拉力中心線通過鋏鉗中心。啟動儀器，施加0.1 N的預加張力。待試樣拉伸至預定伸長率時，停置30 s，之后以原速回到起點，停置1 min，再次加以0.1 N的預加張力。按以上步驟反復拉伸5次并記錄相關測試數據。

3 測試結果與分析

3.1 試樣拉伸性能指標測定與計算

拉伸斷裂試驗可直接測量記錄的數據有斷裂強力、斷裂伸長以及斷裂功，其他相關性能指標根據公式計算獲得。相關測量值和計算結果均值可參見表1。

表1 肩帶試樣規格、拉伸性能指標測定與計算均值匯總表Tab.1 Specifications and tensile properties of bra strap samples

為了保證肩帶的完整性，在測試過程中未對其寬度的一致性進行標準化處理，因此由肩帶的寬度引起的斷裂強力和斷裂伸長指標的數值差異導致無法簡單地判定哪種肩帶的斷裂強力高或低，或是斷裂伸長大與小。斷裂強度是去除肩帶寬度后的強力指標，因此斷裂強度較能體現各肩帶強伸性能。斷裂功是強力和伸長的綜合指標，可有效評定材料的堅牢度或耐久性能。企業應用伸度指標粗略地表示肩帶的拉伸彈性，對照伸度和斷裂伸長指標，伸度相同的肩帶試樣其斷裂伸長也較為接近，且伸度和斷裂伸長的總體變化趨勢也相同。

3.2 肩帶有效彈性終點的確定

圖1 示出文胸肩帶的拉伸曲線。從圖可看出，在開始拉伸的一段時間內，拉伸力很小，初始模量很低，因為該過程中產生的變形主要是構成肩帶的彈性材料自身的伸長變形，是可恢復的彈性變形。拐點A后拉伸曲線開始上揚，此時的彈性材料已經到達其最大伸長狀態，構成肩帶的纖維、紗線產生了不可恢復的塑性變形和滑移?？烧J為拐點A是文胸肩帶的有效彈性終點，該點對肩帶拉伸回彈性能意義重大。

圖1 文胸肩帶試樣的拉伸曲線Fig.1 Stretch curve of sample strap

關于有效彈性終點的確定方法未見統一的標準。通過查閱相關的文獻資料，將該點的確定方法總結為以下2種：一種是以拉伸曲線上dq/ds=1的點［16］來確定，其示意圖如圖2所示。該方法認為彈力織物的拉伸曲線上總存在斜率等于1的特殊點A，即該點處dq/ds=1。這種確定方法缺乏可以參照的實踐標準和理論依據。另一種是從負荷伸長曲線上找出負荷明顯增大的拐點，并沿初始與斷裂前的線性段作切線延伸，其交點可認為是對應的最大彈性伸長點，即有效彈性終點［17］，其示意圖如圖3所示。雖然該作圖過程與考泊蘭(Coplan)法確定纖維屈服點的作圖過程［14］類似，但由于上述理論預測是在假設松弛狀態下緯紗無收縮，且為直線狀的條件下計算的，而實際上緯紗在松弛狀態下略顯彎曲，使得經紗收縮更加充分，從而實測值應略大于理論預測值。

圖2 彈力織物有效彈性終點的確定方法1Fig.2 Method one for determining effective elastic point of stretch-fabric

圖3 彈力織物有效彈性終點的確定方法2Fig.3 Method two for determining effective elastic point of stretch-fabric

結合文胸肩帶拉伸曲線的自身特征和曼列狄斯(Meredith)法確定纖維屈服點的作圖過程［14］(如圖4所示)，本文對肩帶試樣的有效彈性終點的確定方法設計如下：在拉伸曲線上做出坐標原點和斷裂點連線的平行線，并與拉伸曲線的轉折區域相切，切點A即為所需確定的有效彈性終點。圖5示出該確定方法的作圖過程。

圖4 曼列狄斯(Meredith)法確定纖維屈服點Fig.4 Meredith method for determining yield point of fiber

圖5 本文肩帶有效彈性終點的確定方法Fig.5 Method for determining effective elastic point of strap in this paper

基于以上關于有效彈性終點確定方法的討論分析，在拉伸斷裂試驗所得文胸肩帶拉伸曲線圖上，先借助CorelDRAW軟件獲取各試樣拉伸曲線上的有效彈性終點，再借助GetData Graph Digitizer軟件獲取有效彈性終點的橫、縱坐標值，即有效彈性終點處的負荷和伸長，相關數據如表2所示。

對照各肩帶試樣在有效彈性終點處的拐點負荷和伸長，1、3、5號肩帶的拐點負荷和伸長值分別較為接近，在試樣中屬于強度居中拉伸彈性較好的肩帶。2號肩帶的拐點負荷值最小，但其拐點伸長較大，說明2號肩帶的彈性非常好，易產生拉伸形變，但抵抗形變的能力不佳，在使用過程中容易累積塑性變形。4號肩帶的拐點負荷和伸長都處于較低水平，相比而言其強度較差、彈性較好，但因其斷裂功指標非常低，其堅牢度和耐用性較差。6號肩帶的拐點負荷和伸長指標都較大，說明其強度和彈性均較好，且對照其斷裂功指標可知，其堅牢度和耐用性在試樣中為最優。7號肩帶的拐點負荷最大，拐點伸長最小，說明其彈性較差，但抵抗拉伸形變的能力好，不易產生塑性變形，結合其斷裂功指標可知，其總體的堅牢度和耐用性亦較好。

表2 肩帶試樣有效彈性終點指標Tab.2 Related indicators of yield point of strap samples

3.3 肩帶拉伸彈性測量結果與分析

通過肩帶試樣定伸長反復拉伸試驗，記錄試驗過程中的相關數據，并計算求得肩帶試樣在定伸長拉伸1次和反復拉伸5次后的彈性回復率和塑性變形率。

3.3.1 彈性回復率及塑性變形率配對樣本檢驗

比較肩帶單次拉伸和反復5次拉伸后的彈性回復率和塑性變形率數據，發現在數值上存在較小的差異，應用配對樣本均值檢驗探討差異是否顯著。配對檢驗結果如表3所示?？梢?，兩配對樣本的p值接近為0，均小于顯著性水平0.05，因此認為1次拉伸和5次反復拉伸后彈性回復率、塑性變形率存在顯著差異。說明肩帶在長時間使用過程中，其彈性回復率將產生顯著衰變，塑性變形率將產生顯著積累。

表3 彈性回復率、塑性變形率配對樣本檢驗Tab.3 Paired sample test for elastic recovery and plastic strain

3.3.2 疲勞伸長對疲勞表征的方差分析

定伸長反復拉伸試驗中設定的不同定伸長率模擬著裝者在實際穿著過程中對肩帶松緊度的不同要求和穿著習慣，肩帶穿著時的伸長狀態對其疲勞性能是否有影響，影響作用如何尚不明晰。設疲勞伸長率為固定因子，定伸長反復5次拉伸的彈性回復率ε5、塑性變形率G5為因變量，應用SPSS軟件進行單因素方差分析，分析結果見表4。

表4 疲勞伸長對肩帶彈性回復率及塑性變形率方差分析表Tab.4 Analysis of variance for elastic recovery and plastic strain of strap samples

由表4中的p值均接近0可知在顯著性水平α=0.05時，不同疲勞伸長率對肩帶試樣的彈性回復率ε5、塑性變形率G5影響顯著。再觀察表4中各疲勞表征變量的擬合系數R2可知，雖然疲勞伸長率對肩帶試樣的彈性回復率ε5、塑性變形率G5都產生了顯著影響，但并不是構成各疲勞表征指標差異的主要影響因素。該方差分析模型的檢驗效果并不理想。觀察肩帶試樣的各疲勞表征指標，經檢驗其定伸長反復5次拉伸彈性回復率ε5與其初始彈性回復率ε1，以及定伸長反復5次塑性變形率G5與其初始塑性變形率G1存在顯著的線性相關關系，因此考慮將肩帶試樣的初始彈性回復率ε1、塑性變形率G1作為協變量引入到方差分析中，以排除協變量對因變量的影響，從而更加客觀地分析疲勞伸長率的影響作用。引入協變量后，疲勞伸長對彈性回復率ε5、塑性變形率G5的協方差分析結果如表5所示。

表5 疲勞伸長對肩帶彈性回復率、塑性變形率的協方差分析Tab.5 Analysis of covariance for elastic recovery and plastic strain of strap samples

由表5可見肩帶初始彈性回復率ε1、塑性變形率G1分別對反復拉伸5次后的彈性回復率ε5、塑性變形率G5有較為顯著的貢獻;同時，在排除協變量的影響后，疲勞伸長率對肩帶彈性回復率ε5、塑性變形率G5的變化沒有顯著影響。從模型的擬合優度看，考慮協變量的模型各擬合系數R2均接近1，遠大于不考慮協變量模型中的擬合系數R2，說明肩帶試樣的初始彈性回復率ε1、塑性變形率G1是引起各疲勞表征變量變差的主要因素，肩帶試樣的疲勞伸長(率)對肩帶反復拉伸后的彈性回復率ε5、塑性變形率G5的影響作用并不顯著。

4 結論

本文基于文胸肩帶的自身造型及其在日常穿著中的使用特點，采集了7種肩帶樣本作為試驗對象，分別通過拉伸斷裂試驗、定伸長反復拉伸試驗，獲得肩帶試樣的拉伸性能指標，應用統計軟件對試驗數據進行處理分析，對肩帶的拉伸性能進行了探索性的討論與分析，得到結論主要如下。

基于文胸肩帶拉伸曲線的特征，結合曼列狄斯(Meredith)法確定纖維屈服點的作圖過程，對文胸肩帶的有效彈性終點進行了簡便有效的設計：在拉伸曲線上做出坐標原點和斷裂點連線的平行線，并與拉伸曲線的轉折區域相切，切點即為所確定的有效彈性終點。

文胸肩帶在日常穿著中產生的形變對于自身拉伸特性而言均屬于小伸長形變狀態范圍，肩帶表現出良好的彈性回復性能和耐疲勞性能。隨著使用時間的累積，肩帶會產生顯著的彈性衰變和塑性積累，但由日常穿著習慣或胸部塑型要求造成的疲勞伸長(率)的變化對其彈性回復率和塑性變形率指標不具有顯著的影響作用，說明肩帶的拉伸回彈性能與正常使用條件下的伸長狀態無關。

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