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圧 縮 過 程 にお け る織 物 表 面 の接 触 状 態 の変 化*

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Academic year: 2022

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(1)45. 論. 文. 圧 縮 過 程 にお け る織 物 表 面 の接 触 状 態 の変 化*. Change. of Contacting on. 松. 金沢大学. 秦. Surface. Compressional. Mitsuo. 金沢大学. Matsudaira. State. 平. 光. 男(会 員) 虹(会 員). of Weave. Process and Qin Hong. Graduate School of Natural Science and Technology, Kanazawa University,. Kakuma-machi,. Kanazawa. Abstract In order to confirm the three step division of fabric compressional process surface shapes of weave were observed precisely by microscope and following. reported previously, contacting conclusions were obtained. The. number of contacting fiber increased with pressure. As the increase was large at pressure P=1 to 50 gf/cm2 and small at P>50 gf/cm2, P=50 gf/cm2 could be a boundary of 2nd and 3rd step of compressional process. Contacting surface three step division. area of weave increased with pressure, and of fabric compressional process. The pressure. considered to be 1st, 2nd and 3rd step of compressional process, larger than pressure P. q differs with each fabric samples.. the tendency ranges : P<1, respectively.. of increase agreed well with P=1 to 50 and P>50 gf/cm2 The actual. pressure. q was. the are quite. (Recieved January 18, 1995) (Accepted for Publication June 15, 1995). 摘. 要. 目的 織物 の圧縮 特性 にお いて,圧 力 の増加 によ って織 物 と加 圧板 との間 の接 触状 態 が いか に変化 す るか を光 学顕 微 鏡 に よ って観測 し,す で に提 案 して いる圧縮 過程3段 階 分割仮 説 の正 当性 を確 認す る. 成果. 布 を圧縮 す る場合,布 と加圧板 との接触 繊維本 数 お よび接触 繊維 面積 の変 化 は,布 圧 縮過 程 の3段 階 と極 めて よ く対 応. す る.圧 力P<1,P=1〜50,P>50gf/cm2の. 1.緒. 三 つ の圧力 範囲 を おの おの圧 縮 の第1,第2,第3段. 階 と考 え る ことが で きる. (平成7年1月18日 受理) (平成7年6月15日 審査 終了). 維 の摩 擦移 動 を伴 う変形,繊 維 自体 の横 圧縮 変形 の 三 つ の変形 か らな って い ると考 え た1).. 言. 低圧 力 およ び高圧 力下 での織物 の圧 縮特 性 はそれ. 織物 の圧 縮特 性 を測定 す る場 合,圧 力Pは 一 般 に. ぞれ織物 の表面 圧縮特 性,繊 維材 料 の圧縮 特性 と関 連 が あ るとい う考 えに基 づ き,著 者 らは,布 の圧 縮. 単 位 面積 当 た りの力 で 示 され て い る(例 え ばgf/ cm2).し か しなが ら,織 物 は繊維 と空 気 との複 合材. 過 程 を3段 階 に分 け,各 段 階 の圧縮 パ ラメ ー タを算. 料 であ るた め,圧 力 の増 加 に従 い,織 物 の体積 密度. 出 し,織 物 の圧 縮特 性 を よ り正 確 に表す方 法 を提案. は大 き く変化 す る2).この と き,加 圧板 と圧 縮 され て. した1).この三 つ の圧 縮過 程 にお いて は,織 物 の圧縮. い るサ ンプルの表 面 との間 の接触 面積 も大 き く変化. 変 形 はそれぞ れ表面 毛羽 や突 出繊維 の 曲げ変形,繊. す ることが考 え られ る.そ れゆ え,サ ンプ ル と加 圧. *本論文を繊維集合体 の圧縮特性(第3報)と. す る.. T191.

(2) 繊維 機 械 学 会 誌. 46. 板 との間 の真 の圧 力,す なわ ち,接 触表面 の応 力 は. こ と が で き る.下 加 圧 板(6)は 円 形(表 面 積2cm2)で. 圧 力Pよ. あ り,接 触 面 内 で 均 一 な応 力 を 得 る た め,ボ. り大 きい ことが容 易 に予想 で きる.. 単一 の繊維 が圧縮 され る場 合,繊 維 と加 圧板 との. ョ イ ン ト方 式 で 加 圧 板 を支 え た.観. 接 触表 面状態 の変化 につ いて は,透 明 ガ ラス板 を加. 脂 板(上. 圧 板 と して,光 を繊 維 に透過 して,繊 維横(繊 維軸. した 場 合,光. 加 圧 板)の. ールジ. 測 用 ア ク リル 樹. 面 に平 行 に 光 源(8)か ら光 を 入 射. 線 は上 加 圧 板 の 表 面 に 平 行 な 方 向 しか. に直交 す る)方 向 か ら各 圧 力下 で の繊 維 と加圧 板 と. 透 過 で き な い た め,暗. の 接触 表 面 を観 測 す る こ とが で きる3).し か しなが. した 顕 微 鏡(5)で 観 測 す る と,サ. ら,織 物 の場 合 に は,光 は織 物 内 を均 一 に透過 す る こ とが で きな いた め,表 面毛 羽 や繊維 の移 動状況 は. と接 触 し た 繊 維 の 部 分 の み が 見 え る.天 秤(1)の 一 端 で 分 銅 を 乗 せ る と,他 の 一 端 の 下 加 圧 板 は 下 方 か ら. 観 測す るこ とが で き るが,織 物 と加圧 板 との接触 表. サ ン プ ル を 加 圧 す る.そ れ ゆ え,上 加 圧 板 の 下 部 表. 面 を観 測す る こ とはで きな か った4).. 面 とサ ン プ ル の繊 維 との 接 触 数 お よ び 接 触 面 積 な ど. 本 研究 で は,織 物 の圧 縮特 性 を よ り正 確 に測定 す. 室 内 で 上 か ら板 に垂 直 に 設 置 ンプ ル(2)の上 加 圧 板. を観 測 す る こ と が で き る.. るため,ま た,す で に提案 した圧縮 過程3段 階分 割. 装 置 に は,変 位 セ ンサ ー(10)を 設 置 し,加 圧 力 と同. 仮説1)の正 当性 を証 明 す るた め,各 圧力 下 で の接 触. 時 に,圧. 表面 の状態 形 態変 化 を観測 し,接 触 表面 積 と接触 表. 立 体 光 学 顕 微 鏡SM‑10を. 面応 力が いか に変 化 す るか を検 討 す る.. ク リー プ す る の を 極 力 お さ え る た め に,高 感 度 フ ィ. 2.実. ル ムASA1600を. 験. 2.1実. か っ た.ま. 験 装 置 お よ び方 法. 実 験 原 理 を 参 考 に して,図1の. 実 験 装 置 を 試 作 した.上. 用 い た。 測 定 中 に繊 維 が. 測 と 撮 影 は 恒 温 恒 湿 室(20± で 行 っ た.. 料. よ うな 実 験 に は,織. 加 圧 板(3)は ア ク リル樹 脂 板. で 作 成 した も の で あ る.上. た,観. 2.2試. コ ン社 製. 用 いて撮 影 の露 出時 間 の短 縮 を は. 0.3℃,65±3%RH)内. 本 実 験 で は透 明 ア ク リル 樹 脂 板 の 光 学 特 性 を 利 用 し,Ward3)の. 縮 変 位 も測 定 し た.観 測 に は,ニ. り密 度 の比 較 的 粗 い,反. 白 い4種 類 の サ ンプ ル を選 ん だ.サ. 加 圧 板 の 上 に あ る三 つ の. 表1に. 調 節 ね じ(7)で板 と サ ン プ ル と の 初 期 距 離 を 調 節 す る. 射率 の高 い. ンプ ル の組 成 を. 示 す.. 2.3デ. ー タの 算 出 方 法. 各圧 力下 で撮 影 した下加 圧板 とサ ンプル との接触 表 面 の写真 を半透 明方 眼紙 ヘ トレース して,接 触繊 維 数(Ns),接. 3.結 3.1接. 触 繊維 の面 積(As)を. 求 め た.. 果 お よび考察 触 表 面 状 態 の変 化. サ ンプル1(ポ. リエ ステル織物)の い くつか の圧. 力 にお け る接 触表 面状 態の写 真 を図2に 例示 した. 写真 の 明 るい部分 は上加 圧板 と接 触 した繊維 の部 分 で あ る.写 真 よ り,繊 維 のわず かな一 部分 しか加 圧 Table. Fig.. 1. Schematic ment. diagram. of compression. experi-. T192. 1. Details. of Fabric. Samples.

(3) 47. (論 文 集)Vol.48,No.8(1995). Fig.. 2. Fabric surface photographs of sample contacting with upper comressing plate various pressure. 1 at. 変 形 を 順 次 に受 け る と考 え られ る.繊 維 ― 繊 維 間 の 力 学 接 合 要 素 と して は 固 着 状 態,す. べ り状 態,お. び 口 開 き状 態 の3種. 維 集 合 体 の圧 縮. 類 が あ る が,繊. よ. 特 性 を 解 析 す る場 合 に は 固 着 とす べ り状 態 を 考 慮 す れ ば 良 い と考 え られ る.す べ り状 態 で は繊 維 ― 繊 維 間 で す べ りや す く,圧 縮 力 の増 加 に 伴 い,接. 触表 面. 繊 維 本 数 の 増 加 が 大 き く,固 着 状 態 で は繊 維 間 の す き 間 へ の移 動 が 起 こ りに く く,接 触 数 の 増 加 が少 な い と思 わ れ る.こ. の こ とか ら,図3よ. 態 は,主 にP<50gf/cm2の Fig. 3. Relationship tacting fiber. between the number (Ns) and pressure (P). of con-. P>50gf/cm2に. (gf/cm2)の. 増 加 に伴 い,接. た,圧. して お り,た て 糸,よ. 触繊. 範 囲 で 急 激 に増 え る こ. しか も加 撚 糸 か らな る た め,布(繊 造 が 緊 密 で,繊. り,接 触 表 面 繊 維 本 数 の 変 化 が い ず れ の サ. ン プ ル で もP=50gf/cm2前. 後 で異 な る こ とが分 か. 中 に 入 る.他 方,下. 細 い 糸 を使 用. ン プ ル1は. 太 く,. 維 集 合 体)の. 構. 維 が 移 動 しに く い こ と に よ る と考 え. られ る.. 物 が 圧 縮 さ れ る と き,表 面 の繊 維 は下 層 の. 繊 維 と の 摩 擦 力 を 克 服 して,繊. ンプル. こ糸 と も無 撚 で あ る た め,繊. 維 が 移 動 しや す い の に対 して,サ. とが 分 か っ た.. っ た.織. 一 番 多 く,サ. 1が 一 番 少 な い 。 これ は サ ン プ ル3は. 加 圧 板 に 接 触 した 繊 維 の 示 す.接. 階 の 境 界 はP=50gf/. サ ンプ ル に よ る 違 い を 比 較 す る と,同 一 圧 力 下 で. 触 した 部 分 が 増 え る こ. 圧 力 に よ る変 化 を 図3に. 維 数 は 圧 力1〜50gf/cm2の. 図3よ. 階 と第3段. cm2付 近 に位 置 して い る と推 測 さ れ る.. 力P. と が 分 か っ た.. 本 数(Ns)の. 範 囲 に 固 着 状 態 は,主 に. の接 触 繊 維 本 数 は サ ン プル3が. 接 触 繊 維 本 数 の 変 化:上. べ り状. 対 応 して い る と 考 え られ る.す な わ. ち,圧 縮 の 第2段 板 に接 触 して い な い こ と が 分 か っ た.ま. り,す. 3.2接. 触 面 積 お よ び接 触応 力 の 変 化. 維 と繊 維 との 隙 間 の. 圧縮過程 で 織物 と加 圧板 との接 触面 積 を精密 に測. 層 の 繊 維 は相 対 的 に 表 層 に 浮 か. び 出 て く る.こ の と き繊 維 は 曲 げ,ね. 定 す るの は非 常 に困難 であ る.本 実験 の場 合,上 加. じ り,横 圧 縮. T193.

(4) 48. 繊 維 機 械 学 会 誌. 圧 板 と 接 触 した 繊 維 は透 明,あ. るい は半 透 明 な の. で,接 触 点 に お け る 光 の散 乱 の た め に,写. P<1gf/cm2)で. 真 の明 る. は布 表 面 の毛 羽,突 出 繊 維 の 曲 げ 変. 形 を 生 じ る が,図4(b)よ. り,曲. げたわ みの領 域で は. い部 分 が 実 際 の接 触 面 積 よ りや や 大 き い こ と が 懸 念. この 接 触 面 積 の変 化 が 少 な い こ とが 分 か っ た.サ. さ れ る.そ. プ ル1で. れ に よ る誤 差 を 極 力 少 な くす る た め,本. 研 究 で は,接. 触 面 積 を 求 め る と き に,写. 真 の もっと. は圧 力Pを1〜50gf/cm2に. 触 面 積 比As/Aは0.19%か. ン. 増 や す と,接. ら2.13%ま. で,急. 激に. も 明 る い 部 分 を 方 眼 紙 ヘ ト レ ー ス して 接 触 面 積As. 増 加 した.こ. (布 と上 加 圧 板 と の 接 触 面 積,cm2)を. り を 生 じ,加 圧 板 と接 触 した 繊 維 の 量 が 急 激 に 増 え. 求 め る よ う心. が け た.. れ は 圧 縮 の 第2段. る た め で あ る.圧. 写 真 よ り求 め た 接 触 面 積 比As/A(A,測 cm2)と. 圧 力Pと. サ ンプ ル に つ い て も,約50gf/cm2以. cm2),接. 定 面 積,. の 関 係 を 図4(a)に 示 す.い. ず れの. 圧 縮 変 位xと. す.As/Aの. 変 化 は圧 縮 力P,あ. 上 になると. 変 換 して,接. <1,=1〜50,>50gf/cm2)で. 触 面積. 良 く対 応 して お り,3段. 階. れ ら. 階 に極 めて. 階 分 割 仮 説1)の正 当 性 を 示 唆. す る もの と考 え られ る.. る い は 圧 縮 変 位xの と して,サ. で,. 圧 縮 変 形 を 生 じて い る こ と を 意 味 して い る.こ. の 関 係 と して 図4(b)に 示. 加 して い る.例. 1を あ げ る と,図4(b)の. ら2.62%ま れ は圧 縮 の 第3段. の 結 果 は著 者 らが 提 案 した 圧 縮 過 程3段. 比As/Aと. 増 加 と と もに,増. 触 面 積 比As/Aは2.13%か. に 相 当 し,繊 維 間 の 間 隔 が 減 少 し,繊 維 自体 が 横 の. 小 さ くな って い る. 図4(a)の 横 軸 を 圧 縮 変 位xに. 維 間 にす べ. 力 を さ ら に 増 す と(P>50gf/. ゆ る や か な 勾 配 で 増 大 し た.こ. 下 の 圧 力 で は,. 面 積 比 の 増 加 が 大 き い が,50gf/cm2以. 階 で,繊. 布 を 圧 縮 す る 圧 力Pは. ンプル. これ ま で 便 宜 上 加 圧 板 の. 単 位 面 積 当 た りの 力(gf/cm2)で. よ う に,三 つ の 圧 力 範 囲(P. こ の 圧 力Pは. 接触 表面 積 の増加 率. 定 義 して き た が,. 実 際 の 接触 部 位 にか か る圧 力 で はな. い と 考 え ら れ る.接. 触 表 面 に 実 際 に 作 用 す る圧 力. が 異 な る.こ の 三 つ の 圧 力 範 囲 を布 の圧 縮 過 程 の 三. (あ る い は 応 力)を. 接 触 圧 力 と 呼 ぶ こ と に し てq. つ の 段 階 に対 応 させ て 考 え て み る.第1段. (gf/cm2)で. 階(圧. 力. 表 す と,qとPと. の 関 係 は 下 式 に な る.. (1) (2) Pの 増 加 に 伴 う接 触 圧 力qの た 圧 縮 変 位xの は常 にAよ. 変 化 を 図5(a)に,ま. 増 加 に伴 う変 化 を 図5(b)に 示 す.As. り小 さ い た め,(3)式. き い.Asは. 圧 縮 変 位xの. 率 は異 な る が,三. よ りqは. つ の 段 階 で 単 調 に 増 加 す る.. 各 サ ン プ ル の 接 触 面 積 比As/Aと い ず れ もPの. 接 触 力qの. し て い る.4種. の 試 料 の 中 で サ ン プ ル3は. cm2で. あ った .接. も 触. も っ と も 小 さ く1.18,17.61と65.45gf/. あ っ た.一. 方,サ. ン プ ル1は. 接 触 面 積 比As/. も っ と も小 さ く0.19,2.13と2.62%で. 接 触 応 力qは gf/cm2で. 各境界. お け る接 触 面 積 比As/Aは. っ と も大 き く0.85,2.84と3.82%で. Aは. 値は. 増 加 に 伴 い三 つ の 勾配 を もって増 加. (1,50,250gf/cm2)に. 応 力qは. 、Pよ り大. 増 加 に伴 い,そ れ ぞ れ 変 化. も っ と も大 き く5.26,23.47と95.42. あ っ た.こ. 織 物 の 構 造,材. あ り,. れ は接 触 面 積 比 や 接 触 応 力 が. 料 と 関 連 が あ る こ と を示 して い る.. こ の接 触 面 積 の 測 定 は 圧 縮 状 態 の 圧 力 分 布 を 解 析 す る こ と,お. よ び,布. 表 面 の接 触 状 態 形 態 の 変 化 と. 圧 縮 手 触 り(風 合 い)と. Fig. 4. Relationship between the ratio of contacting area (As/A) and pressure (P) ; (a), that and displacement (x) ; (b). 義 が あ り,よ. る と考 え られ る.. T194. の 関 係 を 解 明 す る こ と に意. り詳 細 な 布 圧 縮 特 性 の解 析 に 応 用 で き.

(5) 49. (論 文 集)Vol.48,No.8(1995). 4.結. 論. 本 研 究 で は,織. 物 に 対 して,各. 圧 力 下で の接触 表. 面 の状 態 形 態 変 化 を 観 測 し,接 触 表 面 と表 面 応 力 が い か に 変 化 す る か を 検 討 し た結 果,次. の結論 が 得 ら. れ た. 1)加. 圧 板 と接 触 す る 繊 維 数 の 増 加 は 圧 力Pの. 増 加 に 伴 い,P=0〜50gf/cm2の く,P>50gf/cm2で gf/cm2を. 範 囲 で は大 き. は少 な い こ と か ら,P=50. 圧 縮 の 第2と. 第3段. 階 の境界 とみ な. す こ と が で き る. 2)布. と加 圧 板 と の 接 触 面 積 は 圧 力Pの. 増加 に. 伴 い,増 加 傾 向 の 異 な る 三 つ の 段 階 を 経 る.こ れ は布 圧 縮 過 程 の 筆 者 らの3段. 階 分 割 仮 説1)に. よ く対 応 して い る.P<1,P=1〜50,P>50gf/ cm2の 三 つ の 圧 力 範 囲 が お の お の 圧 縮 の 第1, 第2,第3段. 階 と推 定 した.. 3)接. 触 表 面 応 力qは. 文. 献. 1) 松平 光 男,秦. 虹;繊. 圧 力Pよ. 機 誌(論. り極 め て 大 き い.. 文 集),46,T226(1993). 2) C. M. van Wyk ; J. Text. Inst., 37, T285 (1946) 3) I. M. Ward ; "Mechanical Properties of Solid Polymers 2 nd ed.," p. 262, John Wiley & Sons, New York, USA. Fig. 5. Relationship between the actual pressure (q) and pressure (P) ; (a), that and displacement (x) ; (b). (1983) 4) M. Matudaira, H. Qin ; Proceedings Research Conference p. 115 (1994). T195. of 23nd Fuji Textile.

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