繊維集合体 の圧縮特性
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(2) (論 文 集)Vol.46,No.10(1993). 1.緒. 95. 間 の 間 隔 が減 少 す る.こ の間 隔 は繊 維 の 応 力 と繊. 言. 維‑繊 維 間 に働 く摩 擦力 に よ り維 持 され て い る.布. 布 の 圧 縮 特 性 は 布 の 基 本 的 な 力 学 特 性 の 中 で も重. が圧 力板 に よ り圧 縮 され る場 合,最 初 は,圧 力板 が. 要 な特 性 の 一 つ で あ り,布 の 風 合 い と密 接 な 関 連 が. 布表 面 の毛 羽 や突 出繊維 など と接 触 す る.こ の領 域. あ る.布. く らみ と密 接 に 結 び つ い て い. (図1のa→b)の 応 力‑歪 み の関 係 は弾性 体 と近 似 で きる.圧 縮 力 の増加 に伴 い,繊 維 の応 力 が ほぼ直. 面 の ぬ め り感 や 滑 らか さ な ど と も関. 線 的 に増加 す る.次 に糸‑糸 間 あ るい は繊 維ｰ繊 維 間. た,布. や. に働 く力 の増 加 に従 い,静 摩 擦 力 を越 え,滑 りを生. 繊 維 の 表 面 特 性 お よ び 繊 維 自体 の 圧 縮 特 性 な ど と も. じる.そ れゆ え,繊 維‑繊 維 間 の間 隔が 減少 し,布 の. 関 連 して い る.. 厚 み 方 向 の変 形 を生 じる(図1のb→c).そ. の 圧 縮 特 性 は 布 の 厚 み を 表 す こ とだ け で な. く,布 の 柔 らか さ,ふ る.さ. らに,表. 連 して い る.ま. の 圧 縮 特 性 は 布 の 構 造,糸. る 圧 縮 特 性 の 特 性 値 はLC(圧 (圧 縮 エ ネ ル ギ),RC(圧. 縮 の 線 形 性),WC. お け る厚 み),Tm(圧. お け る厚 み)な. ど で 表 さ れ る.し か し,LC,WC,. RCの. 増加 に従 って,繊 維材料 自体 が横 の圧 縮 変形 を生 じ る(図1のc→d).こ. 縮 の レジ リエ ン ス),To(圧. 力0.5gf/cm2に. 力50gf/cm2に. 2.2圧. た,ToとTmは. ラ メ ー タで あ る の で,圧 で きな い.そ. の み に よ っ て,圧. の圧 縮過 程 は三つ の段 階 に分 け るこ とが で きる.す. 圧縮変 形量 のパ. な わ ち,毛 羽 な どの弾性 域,糸 や繊維 の間 の摩擦 域. 縮 曲 線 の 形 状 を表 す こ とが. の た め,LC,WC,RC,Toお. お よび繊維 自体 の横 圧縮 弾性域 の3段 階 で あ る.こ. よ びTm. れ と対 応す る圧 縮 曲線 を考え てみ ると,図2の. 縮特 性 のすべ て の情報 が含 まれ る. と い え な い.本 研 究 で は,布. 縮 曲線 の特 徴 と回 帰 曲 線. 上 記 で仮 定 した布 の圧 縮断 面 モ デル によ る と,布. な った 形 の 圧 縮 曲線 で も同 じ積 分 値 を. 得 る場 合 が あ る.ま. の領域 は繊 維 自体 の初 期弾 性. 域 で あ る.. 値 は 布 の 圧 縮 曲 線 の 積 分 値 か ら得 られ る 値 で. あ る の で,異. の後,. この間 隔が あ る程 度 まで減少 す ると,圧 縮変 形量 の. 従 来 の 研 究 結 果 に よ れ ば1,2),布 の 風 合 い と 関 連 す. よう. の 圧 縮 特 性 に つ い て,. よ り詳 細 で 正 確 な 情 報 を 得 る た め,布. の圧 縮 曲 線 の. 形 状 と関 連 す る新 しい 圧 縮 特 性 値 を 提 案 し,布 の 圧 縮 特 性 値 と圧 縮 特 性 の 関 係 を 検 討 す る.. 2.理 2.1布. 論 的 モデ ル の圧 縮 断面 モ デ ル. 布 の圧 縮変 形過 程 と して は,以 下 に説 明す るモ デ ルを仮定 す る. 布 は糸 あ る いは繊維 の集 合体 で あ る.そ の ため, いか な る構 造 の 布 の断 面 も繊 維 と繊 維‑繊 維 間 の空 間 とによ り構 成 され て いる.図1に 布 の圧 縮断 面 の モデ ル図 を示 す.布 を圧 縮 す る過 程 で は繊維‑繊 維. Fig. 2. Calculated curves obtained from equations (1) to (5). b. a Fig.. I. d. c. Models for the cross - sections compressed to various extent. T227. of fabrics.
(3) 繊 維 機 械 学 会 誌. 96. に,最 初 の段 階 はほ とん ど直線 とな る.直 線 の傾 き 3.実. が 弾性体 の圧 縮 弾性 率 と等 しい.こ の領域 に対 して は下 に示 す(1)式. の回帰 式 が仮 定 で き る.第2段. 階. 3.1実. の圧 縮 曲線 は指数 曲 線 と近似 す る3,4).回 帰 式 は(2) 式 で表 され る.第3段. 階 の圧 縮 曲線 は直線 と近 似 で. き る.回 帰式 は(3)式. が仮定 で きる.回 復 の第1段. 験 装 置 お よ び条 件. 布 の 圧 縮 特 性 は,KES圧. 縮 試 験 機 を 用 い5),圧 縮. 曲 線 を 精 密 に 分 析 ず る た め,A/D変 を 取 り付 け て,測. 階 は繊維 自体 の弾 性 回復 域 で ある ため.直 線 と近似 で きる.回 帰式 は(4)式 が仮定 で きる.回 復 の第2. 持 って い る:圧. 定 を す る.こ. を1個. 維 の間 に摩擦 を生 じた回 復域 で あ る.回 帰 式 は(5). 越 え る と,デ. の デ ー タ を 読 み 込 み,そ. ー. の平 均値. の デ ー タ と し て デ ィス ク に 保 存 す る;回. 線 は連 続 した2個. 式 が仮定 で きる.回 復 の第3段 階 は圧 縮 され た糸 や 繊維 の変 形 が瞬間 回 復で きな い部 分 であ る.. 換 モ ジ ュー ル. の 装 置 は次 の 特 徴 を. 力 が0.01gf/cm2を. タ を読 込 む;50個. 段 階 は繊 維 自体 の残存 応 力 に よ り,一 部分 の糸 や繊. 復曲. デ ー タ の 変 化 量 が 一〇.Olgf/cm2以. 上 に な った 点 よ り開 始 す る.圧 縮 曲 線 の 形 状 と圧 縮 特 性 値 は ス ク リー ンで 表 示 で き る.. (1). 測 定 環 境 は20±0.3℃,65±3%RHで. (2) (3). 3.2試. (4). あ る.. 料. 広 範 囲 の 布 の 圧 縮 特 性 に つ い て 検 討 す る ため,各. (5) た だ し,y一. 験. 種 の繊 維 材 料(合 成 繊 維,天 然 繊 維),用. 圧 縮 力(gf/cm2) 回 復y1一 力(gf/cm2) 一 変 形 力(mm) x. ス ー ツ 地,婦. 人 用 薄 手 布,ス. ど),構. 物,編. 造(織. 物)の. 途(紳 士 用. ポ ー ツ 用,産. 業用な. 布146点 を 採 取 し た.こ. の 中 か ら手 触 り感 で 圧 縮 の 柔 らか さ が 大 き く異 な る 1,b1,a2,b2,a3,b3,a4,b4,a5,b5,一 a. 各. 代 表 的 な 布 と して 選 別 した 布12点 を 表1に. 段 階 の回 帰定 数. 2.3圧. 3.3実. 縮 曲 線 の形 状 を表 す特 性 値. め,各. を表 す グ ラフで あ る.圧 縮 曲線 によ り,布 の圧縮 特. 段 階 の 回 帰 曲線 上 の 各 点 と,そ. れに対 応す る. 実験 曲線 上 の各 点 との間 の相 関係数 が最 大値 を示 す. 性 を直観 的 に把 握 す る こ とは可 能 で あ るが,客 観 的 な デー タの比較 や解 析 は容 易 で ない.い ま,上 記 で 用 いた場 合. 時 点 に よ って,各. 段 階 の境 界 とす る.今. 布 の 場 合,第1段. 階 の 圧 力 範 囲 は0か. cm2ま. に圧縮 曲線 の作 成 をす る ことがで きるため,回 帰 係 数a,bは. 験曲線の回帰. 回 帰 曲 線 と実 験 曲 線 と の 誤 差 を 最 小 限 に す る た. 圧縮 曲線 は布 の圧縮 変形 と応 力(圧 力)と の 関係. 示 した 回帰 式(1)〜(5)の回帰 係 数a,bを. 示 す.. で で あ り,第3段. 回 実 験 した ら0.5〜5gf/. 階 は30〜40gf/Cm2かPmax. ま で で あ る.. 圧縮 曲線 の特 徴 を含 ん で い ると考 え られ. る.特 に,回 帰 係数bは 変 形量 と大 き く関連 して い. 4.結. るた め,重 要 な特性 値 と認 め られ る.b1の 値 は布 の. 4.1圧. 表 面層 の毛 羽 や突 出繊維 等 の影 響 を受 け るので,布 表 面 の圧縮 弾性 率 と関連 して い る.b2の 値 は圧 縮 曲. 果 お よび考察 縮 曲線 の特 徴. 圧 縮 特 性 に つ い て の 実 験 曲 線 と回 帰 曲 線 と の 結 果. 線 の第2段 階 の曲率 半 径 と関連 して いる.b2の 値 が. の 例 を 図3に. 小 さ くな ると,曲 率半 径 が大 き くな り,糸 一糸間,あ る い は繊 維 一繊 維 間 の滑 り量 が 大 き く,布 が柔 らか. く,最. が 厚 く,最. 示 す.こ. こ で,サ. ン プ ル1は. も圧 縮 柔 らか い 布 で あ り,サ. も圧 縮 か た い布 で あ る.か つ,両. い.逆 の場 合,b2の 値 が大 き くな る と.曲 率半 径 が. 縮 変 形 量 が ほ ぼ 同 程 度 で あ る.サ. 小 さ くな り,糸 一糸 間 あ るい は繊 維一繊維 間 の滑 りが. ル4は. 生 じに くく,布 がか た い.b3の 値 は繊維 自体 の横方. 者 の圧 縮 特 性 に は 微 妙 な 差 が あ る. ま た,こ. 値b4は 繊 維 自体 の横 方 向 の弾 性 回 復 率 と認め られ. 結 果 を 表2に. る.b5は 布 の 中の糸‑糸 間 や,繊 維一繊維 の間 の摩擦. れ ら4点. サ ンプ. の回帰定 数 お よび圧縮特 性 値 の. 示 す.. 圧 縮 曲 線 の 第1段 で 回 帰 で き る が.そ. T228. ンプ ル3と. 布地. 者 は圧. 布 地 が 薄 く,圧 縮 変 形 量 が 同 程 度 で あ る .両. 向 の初 期圧縮 弾 性率 と認 め られ る.回 復 過程 の特性. 抵抗 を克服 す る回復 性 と関連 して い る.. 布地 が厚. ン プ ル2は. 階 は,図3に. 示 した よ う に 直 線. の範 囲 は サ ン プ ル に よ って 異 な.
(4) (論 文 集)Vol.46No.10(1993). 97. Table. Fig. 3. っ て い る.サン. プ ル2は. 変 形 量 が 大 き く,傾 小 さ い.サ. サ ン プ ル1よ. 1. Details of Sample. Compression between the experimental (solid line, by KES) and calculated (dashed line) compressional curves of some sample fabrics り第 一 段 階 の. る.サ. き が 小 さ く,表 面 圧 縮 弾 性 率 が. ンプ ル3と. サ ンプ ル4の. 比 較 で は,第. 段 階 の 変 形 量 は 大 体 同 じで あ るが,サ. ン プ ル3の. ン プ ル1は. 曲 線 の 曲 率 半 径 が 大 き く(表2の. b2参 照),変 形 量 が 大 き い.こ れ は 圧 縮 に よ る糸 や 繊. 一. 維 の 互 い の 滑 り量 が 大 き い こ と に起 因 して い る.サ. 方. ン プ ル2は. の 傾 きが 大 き く,布 表 面 の 圧 縮 弾 性 率 が 大 き い. 第2段. Fabrics. い.こ. 階 の 圧 縮 曲 線 は 指 数 曲 線 と よ く一 致 して い. 曲 線 の 曲 率 半 径 が 小 さ く,変 形 量 が 小 さ. れ は サ ンプ ル2の. 布 の 構 造 が 緊 密 で,糸. や繊. 維 の 互 い の 間 隔 が 小 さ く,圧 縮 に よ る 滑 り量 が 小 さ. T229.
(5) 繊 維 機 械学 会誌. 98. Table. い こ と に 起 因 して い る.サ 比 べ る と,サ. ンプ ル3の. 4よ り大 き く,圧. 2. Results of regression constants and characteristic compressional properties for four representative samples. ンプ ル3は. サ ン プ ル4と. 4.2主. 曲線 の曲 率半 径が サ ンプル. 縮 弾 性 が 良 く柔 か い こ と を 示 して. い る. 第3段. 階 の 圧 縮 曲 線 は直 線 で 回 帰 で き る.そ. き に つ い て は サ ン プ ル1が で,サ. ン プ ル2の. サ ン プ ル1の. サ ン プ ル2よ. り小 さ い の. 4よ り小 さ い.こ れ は サ ン プ ル3の と ポ リ ウ レ タ ン(20%)繊 性 が サ ン プ ル4の 示 して い る.こ. を 見 出 す た め,主 まず,項. WC,RC,To‑Tmを. 階 の 曲 線 は直 線 で 回 帰 で き る.サ 階 と回 復 曲 線 の 第1段. の 傾 きの 差 が 大 き い,す な わ ち,サ. ン プ ル1の. 回 復 の ヒス テ リシ ス 幅 が 大 きい.サ. づ い て,主 を 表3に. サ ン プ ル1の. 復 時 の 変 形 量 が 大 きい.こ. で あ る,寄 与 率 は76.2%で の4分. 圧縮 一. 縮 回 復 しや す い こ とを 示 して い る.サ. 19.8%で. ン プ ル4と. 比 べ る と,曲 率 半 径 が 大 き く(表2のb5. 参 照),サ. ン プ ル3の. 第1,第2主 第1主. サ. 与 率 は. 成分 を合 わせ た累積 寄. あ り,二 つ の主 成 分 で 上 記 の特 性 値 の 示す. .こ れ よ り. 成 分 は 次 式 に表 さ れ る. 成 分:. (6). り良. い こ とを 示 して い る. 例 示 しな い他 の サ ンプ ル8点. 成 分 の 固 有 値 は1.19で,寄 あ る.第1,第2主. ータ. 成 分 で 説 明 され て い. 大 部 分 の 情 報 が 含 ま れ て い る. .各主 成 分 の 固 有 ベ ク トル を 表4に. 布 が圧. ン プ ル3は. あ る.す な わ ち,デ. 上 が こ の 第1主. 与 率 は96%で. り 大 き く,回. 回 復 弾 性 が サ ン プ ル4よ. の3以. る。 第2主. ンプ ル2,3,4. れ は サ ンプ ル1の. 成 分 に 対 す る 固 有 値 は4.57. ン. 階 曲 線 は 指 数 曲 線 と一 致 して い る. 曲 率 半 径 は サ ン プ ル2よ. 成 分 分 析 を し た と こ ろ の 固 有 値 と寄 与 率. 示 す.第1主. 階. の 圧 縮 一回 復 の ヒ ス テ リ シ ス 幅 は ほ ぼ 同 様 で あ る. 回 復 の 第2段. よ び 従 来 か ら の 特 性 値LC, 含 み,六 つ の 特 性 値 を 選 ぶ.試. 料 と して 選 別 した12点 の 試 料 す べ て の実 験 結 果 に 基. 端 によ って. 測 定 さ れ た,各 種 の繊 維 自体 の 横 方 向 の 圧 縮 特 性 と 一 致 して い る6). 回 復 の 第1段. 中 か ら圧 縮 曲 線 の 形 状. 復 曲 線 の 特 徴 を 最 も持 って い る と考 え ら. れ る パ ラ メ ー タb5お. ポ リエ ス テ ル よ り柔 ら か い こ と を. プ ル1の 圧 縮 曲 線 の 第3段. 成 分 分 析 法 は有 効 な方 法 で あ る.. 目 を選 ぶ.表2の. b2と,回. ナ イ ロ ン(80%). 近,川. か しな が ら,. の 特 徴 を 最 も持 っ て い る と 考 え られ るパ ラ メ ー タ. 傾 きはサ ンプル. 維 自体 の 横 方 向 の 圧 縮 特. れ らの 結 果 は,最. に一 のた. 特 性 値 は 互 い に 関 連 して い る た め,圧 縮 特 性 の 特 徴. 羊 毛 繊 維 の 横 方 向 の圧 縮 特 性 が 柔 ら か ン プ ル3の. 布 の圧 縮 特 性 は 総 合 的 な 特 性 で あ る た め,単 つ の 力 学 特 性 値 だ け で 表 す こ と は 難 し い.そ め,数 種 類 の 特 性 値 が 必 要 と な る.し. の傾. ア ラ ミ ドと ポ リエ ス テ ル 繊 維 よ り6. い こ と を 示 して い る.サ. 成 分 分 析 法 に よ る特 性 値 の分 析. 第2主. 成 分:. に つ い て も実 験 曲 線. と回 帰 曲 線 は極 め て 一 致 して お り,今. (7). 回 提 案 した 理. 論 的 モ デ ル の 正 当 性 が 明 ら か に示 さ れ た.今. 第1主. 後 よ り〓. 成 分 は(6)式. 数 が 大 き い の で,こ. 広 範 囲 な 布 で そ の正 当 性 を 検 討 し た い.. T230. の よ う に,x6,x4,x1,x2の. 係. の 四 つ の デ ー タ の 変 化 はz1へ.
(6) (論 文 集)Vol.46,No.10(1993). 99. Table. 3. Eigen. Values. and proportions. by the principal component. Table. 4. Eigen. vectors. component. の影 響 が 大 き い.x6,x4が. estimated. estimated. analysis. by the principal. 小 さ く な り,x1,x2大. analysis. きく. 圧縮 の第2段 階 と回復 の第2段 階 の 曲線 は,指 数 曲. な れ ば,Z1も. 大 き く な る.圧 縮 曲 線 と の 関 連 で 考 え. れ ば,x6,x4が. 小 さ くな る と,布 の 圧 縮 さ れ る領 域 が. 線 で近似 で きる.回 復 の第3段 階 は瞬間 回復 で きな い領 域 で ある.提 案 した回 帰式 で作 られ た理 論 曲線. 小 さ くな り,曲 線 下 の 面 積 が 小 さ くな り.x1,x2が き く な る と,圧. は実験 曲線 と良 く一致 した.. 大. 縮 およ び回復 曲線 の曲率 半径 が小 さ. (2)新 しい圧縮 特性 値 は圧 縮特 性 曲線 の形 状 の特. く,布 の 応 力 が 圧 縮 変 形 に 従 って 急 激 に 増 加 す る.. 徴 と強 く結 びつ いて お り,布 の圧 縮特 性 と密 接 に関. こ の よ う な 布 は 圧 縮 か た い.サ. 連 して い る.特 に,圧 縮 の第2段 階 の特 性 値b2は 布. 応 して い る.逆 プ ル1は. ンプ ル2は. これ に対. の 場 合 に は 布 は圧 縮 柔 らか い.サ. こ れ に対 応 して い る.第2主. の構 造,糸‑糸 間,あ るいは繊 維‑繊 維 間 の摩 擦特 性. ン. 成 分 は(7)式. と関 連 して い る.回 復 過 程 の 第2段 階 の特 性 値b5. の よ うに,x3,x5の. 係 数 が 大 き い の で,こ の 二 つ の デ. は布 中 の糸 や繊維 が受 ける互 いの摩擦 抵 抗 を克服 す. ー タ の変 化 はZ2へ. の影 響 が 大 き い. る回復性 と関 連 して い る.. な れ ば,Z2も. .x3,x5が. 大 き くな る.x3,x5大. 圧 縮 直 線 性 が 良 く,布. 大 きく. き く な る と,布 の. (3)主 成 分分 析 の結果 によ る と,第1,第2主. の 回 復 曲 線 と圧 縮 曲 線 との ヒ. ス テ リ シ ス 幅 が小 さ く な る.こ や 回 復 性 に 優 れ て い る.サ. の よ う な 布 は弾 力 性. ンプ ル3は. る.第1主. こ れ に対 応 し. 成 分Z1は 布 が圧 縮 され る領 域 の変 形 量. や 布 の柔 らか さ と関 連 して い る.第2主. て い る.. 5.結. 成分. は圧縮 曲線 形 状 の特 徴 の大 部 分 の情 報 を 含 ん で い 成 分Z2は. 布 の圧縮 弾性 率 や回復性 と関連 して い る.. 文 献. 論. 1)川. 布 の圧 縮特 性 の特徴 を 明確 し,よ り厳密 な圧 縮特. 端 季 雄;「 機 械 学 会,大. 性値 を提 案 す るべ く検 討 した結 果,以 下 の結論 が得. 2)S.de. られ た.. 風 合 い 評 価 の 標 準 化 と 解 析 」第2版,日. 本 繊 維. 阪,(1980).. Jong,W.Snaith,andN.A.Michie;Text.Res.J.,56,. 759(1986). 3)川. 端 季 雄,丹. 4)川. 端 季 雄,丹. 羽 雅 子;繊. 階 に分 け られ る ことが判 明 した.圧 縮 の第1,第3. 5)川. 端 季 雄,繊. 機 誌,26,P721(1973).. 段 階 と回復 の第1段 階 の曲線 は直線 で近 似で きる.. 6)S.Kawabata;J.Text.Inst.,81,432(1990). (1)布 の圧 縮 曲線 と回復 曲線 はおの おの三 つの段. T231. 羽 雅 子,河. 合 芳 子;繊. 機 誌,31,T74(1978). 機 誌,31,T88(1978).. ..
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