織物濕態(tài)貼體舒適性測(cè)試儀器的開發(fā)與測(cè)試方法研究

文/謝劍飛 紀(jì)峰 羅峻 李汝勤

1 引言

服用織物在人體大量出汗這種極端條件下的貼體性與熱濕傳遞性雖然有大致相似的影響因素，但卻是兩類截然不同的物理現(xiàn)象。對(duì)織物與服裝熱濕舒適性的研究，從測(cè)試方法到裝置，都已經(jīng)發(fā)展得較為完善；但是目前對(duì)服裝接觸舒適性的研究不夠深入，隨著消費(fèi)者與市場(chǎng)對(duì)服裝舒適性的要求不斷提高，我們急需解決織物與服裝貼附舒適性測(cè)試與評(píng)價(jià)的問題。織物熱濕傳遞性的測(cè)試結(jié)果可為研究其貼體舒適性提供參考。

織物與服裝濕態(tài)貼附性的測(cè)試除了主觀測(cè)試之外，為數(shù)不多的研究中采用的方法都是測(cè)試面料浸潤(rùn)后對(duì)皮膚的切向粘附力。穿著服裝大量出汗的現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中，面料沿皮膚表面的運(yùn)動(dòng)相當(dāng)不易，切向濕態(tài)摩擦力非常大，面料與皮膚分離往往以與皮膚表面成一定角度的方向脫離皮膚。所以表征貼體舒適性時(shí)濕態(tài)織物與皮膚表面在垂直方向上的貼附力更重要，而目前對(duì)皮膚法向貼附力的測(cè)試和表征，尚無(wú)深入的研究和具體的測(cè)試方法。

在研究中，根據(jù)對(duì)實(shí)際穿用的場(chǎng)景分析，設(shè)計(jì)開發(fā)了濕態(tài)貼附性測(cè)試儀，將織物與皮膚分離過程中力的變化用傳感器測(cè)量出來，轉(zhuǎn)化為貼附曲線，通過曲線中的數(shù)據(jù)表征貼附性指標(biāo)（貼附力、貼附功和貼附距離）。

2 織物濕態(tài)貼附性測(cè)試儀

該儀器的開發(fā)為研究織物的濕態(tài)貼附性能提供了試驗(yàn)手段，在測(cè)試中模擬皮膚與織物漸離的過程，以濕態(tài)織物與皮膚表面在垂直方向上的貼附力為基礎(chǔ)將此過程轉(zhuǎn)變成“距離—貼附力”曲線，較為直觀地分析評(píng)價(jià)織物與皮膚“濕態(tài)貼附—分離”這一狀態(tài)與過程。

織物濕態(tài)貼附性試驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)原理見圖1，計(jì)算機(jī)發(fā)出指令給控制器，控制器按照所給指令啟動(dòng)電機(jī)，通過電機(jī)上的皮帶開始進(jìn)行機(jī)械傳動(dòng)，使垂直狀態(tài)的試樣在水平軌道上向右運(yùn)動(dòng)并靠近位于軌道右側(cè)的皮膚，當(dāng)試樣開始與皮膚接觸，連接皮膚的傳感器馬上產(chǎn)生模擬信號(hào)，經(jīng)放大器放大后發(fā)送到A/D轉(zhuǎn)換裝置，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)傳送回電腦，電腦處理接收的數(shù)字信號(hào)后做出及時(shí)反饋，對(duì)控制器發(fā)出下一步的執(zhí)行信號(hào)，使測(cè)試持續(xù)進(jìn)行[1]。

設(shè)計(jì)的試驗(yàn)方法中把試樣從人造皮膚上揭離，在試樣脫離人造皮膚的過程中，貼附力在水平位移上所做的功可以作為指標(biāo)來表征織物濕態(tài)下的貼體性，貼附力所做的功如圖2中陰影部分面積所示。

圖1 織物濕態(tài)貼附性試驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)原理

圖2 面料濕態(tài)貼附性表征指標(biāo)的定義

圖2中，貼附距離L為織物與皮膚分離前相對(duì)于初始位置的位移，單位為毫米（mm）；貼附力F為濕態(tài)織物與皮膚分離過程中測(cè)得的法向力，單位為厘牛（cN）；貼附功W為濕態(tài)織物與皮膚分離過程中貼附力做的功，單位為毫焦耳（mJ）。

圖3 XAD-1濕態(tài)貼附性測(cè)試儀

圖3為研究開發(fā)的濕態(tài)貼附性測(cè)試儀實(shí)物，矩形面料試樣在電機(jī)的帶動(dòng)下運(yùn)動(dòng)，面料在距離人造皮膚15mm處開始以較大速度緩慢接近人造皮膚，到面料與人造皮膚開始接觸時(shí)施加1cN～2cN的壓力，同時(shí)以更慢的速度使面料與人造皮膚完全貼附。然后使面料與人造皮膚緩慢分離，在此過程中，可以得到貼附力、貼附距離和貼附功的數(shù)值，同時(shí)也可以得到時(shí)位移—貼附力曲線。

3 織物濕態(tài)貼附性測(cè)試方法

使用研究開發(fā)的XAD-1織物濕態(tài)貼附性測(cè)試儀測(cè)試織物的濕態(tài)貼附性，測(cè)試時(shí)打開儀器電源預(yù)熱10min，使電子元件到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)以減少誤差。取下試樣夾持器，打開測(cè)試應(yīng)用程序，進(jìn)入測(cè)試預(yù)設(shè)界面并設(shè)置測(cè)試條件。需要設(shè)置的測(cè)試條件有試樣尺寸、分離速度、初始負(fù)荷、位移范圍等。

試驗(yàn)前用純凈水或人工汗液浸濕織物，對(duì)于厚重或難以浸潤(rùn)的織物，可借助外力在水中擠壓或拍打以加快浸濕，將充分浸透的試樣安裝在夾持架上：先擰松夾持器上部和下部的螺絲并取下固定條，用鑷子將浸濕的面料放入夾持器上部的固定板處，并將面料上端整理平直，再用固定條和螺絲夾持固定，給面料自由端一定的張力，保持面料上下受力均勻和試驗(yàn)部分張力均勻，然后用固定條和螺絲固定面料自由端即夾持器下部。

按下貼體性測(cè)試儀上的進(jìn)程按鈕，夾持架開始向右水平靠近裝有人造皮膚的力傳感器，當(dāng)試樣與人造皮膚的距離小于5mm時(shí)，夾持架的移動(dòng)速度減緩為約0.1mm/s緩慢靠近人造皮膚，當(dāng)力傳感器的負(fù)荷到達(dá)預(yù)設(shè)負(fù)荷時(shí)，此時(shí)試樣與人造皮膚恰好貼住，夾持架停止向右運(yùn)動(dòng)，然后按下回程按鈕，夾持架按預(yù)設(shè)速度向左水平運(yùn)動(dòng)，逐漸將試樣扯離人造皮膚。裝置內(nèi)的讀數(shù)器通過讀取電動(dòng)機(jī)發(fā)出的紅外脈沖數(shù)，得到夾持架位移與時(shí)間的關(guān)系并通過數(shù)據(jù)線傳到電腦，結(jié)合傳感器的數(shù)據(jù)，屏幕開始描繪位移—貼附力曲線，XAD-1織物濕態(tài)貼附性測(cè)試儀測(cè)試界面見圖4。

圖4 XAD-1織物濕態(tài)貼附性測(cè)試儀測(cè)試界面

4 結(jié)論

本文的研究?jī)?nèi)容提供了一種面料濕態(tài)貼體性快速客觀測(cè)試方法及其測(cè)試裝置，填補(bǔ)了面料濕態(tài)貼體舒適性儀器檢測(cè)方法的空白。該方法的測(cè)試手段和測(cè)試過程針對(duì)服用面料濕態(tài)下的貼體性進(jìn)行了客觀合理的測(cè)試和表征；其測(cè)試數(shù)據(jù)包括貼附力動(dòng)態(tài)變化曲線及貼附力、貼附距離和貼附功等指標(biāo)，一定程度上反映了人體皮膚的主觀觸覺，可作為評(píng)價(jià)各類型面料汗?jié)?淋濕后的貼體舒適性的重要客觀指標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]紀(jì)峰, 邱夷平, 李汝勤,等.面料濕態(tài)貼體性快速客觀測(cè)試裝置及方法[P].中國(guó)專利：CN 102707040 B, 2014-07-02.