織物涼感等級的主客觀評價及確定

楚鑫鑫，肖 紅，范 杰

(1.天津工業大學 紡織科學與工程學院，天津 300387；2.軍事科學院 系統工程研究院軍需工程技術研究所，北京 100010)

隨著人們生活水平的提高，對織物熱舒適性的要求也越來越高。特別是在夏季，接觸涼感越來越成為消費者選擇面料的一項重要參考指標。一些具有接觸涼感的服用類和生活用類紡織品也進入市場，被消費者接受和喜愛。2018年，GB/T 35263—2017《紡織品 接觸瞬間涼感性能的檢測和評價》正式實施，規定了紡織品與皮膚接觸瞬間涼感性能的檢測與評價方法，提出了接觸瞬間涼感和接觸涼感系數的概念，但此標準還存在不足：1)僅規定了接觸瞬間涼感，不能反映織物持續的散熱能力和熱吸收能力，不能夠完全概括現有涼感制品的特點；2)在對織物的接觸瞬間涼感進行評價時，規定瞬態熱流密度最大值qmax在某一數值范圍內，就判定織物具有涼感性能，并不能對涼感強弱進行等級劃分，無法有效地評價紡織品涼感程度。

模糊綜合評價法是基于模糊數學，將一些多層次、多因素、復雜模糊不清等定性評價指標定量化，進行系統綜合評價的一種方法，它把評價對象以及反映評價對象的模糊概念建成一定的模糊集合[1]。相對于傳統的數學方法，模糊綜合評價方法突出的優勢是方法簡單、實用，對多因素且模糊性的問題具有很好的適用性[2]。除此之外，通過運用一定的算法綜合各因素的值來判斷整個評價對象所屬等級。這種數學方法已被越來越多應用到解決紡織領域中的問題：吳志斌等[3]對滌綸仿真絲綢手感風格進行模糊綜合評價；柯寶珠等[4]采用模糊綜合評價法評價織物風格；劉侃[5]利用模糊聚類分析法對服裝面料的縫制加工性能進行綜合評價；羅紀華等[6]用綜合模糊評定的方法，對比評定各種整理后苧麻織物服用性能的優劣。

前期研究中，研制了熱流式織物涼感測試儀器[7]，并基于該儀器確定了織物涼感的檢測方法、評價指標[8]，探明了織物沿平面方向的傳熱機制[9]。為進一步對織物涼感進行等級劃分，本文采用模糊綜合評價法對織物涼感等級進行研究，并與以人為中心的主觀評價等級劃分進行比較，擬確定符合實際使用感受的涼感等級。

1 實驗部分

1.1 實驗樣品

試樣樣品規格如表1所示。其中，聚烯烴纖維的熱導率為14 W/(m·K)，而普通的天然和合成纖維熱導率多在0.05 W/(m·K)以下。為較全面地劃分織物涼感等級，實驗室中共織造和收集不同涼感的57塊試樣，包括單方向含有聚烯烴導熱絲的試樣17塊、雙向都含有導熱絲的試樣16塊、常規普通纖維不同組織結構和厚重程度的試樣20塊和含有不同金屬絲(銅纖維、銀纖維和鍍銀纖維)的試樣4塊。

1.2 客觀評價測試方法及指標

采用FFZ415熱流式涼感測試儀，對實驗室中的57塊樣品進行測試，測試方法和評價指標參見文獻[9-10]。測試每一塊試樣的最大瞬態熱流密度qmax、穩態熱流密度qbal的值。測試過程模擬了織物和皮膚接觸時，通過人體皮膚的最大瞬態熱流密度，熱流密度越大表明織物與皮膚接觸瞬間人體損失的熱量越多，織物與人體的接觸涼感越強[11]。測試結果見表1。

1.3 主觀評價方法及步驟

1.3.1參試人員及評價方法

40名不同性別的在校研究生進行主觀評價, 其中12名男生、28名女生，平均身高166.8 cm，平均體重57.8 kg。參試人員對57塊不同材質的面料進行織物涼感的主觀評價，形成真實可靠的主觀評價等級。其中對織物涼感等級的文字描述，A等級指涼爽感覺強烈，B等級指涼爽感覺明顯，C等級指稍微有涼爽感覺，D等級指涼爽感覺一般，E等級指沒有涼爽感覺。

整個主觀評價過程在恒溫恒濕實驗室中進行，環境溫度為21 ℃，環境濕度為63%，空氣流速不超過0.2 m/s，以確保人體各項機能處于最佳狀態，感覺器官最為敏感，心理狀態也趨于穩定狀態，有利于實驗的順利進行。參試人員通過前臂內側對織物涼感進行評價。面料在接觸人體皮膚時，會有熱量傳導到面料，為避免誤差，每次測試要間隔2 min，使面料恢復到初始熱狀態再進行下一次實驗。

1.3.2實驗步驟

測試前，對參試人員進行相關簡單的實驗培訓。培訓內容包括：織物涼感的意義講解、測試時對樣本的觸摸方式及調查問卷的填寫方式，以確保實驗的正確進行及實驗結果的可靠性和準確性。

實驗中，在觸摸試樣樣本之前，參試人員需要在實驗室中靜坐20 min，以便適應環境和調整個人心理狀態。隨后，參試人員將前臂裸露往前伸直，并保持前臂內側向上的姿勢，另一只手將織物放在前臂上，可適當采用按壓等方式，模擬皮膚對服裝產生的壓強。

參試人員根據前臂內側與織物接觸時的瞬間的涼爽感覺填寫調查問卷表，對織物的涼感等級進行分級。

1.3.3結果計算

參試人員對面料進行評級時采用計分的形式對面料進行打分，A等級對應5分，記為x1，B等級對應4分，記為x2，C等級對應3分，記為x3，D等級對應2分，記為x4，E等級對應1分，記為x5。每塊面料A、B、C、D、E各等級中打分的總人數作為權重，記為w1，w2，w3，w4，w5，根據加權平均法的公式：

(i=1,2,…，57)

在主觀評價織物涼感等級時，每塊面料最終都會被評為A、B、C、D、E等級中的某個級別，再將同為一個等級的面料的加權平均值按大小排序，取最大值和最小值劃定此等級對應的加權平均值范圍。

表1 試樣規格及熱流密度值Tab.1 Sample size and heat flux value

最終劃定A等級對應的加權平均值范圍為4.3～5，B等級對應的加權平均值范圍為3.5～4.3，C等級對應的加權平均值范圍為2.5～3.5，D等級對應的加權平均值范圍為1.5～2.5，E等級對應的加權平均值范圍為1～1.5。

2 實驗結果及分析

2.1 織物熱流密度結果及分析

從表1中看出，qmax值大的試樣其qbal值不一定大，如3#試樣，qmax值為389.1 W/m2，qbal值為 27.8 W/m2，同樣qbal值大的試樣qmax值不一定大，如31#試樣，qmax為353.8 W/m2，qbal值為62.8 W/m2。這與構成試樣的聚烯烴的含量、織物組織結構等相關。聚烯烴在試樣中所占比例大，其接觸瞬間涼感和穩態接觸涼感就較好。編號為13#、12#、11#的試樣中，的聚烯烴纖維和棉纖維的比例分別為1∶1、2∶1、3∶1，聚烯烴纖維的含量分別從50%增加到75%，試樣的qmax值也從295.7，增加到 346.7 W/m2，聚烯烴纖維在試樣中所占比例大，其接觸瞬間涼感就較好。編號為15#的試樣，聚烯烴纖維和棉纖維的比例為3∶1，其qmax值為303.8 W/m2，比11#試樣的qmax值小很多，可知試樣中，測試試樣中聚烯烴纖維較粗，試樣的面密度相對較大，吸熱量較大，接觸涼感越強。測試試樣中，試樣的組織結構存在差異，造成試樣的表面有多種形態，織物表面狀態越光滑，接觸時的表面積越大，織物涼感越好。

接觸瞬間涼感與穩態接觸涼感沒有正相關關系，結合文獻中理論分析，接觸瞬間涼感與織物的熱吸收能力、導熱絲的熱傳導能力相關，反映了織物的瞬間熱吸收能力；而穩態接觸涼感與導熱絲的熱傳導能力相關，反映了織物持續的散熱能力。因此，在對試樣的涼感進行等級劃分時，需要分別從這2個指標進行分類。

2.2 涼感的等級劃分

人體著裝的涼感程度是一種人體主觀舒適感覺，目前無法用物理量來直接表示。為將主觀感覺定量化，采用了心理學標尺，將人體主觀感覺分級。根據前面測試得到面料的qmax、qbal的值，對面料的涼感等級進行分類。目前使用的心理學標尺主要有3點、5點、7點標尺[12]，把人體的熱舒適性程度賦予相應的數值，從而定量地評價此類定性問題。在本文對織物涼感進行等級分類時，基于5點標尺，將其劃分為5個等級，A、B、C、D、E，具體見表2。

表2 涼感等級分類Tab.2 Coolness classification

2.3 模糊綜合評價模型

2.3.1模糊綜合評價步驟

對測試得到的熱流密度數值，采用模糊綜合評價法，按照以下步驟，進行隸屬度等級分類。

1)建立評判因素對象集U={u1,u2,…，ui}(i=1,2,…，n)。因素ui就是評價對象的集合，在此次工作中就是qmax和qbal數值大小的集合，即表1 中的qmax和qbal數值。

2)建立評判集V={v1,v2,…，vi}(i=1,2,3，…，n)。在紡織品評價中，評判集vi就是等級劃分的集合，此次工作中是涼感等級的集合，即表2所述集合。

3)在建立隸屬度函數時，選取模糊分布的常用公式(梯形型)。隸屬度函數是依據評價標準建立起來的，目的在于通過一定的函數運算來刻劃評價因素對評判等級的隸屬程度，從而使本來模糊的數學概念變得直觀[13]。

其隸屬度函數的數學模型如下：

一級：

二級：

三級：

四級：

五級：

圖1 試樣qmax、qbal的等級分級結果Fig.1 Grades results of qmax and qbal of samples

在上述數學模型中:x1、x3、x5、x7分別是v1和v2、v2和v3、v3和v4、v4和v5的等級臨界值;x2、x4、x6分別為v2、v3、v4等級數值區間的中間值。

選取模糊分布中的梯形與半梯形分布，為避免等級間數值相差較小但評價等級相差一級的現象，對選用的數學模型進行修正。對于中間型，使其在中間點的隸屬度為1.0，向兩側邊緣遞減到0.5，對于偏大型和偏小型使其距離臨界值越遠，隸屬度越大，在臨界上屬于兩側的等級均為0.5[14]。

4)利用模糊分布中的梯形公式對熱流密度數值進行分類后，對評價指標分等級：A-Rv5，B-Rv4，C-Rv3，D-Rv2，E-Rv1。

2.3.2隸屬度等級分類結果

利用隸屬等級函數對qmax、qbal的值進行隸屬等級分類，每一個熱流密度值都會對應5個不同的Rv值，選擇其中一個最大的數值對應的Rv結果作為最后的隸屬等級，根據等級劃分結果把實驗室測試的57塊試樣進行涼感等級分類。結果如表3、4所示。

2.4 涼感等級劃分結果及分析

基于模糊綜合評價法中的隸屬度函數，對前述試驗中得到的織物qmax、qbal的值進行等級分類，得到較科學合理的不同涼感程度的qmax、qbal的值范圍，進而可以劃分織物的涼感等級。分類結果如表5所示。其中，涼感等級為A對應的面料主要是含有1 333、888 dtex高導熱聚烯烴纖維的面料，涼感等級為B對應的面料主要是667、444 dtex高導熱聚烯烴纖維的面料，涼感等級為C對應的面料主要是444、222 dtex高導熱聚烯烴纖維的面料，涼感等級為D對應的面料主要是含金屬纖維面料和普通面料，涼感等級為E對應的面料主要是搖粒絨面料，該類面料具有一定保暖性，結果如圖1所示。

2.5 織物涼感等級的主觀評價

前期客觀測試最終都要以實際穿著的涼感感受為基準，希望測試儀器也能夠有效地反映穿著特征，通過儀器的物理測量能夠有效地推斷出人的生理感覺和心理感覺[15]。現階段所有織造的具有涼感性能的面料最終都要回歸市場，被各行各業的消費者評比和選擇，由于個體差異的存在，每個人對涼感程度的認識也是不盡相同的，為能更好地幫助消費者認識涼感面料以及規范涼感紡織品市場，對織物涼感進行主觀等級的評價實驗是非常必要的。

表3 qmax的隸屬等級分類結果Tab.3 qmax subordinate classification result

表4 qbal的隸屬等級分類結果Tab.4 qbalsubordinate classification result

表5 涼感等級分類Tab.5 Cool classification

將40名參試人員對57塊試樣的平均評價結果和客觀測試得到的織物涼感等級對比，見表6。

從上述表格中可以看出，主觀評價織物的涼感和利用熱流式涼感測試儀測試織物的涼感具有高度的一致性，一致性的比例可用此公式表示：(主客觀評價等級一致的面料數/總面料數)×100%，計算結果為78.9%，可以看出面料涼感等級主客觀評價一致性較好。

1#、2#面料分別是不同含量涼感絲的羅紋組織針織面料，表面不平整，在使用熱流式涼感測試儀進行測試時，面料中凹進去的部分會存有部分空氣，最后測得的熱流密度值變小，在將面料放在前臂內側進行主觀評價時，面料因其柔軟可彎曲，面料中存有的空氣較少，接觸面積相對來說較大，得出的涼感等級較高。3#、9#、28#、32#面料客觀評價等級為A級，在進行主觀評價時的等級降為B級。13#、18#面料客觀評價等級為D級，在進行主觀評價時等級升為C級，47#、54#面料客觀評價等級為E級，在進行主觀評價時等級升為D級。主客觀評價結果不相同的試樣，分析它們的接觸瞬間最大熱流密度值，大部分都在分界數值上下，相差很小，例如，9#qmax值為390.7 W/m2，在A、B等級分界線上方，客觀評價中屬于A等級，但在以人為主體的主觀評價中，因個體存在差異，選擇其為B等級的人數較多，即最終9#試樣在主觀評價中隸屬于B等級。

表6 織物涼感客觀評價和主觀評價對比表Tab.6 Comparison of objective evaluation and subjective evaluation of fabric coolness

3 結 論

采用熱流式涼感測試儀對實驗室收集的57塊面料進行測試，包括含高導熱聚烯烴長絲的面料、普通面料、和含有金屬絲的面料，采用模糊綜合評價法對織物涼感指標進行客觀等級分類、和采用參試人員主觀評價進行等級分類，結果如下。

1)利用模糊綜合評價法對織物進行的5檔涼感分類，可以較為詳細給出具體的等級指標。比如，涼感為A級的織物，其瞬態熱流密度大于 380 W/m2，穩態熱流密度大于65 W/m2。

2)面料的涼感需要從瞬態接觸涼感和穩態持續散熱2個方面進行綜合評價。接觸瞬間涼感好的面料其穩態接觸涼感不一定會好，即存在瞬態熱流密度為A級、穩態熱流密度為B級的試樣。使用者需要根據具體情況進行選擇。

3)利用模糊綜合評價法對面料的涼感等級的分類，和人為主觀評價織物的涼感等級具有較好的一致性，為消費者在購買相關涼感產品時提供可靠的數據支持，也可以作為制訂涼感紡織品涼感等級標準的參考。

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