針織校服染色牢度指標的主成分分析

尹方方，李 琰

(廣東產品質量監督檢驗研究院,廣東 廣州 510000)

GB/T 2016《紡織品 色牢度試驗 試驗通則》給出了色牢度定義，色牢度是指在加工和后續使用過程中，紡織品的顏色受外界因素作用后的結果，其中結果的大小程度可用色牢度等級評判，即通過試樣的變色等級和未染色貼襯織物的沾色等級綜合評定。紡織品色牢度指標主要包含耐摩擦色牢度、耐汗漬色牢度、耐水色牢度、耐洗色牢度、耐光色牢度[1,2]。針織面料以其柔軟、舒適的特點成為校服面料的首選，校服色牢度不合格易造成人體皮膚沾色、衣服嚴重退色，進而影響學生身體健康，因此針織校服染色牢度指標十分重要。

主成分分析PCA(Principal Component Analysis)法是將多組指標轉換成互不相關的少數指標的數理統計分析方法[3,4]。它通過數據矩陣轉換，將不同數據的相同部分歸納為一個主成分，通過指標在主成分下的客觀權重系數，計算試樣的總得分排序，進而優化選擇。

1 樣品及測試方法

1.1 樣品準備

為了提高研究的代表性、可靠性，使實驗結果更具說服力、有效性，本課題收集了20塊藍色系針織校服面料，將20塊試樣的顏色分為從淺到深的1級～10級，具體參數如表1所示。

表1 針織校服參數

1.2 測試方法及儀器

針織校服面料依據GB/T 3920—2008 《紡織品 色牢度試驗 耐摩擦色牢度》、GB/T 3921—2008 《紡織品 色牢度試驗 耐皂洗色牢度》、GB/T 3922—2013 《紡織品 色牢度試驗 耐汗漬色牢度》、GBT 5713—2013 《紡織品 色牢度試驗 耐水色牢度》、GB/T 8427—2008 《紡織品 色牢度試驗 耐人造光色牢度 氙弧》等。其需注意的是制樣時試樣需將待測樣品上的所有顏色覆蓋包含[5]。

測試儀器：Y571B型摩擦色牢度儀、HW-24C耐洗色牢度試驗儀、YG982C評級標準光源箱、YGB631耐汗漬色牢度儀、Q-SUN XE-2-HS耐日曬色牢度儀等。

2 結果與分析

2.1 實驗結果

對20塊針織校服進行了耐摩擦、耐水、耐汗漬、耐洗、耐光色牢度的綜合測試。因試樣經耐洗、耐水、耐汗漬(包含耐酸性汗漬色牢度和耐堿性汗漬色牢度)測試后試樣變色均為4～5 級，故未在表3中逐一列出，其他實驗結果如表2所示。

表2 校服染色牢度指標的測試結果

2.2 針織校服染色牢度的主成分分析[6]

PCA是將已知的多個指標屬性利用數理統計中線性轉換方法，提取各指標中的公共部分為主成分，后轉換成不相關的幾個指標變量。根據變量數據的方差值從高到低排序，其中方差最大的指標為第一主成分，方差次之的指標為第二主成分，依次類推[7]。

運用主成分分析模型對針織校服耐摩擦、耐洗、耐水、耐汗漬、耐光色牢度進行主成分提取，依據各主成分對應指標的類別和意義對其命名，得出主成分和相關指標的線性關系方程，并利用試樣原始數據對主成分的客觀權重系數進行分析，計算試樣色牢度得分。通過對比得分，找出試樣的綜合性能差異，便于產品選購[8，9]。將20組試樣的色牢度指標定義為X1=耐干摩擦沾色，X2=耐濕摩擦沾色，X3=耐洗棉沾色，X4=耐洗聚酯沾色，X5=耐水棉沾色，X6=耐水聚酯沾色，X7=耐酸汗漬棉沾色，X8=耐酸汗漬聚酯沾色，X9=耐堿汗漬棉沾色，X10=耐堿汗漬聚酯沾色，X11=耐光試樣變色，共計11個色牢度指標進行主因子分析。因子分析轉換過程中，通常將因子特征值≥1且累積方差貢獻率≥85%的定義為主成分。針織校服色牢度指標的因子分析結果見表3、表4。

表3 指標解釋的總方差

表4 成分矩陣

由表4分析結果可以看出，色牢度指標在主成分因子中所占權重系數值有正負之分，權重系數為正，表明該指標與主成分因子呈正相關線性關系，反之呈負相關線性關系。

根據針織校服耐摩擦、耐洗、耐水、耐汗漬、耐光染色牢度的物理意義，對表3中各主成分進行分析解釋和命名：

第一主成分F1在指標耐水沾色、耐酸汗漬沾色、耐堿汗漬沾色上具有較高的正相關系數。由于這些指標屬于GB 18401—2010《國家紡織產品基本安全技術規范》強制性要求，因此把F1命名為汗漬型指標。F1的正值大代表汗液接觸時顏料轉移作用越明顯。

第二主成分F2在指標耐摩擦沾色、耐光試樣變色上具有較高的正相關系數，在指標耐洗聚酯沾色上具有較高的負相關系數。因此把F2命名為摩擦型指標。F2的正值大代表穿著時顏色受摩擦作用影響較大。

第三主成分F3在指標耐洗棉沾色上具有較高的正相關系數，因此把F3命名為洗滌型指標。F3的正值大代表洗滌時易將顏色傳遞出去，造成其他物品沾色。

將各主成分中指標的權重系數進行標準歸一化，利用權重系數除以其主成分下對應的特征根的開方得出相應的線性系數，進而得到主成分的線性關系方程：

F1=0.383X5+0.367X6+0.383X7+0.367X8+0.383X9+0.367X10

(1)

F2=0.587X1-0.394X4+0.465X11

(2)

F3=0.388X3

(3)

將20塊試樣染色牢度指標的測試結果分別代入式(1)、式(2)、式(3)，計算并得到試樣在3個主成分下的得分。作為夏季針織校服，根據學生實際穿著，需要織物具有良好的耐摩擦性、耐汗漬性能。根據試樣的服用要求和評分，進行優劣排序，結果如表5所示。

由表5計算結果可知，試樣2#、試樣9#在第二和第三主成分排序各為第一，在第一主成分第二，總體排序靠前。試樣6#、試樣7#、試樣8#在第一、第三主成分排序均為第一，在第二主成分排序第二，總體排序靠前。因此綜合考慮染色牢度指標時可優先選擇這五塊試樣，其綜合染色牢度質量表現優異，其中當重點考核校服耐摩擦色牢度時，可優先選擇試樣2#和試樣9#；當重點考核人體出汗時校服染色牢度情況時，可優先選擇試樣6#、試樣7#、試樣8#。通過觀察各試樣的結構參數和試驗結果可知，顏色偏淺的試樣色牢度綜合性能更為優異。

表5 試樣在主成分下得分及排序

3 結論

通過SPSS軟件，利用數學統計法中的主成分分析法對20塊針織校服面料耐摩擦、耐洗、耐水、耐汗漬、耐光色牢度的試樣變色和貼襯沾色進行測試并分析，依次得出汗漬型、摩擦型、洗滌型三個主成分。通過計算試樣在主成分下的得分并排序，得出試樣2#、試樣6#、試樣7#、試樣8#、試樣9#總體排序靠前，色牢度表現優異，可按需選擇，并且通過試樣2#、試樣6#、試樣7#、試樣8#、試樣9的藍色系等級可知顏色偏淺的試樣色牢度綜合性能更為優異。