羽絨服防鉆絨性能仿生測試方法研究

1 引言

在羽絨制品行業，防鉆絨性一直是非常重要的指標，它直接反映了服裝日常穿著過程中的衛生和美觀。從術語定義來看，防鉆絨性是指織物阻止羽毛、羽絨和絨絲從其表面鉆出的性能，用在規定條件作用下的鉆絨根數表示。根據測試樣的生產工序，主要分為羽絨服織物、羽絨服半成品和羽絨服；根據測試對象填充物的不同，主要分為白/灰鴨絨和白/灰鵝絨；根據織物結構的不同，可分為機織面料、針織面料和非織造面料；根據羽絨制品用途，可分為羽絨服裝、羽絨羽毛制品（被、睡袋、枕、墊和床墊）。常見的防鉆絨性測試標準對上述類別產品都有做相關規定。

目前國內檢驗機構對羽絨制品的檢測普遍采用摩擦法和轉箱法，或在參照上述方法基礎上對測試樣品和儀器參數做適當調整，但采用的基本原理仍不變。在實踐中，檢驗機構對標準的采用主要是根據產品類型、測試目的、任務來源。其中產品類型是關鍵因素，而目前羽絨制品的產品類型越來越多。近年來，市場上出現了不同成分混合填充物、不規則絎縫、新型絎縫工藝、新型非織造面料夾層等情況，導致檢測機構在標準采用、儀器選用、測試過程中存在諸多局限，無法全面滿足市場和企業需求。

本文通過分析人體在穿著羽絨服過程中的全息運動作用數據，探索一種以人體運動學原理為基礎的防鉆絨試驗方法，并模擬一套符合人體工程學要求的防鉆絨測試設備。

2 防鉆絨性能測試方法現狀

目前國內檢驗機構依據摩擦法和轉箱法，構成了一系列羽絨制品檢測的相關標準引用方法，如GB/T 14272—2011《羽絨服裝》附錄E（織物防鉆絨性試驗方法 摩擦法）、FZ/T 73053—2015《針織羽絨服裝》（轉箱法，30cm×30cm樣品袋）、QB/T 1193—2012《羽絨羽毛被》（轉箱法）、QB/T 1194—2012《羽絨羽毛床墊》（轉箱法）、QB/T 1195—2012《羽絨羽毛睡袋》（摩擦法）和QB/T 1196—2012《羽絨羽毛枕、墊》（轉箱法）。國外檢驗機構在上述試驗方法上，還有BS EN 12132-2:1999《羽毛和羽絨 織物防鉆絨性能試驗方法 第1部分：沖擊試驗》[1]。

通過比較可知，上述試驗方法只能反映織物面料防鉆絨性能，無法體現因成衣絎縫針眼導致的鉆絨和其他問題，與人體穿著體驗仍有比較大的差距，而且無法體現羽絨中隨鉆絨帶出來雜質引起的表面清潔度問題。同時針對日常生活中人們接觸最多的羽絨服裝產品，不同部位采用的織物或工藝存在差異，上述方法僅測出了標準規定的特定部位（后背），而無法體現袖子、前胸和肩部等鉆絨性能。另外，在現有的羽絨服防鉆絨性能試驗過程中，也經常會遇到各種問題，比如羽絨服成品絎縫間距過小，取樣困難，且試驗效果不理想；缺乏經向或緯向試樣；樣品提供方無法提供羽絨服成衣的防鉆絨面料；織物經測試防鉆絨性能合格，但實際穿著過程中不能滿意等問題[2]。

可見，現有測試方法已經嚴重無法滿足生產者、消費者和質檢機構的要求，導致部分測試附加了大量偏離標準的條件，測試結果只具有內部使用意義。

3 人體運動規律與羽絨鉆絨規律之間的關系

3.1 人體運動基本規律

人體運動需要全身各部分的互相協調，全身及軀干的基本運動動作可分為擺動、扭轉和相向運動3種，本文僅討論前兩種。上肢的基本運動形式分為推、拉、鞭打3種。下肢的基本運動形式分為緩沖、蹬伸、鞭打3種。人體共有206塊骨，它們相互連接構成人體的骨架——骨骼。分為顱骨、軀干骨和四肢骨3個大部分。其中，有顱骨29塊、軀干骨51塊、四肢骨126塊，全身約有639塊肌肉[3]。不同肌肉的類型、作用及功能等差異較大，骨骼和肌肉的相互作用是完成各種運動的基本條件，本文主要研究上肢運動。

3.2 羽絨鉆絨基本規律

羽絨服在穿著過程中，在以人體擺動和扭轉為基礎的運動下，實際受力作用十分復雜，同時還與身邊其他物體接觸產生相互作用，形成了羽絨鉆絨的原始作用力，與此同時，受羽絨內膽環境中的空氣、熱量、濕度和靜電等因素影響，原始作用力迅速增強或衰減，促使羽絨與面料反復相互作用，面料在相關作用力影響下，部分地方經緯密度如果發生變化，就會導致羽絨趁機由此鉆出，如圖1所示。

3.3 人體運動對羽絨鉆絨的影響

羽絨服受實際使用環境影響，鉆絨效果差異非常大。運動過程中，羽絨服內的空氣也隨之流動，導致內部羽絨不斷產生位移及形態變化。運動量和動作復雜程度越大，鉆絨概率越大。在實驗室測試過程中，摩擦法因樣袋內空氣含量非常低，羽絨在測試過程中位移較小，忽視了人體運動過程中服裝內氣體流動對羽絨運動的影響；轉箱法因測試箱體空間有限，模擬鉆絨效果不足。尤其是當羽絨服體積較大時，在測試過程中，羽絨服整體受力單一，橡膠球對羽絨服的撞擊力度和隨機度不夠，無法模擬出復雜的穿著過程。

3.4 紗線線密度和面料經緯密變化對羽絨鉆絨的影響

隨著羽絨服受外力作用時間的累積，與羽絨直接接觸的面料經緯密也在不斷地變化，紗線受外力擠壓、拉伸、摩擦、穿刺等作用力時，其支數也不斷變化，導致面料經緯線之間孔隙越來越大。另外羽絨服經水洗多次后，紗線形態已經產生諸多不可逆的變化，也會加大鉆絨問題。

4 仿生運動在鉆絨模擬中的運用

本文研究一種用于羽絨防鉆絨性能測試的設備，通過設置仿生主體、測試箱、收集板和控制箱完成。如圖2所示。

如圖2所示，仿生主體設置于測試箱內，并與控制箱連接，收集板設置于測試箱和控制箱之間，用于收集測試過程中鉆出脫落的羽絨，提高了羽絨防鉆絨性能測試的準確性和便捷性。

設置仿生主體包括仿生頭部和仿生軀干，仿生頭部內設有電機、第一支架和若干個導桿，電機與每個導桿相連接，電機用于控制每個導桿往復運動，且每個導桿均通過金屬線與撞擊球相連接。頭部的前后各加裝多個撞擊球，可設置一定的高度，分別對應前胸和后背6個不同的撞擊點；在雙臂高頻擺動的同時，各個撞擊球懸置于相應高度部位處，在仿生頭部電機和若干個導桿傳動作用下連續隨機撞擊羽絨服。

測試空間底層為黑色磨砂板，用于收集測試過程中掉落的羽絲、羽毛和絨絲等；相比于已有測試設備，本設備通過模擬人體運動中雙臂的擺動，以及撞擊球在不同位置處的自由力度下模擬外界的撞擊、摩擦等，使待測試羽絨服各個位置受到模擬穿著過程中的各種力作用。通過雙臂高頻擺動和扭轉，可使羽絨服的袖子、前胸和后背受到來自各個方面的牽引和擠壓作用力，結合自由撞擊球的隨機作用力，全面地模擬羽絨服在日常使用的情形，從而更好地測試羽絨服的防鉆絨性能。

5 防鉆絨性能測試結果表征

為更加全面地反映羽絨服的防鉆絨性能，仿生鉆絨測試的結果中至少包含以下3項指標：（1）織物表面鉆絨根數；（2）絎縫針跡鉆絨根數；（3）表面清潔度評價。表面鉆絨根數是指落在收集板上的根數、鉆出面料后附著在表面的根數以及鉆出面料表面2mm的根數之和。絎縫針跡鉆絨根數是指從絎縫針跡鉆出表面的根數。表面清潔度是指面料表面和絎縫針跡處鉆出的粉塵顆粒物。指標（1）反映的是面料防鉆絨性能，指標（2）反映的是絎縫針跡的防鉆絨性能，指標（3）反映的是填充物羽絨內粉塵含量鉆出的表征。

對于淺色羽絨服，尤其是純白色面料，經常會出現羽絨服穿一段時間后，絎縫會有不明粉塵出現，或者經水洗晾干后發現絎縫處有明顯“痕跡”。這些都是羽絨服質量問題，會對消費者正常使用造成一定的困擾。如果能在防鉆絨測試中提前預警發現并及時解決，這將有效避免生產者出現質量風險。

現有羽絨服傳統防鉆絨測試結果僅體現面料表面鉆絨根數，無法對羽絨鉆絨效果做出全面準確的評價，因此測試結果存在一定的局限性。

6 總結與建議

本文研究目的是為了克服現有測試方法存在的缺陷而探討一種完整評價羽絨服防鉆絨性能的方法。表征羽絨服防鉆絨性能主要目的最終是為了使消費者在穿著過程中美觀大方，不對環境和人體健康造成危害。隨著市場上羽絨服款式的推陳出新，人們穿著羽絨服的目的也不限于防寒保暖，越來越多的款式和類型已經超出了測試方法標準適用范圍。現有的測試方法在一定程度上能反映出面料的防鉆絨性能，但存在的局限性也是顯而易見。而仿生測試方法，在原理上盡最大可能模擬人體運動規律，根本目的在于使測試結果最大程度地反映出真實使用場景中的服裝性能，因此測試結果具有較強的應用價值和參考意義。不足之處是，文中機械模擬的仿生運動軌跡需要進一步探討，以確保服裝在復雜運動軌跡下受到全面飽和作用力。