面料彈性模量對運動文胸防震功能的影響

盛欣洋　陳曉娜

摘 要：研究面料拉伸彈性對運動文胸防震功能的影響，從面料角度提高運動文胸防震功能。選用兩款氨綸含量分別為30%和20%的錦氨混紡面料進行試驗，使用YG026D型多功能電子織物強力機測量兩種面料的彈性模量，將兩種面料制作成款式完全相同的兩件樣衣，使用三維人體動作捕捉系統采集8名試驗對象在穿著兩件樣衣時，以2Hz頻率跳繩狀態下的乳房動態位移數據。結果表明，面料彈性模量較大時，乳房動態位移較小，表明防震功能較好，同時，乳房主觀動態不舒適性也越低。

關鍵詞：運動文胸;面料彈性;彈性模量;乳房位移;跳繩

中圖分類號： TS941.17? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-2346（2022）02-0034-06

乳房缺少骨骼、肌肉的有效支撐，內部支撐結構主要由懸韌帶、淺筋膜組成，所能提供的支撐效果十分有限[1，2]。乳房內部支撐結構就像橡皮筋，運動的過程也類似于橡皮筋的拉伸與收縮，長時間的過度拉伸會造成“橡皮筋”的永久損傷，進而導致一系列乳房健康問題，如乳房下垂等[3-5]。為了減少乳房內部支撐結構的拉伸，必須通過外力干預，將乳房由下向上托舉至一個內部結構受力較小或不受力的位置，這也是運動文胸防震功能的基本原理。研究表明，穿著運動文胸可以有效減少運動過程中的乳房晃動，進而減少由晃動引起的不舒適[6，7]。

運動文胸的防震功能既來自結構設計，也來自文胸所用面料的性能[8-10]。目前該領域的研究多集中于結構參數（如肩帶方向、肩帶寬度、下圍寬度等）的優化設計，與面料參數相關的研究較少。從面料的角度來看，運動文胸通常由彈性較好的材料制成[11]，在穿著運動文胸狀態下，乳房震動會造成面料拉伸，而面料內部產生的拉伸應力同時會導致乳房受到垂直方向的壓力，從而限制了乳房運動。本文通過改變面料中的氨綸含量來控制面料的拉伸性能，利用YG026D型多功能電子織物強力機測量面料的彈性模量，進而研究面料拉伸性能對運動文胸防震功能的影響，為運動文胸面料優化設計提供參考。

研究表明，運動方式的不同也會影響乳房運動幅度，對運動文胸防震功能的要求也不同。研究中出現較多的是不同速度下的步行、跑步等運動方式[5，12，13]，結論并不適用于其他具有不同特征、不同強度的運動方式。頻率為2 Hz的跳繩運動是一項強度適宜的健身運動，對于減肥和促進身心健康都有積極作用，在女性健身人群中應用較為廣泛[14]。跳繩過程中包含大量的跳躍動作。Risius等人提出，跳躍動作會給人體帶來更大的地面反作用力，運動過程中乳房位移相對較大，需要更大的乳房外部支撐[15]。

1? ? 試驗方法

1.1? ? 試驗文胸

1.1.1? ? 面料測試

試驗選用YG026D型多功能電子織物強力機。根據調研結果，錦氨混紡面料常用于制作運動服裝，彈性較好，有優良的束塑性，其中，氨綸含量的不同對于面料的彈性性能有較大影響[16]。因此，試驗選取兩款氨綸成分比例以10%遞增（即20%、30%）的錦氨混紡針織面料作為主要面料制作運動文胸樣衣，面料均為緯平針結構，具體面料參數見表1。制作樣衣前，分別對兩款面料進行拉伸測試，以此來探究試驗面料的拉伸性能。

選用彈性模量作為拉伸性能的表征指標。彈性模量是衡量材料產生彈性變形難易程度的指標，其值越大，使材料發生一定彈性變形的應力也越大。前人研究中多選用彈性回復率等指標來表征面料彈性性能[17，18]，但根據定義，彈性回復率是指面料發生彈性形變后一段時間內長度恢復的百分比[19，20]。顯然，在運動過程中對運動文胸穿著受力分析時，將彈性模量作為表征指標更合理。

若從力學角度分析彈性模量對防震功能的影響，首先分析織物伸長與人體所受壓力間的關系，壓力P用式（1）計算：

P=T/R+T/R （1）[21]

其中T，T、和R、R分別為水平、垂直方向的拉伸力和曲率半徑。

對公式進行簡化，當織物緊貼皮膚時，面料對皮膚的壓力P等于面料伸長張力F與人體受壓部位皮膚表面的曲率半徑之比。即式（2）：

P=F/R （2）[21]

其中：P為面料對皮膚的壓力;F為面料伸長的張力;R為皮膚表面的曲率半徑。

面料彈性模量越大，則拉伸至相同長度時產生的張力越大。假設曲率半徑不變，面料張力越大，則乳房皮膚受到的壓力也越大，對運動時所產生位移的減小效果越好，也即防震效果越好。

將試驗面料熨燙平整，在面料的反面距布端1.5 m處裁剪出0.3 mx0.05 m的試驗面料樣品，其中試驗面料彈性模量有效測量面積為0.2 mx0.05 m，試驗面料試樣如圖1所示。2種試驗面料分別沿經向、緯向各裁剪3塊樣品，進行3次重復試驗。儀器校準后，進行參數設定，設定隔距長度為0.2 m，儀器拉伸速度為0.2 m/min，夾持距離為0.2 m，定點伸長為300%。將試驗樣品面料在預張力（1 N）下夾持于夾鉗中心，啟動試驗儀器，拉伸試樣至斷脫，得到試樣載荷-伸長曲線，對曲線進行平滑處理（低通濾波）后，利用python軟件對曲線進行擬合，并計算面料彈性模量。

彈性模量計算公式如下：

ε=F/d （3）

σ=I/I（4）

E=ε/σ （5）

其中，ε為拉伸應力，單位為N/m;F為載荷，單位為N;d為試樣有效寬度，單位為m;σ為應變即伸長率;l為拉伸長度，l0為原長，單位為m。由于一般針織面料人體舒適拉伸率為30%左右[21]，以伸長率為30%時的模量記為彈性模量，以表征面料的彈性性能，計算結果取3次試驗的平均值（需去除異常值），按 GB/T 8170 修約到小數點后一位，如表2所示。

由表可知，面料經向彈性模量由大到小依次為：面料2 > 面料1，緯向為：面料1 >面料2。結果顯示，面料的經向彈性模量隨氨綸含量的增加而減小，緯向則相反，這與吳濟宏等人的研究結果是相符合的[22]。吳濟宏等人研究發現面料在某一方向上的彈性較好，那么另一方向彈性將會相對較差。在后續的樣衣款式設計時，盡量使與乳房接觸部分文胸面料絲縷方向整體一致。

1.1.2? ? 樣衣制作

制作兩件相同款式的承托式運動文胸，采用全罩杯設計，尺碼為均碼，為增加試驗文胸的尺寸可調節性，后背采用U型帶背扣和具有彈性的寬肩帶，增加了鉤扣以便于調節肩帶長度，底圍內嵌松緊帶。由于面料本身具有較好的彈性，松緊帶長度短于下圍長度3 cm，同時設置3排背扣以調節底圍圍度?？钍綀D、樣版圖如圖2、3所示。為增強運動文胸透氣性同時減少穿著過程中的變形，在雞心及側比部位采用雙層設計，里層為透氣性較好同時具有定型作用的網紗面料。為更加貼合人體曲線，杯面則采用分割的方式。

1.2? ? 試驗對象

參與試驗的研究對象均為未婚未育并且無乳房病史及手術史的健康青年女性，共計8位。在試驗開始前，記錄試驗對象的年齡、身高、體重、運動頻率等基本信息，并簽署被試知情同意書。

8名試驗對象的乳房尺寸中的上胸圍為81±4.41 cm，下胸圍為70 ±2.78 cm，裸胸胸圍為82.38 ±3.46 cm，罩杯在A～C之間。根據國家規定的文胸號型計算方法，A罩杯為胸圍減去下胸圍數值在10～12 cm之間，B罩杯為胸圍減去下胸圍數值在12～14 cm之間，C罩杯為胸圍減去下胸圍數值在14～16 cm之間，D罩杯為胸圍減去下胸圍數值在16～18 cm之間?？梢缘贸?名試驗對象中A罩杯有4位，B罩杯有2位，C罩杯有2位，試驗對象詳細數據見表3。

1.3? ? 試驗儀器

試驗使用由4個攝像頭組成的三維人體運動捕捉系統（青瞳，中國）采集運動過程中粘貼在人體上的反光標記點，如圖4所示。通過在試驗對象身上關鍵部位粘貼標記點，建立乳房局部坐標系，并使用三維人體動作捕捉系統采集運動過程中反光標記點的坐標數據。試驗選取的運動形式為2 Hz跳繩，為了避免跳繩過程中繩索遮擋反光點，采用無繩跳繩（xukoo，有/無繩兩用跳繩）進行試驗。

1.4? ? 標記點的選擇

試驗過程中，共需在試驗對象上半身粘貼 5 個反光標記點（圖5），依次為：胸骨角上切跡（ M1 ）、兩側乳頭點（ M2、M3 ） 以及左（右）側第10根肋骨下緣與乳點對齊處（ M4、M5 ）。

以M1、M4、M5為參考點建立軀干坐標系，M2、M3分別代表左、右乳房。將實驗室坐標系下的各標記點原始坐標轉換為軀干坐標系下的坐標，并計算相對位移。由于跳繩過程中，軀干主要做豎直運動，因此本研究只考慮乳房在豎直方向上的位移。以M2、M3在豎直方向上的振幅代表乳房在運動過程中的豎直位移。

1.5? ? 試驗步驟

為了避免穿著順序的一致性對試驗結果產生影響，試驗樣衣穿著順序通過隨機表確定。

正式試驗前，試驗對象穿上試驗文胸，由試驗人員根據專業的文胸合體性評價標準[23]檢查肩帶、罩杯等部位是否合體。若不合體，首先判斷不合體部位是否可以進行調整，若不可以調整，則該試驗對象不能參與試驗;如若可以調整，則對該部位進行調整直到達到專業合體性標準為止，如不能調整到合體性標準，則該試驗對象不能參加試驗[24]。

經過篩選后合格的試驗對象在試驗人員的引導下進行熱身運動，練習雙腳跳繩動作，控制離地高度，適應節拍器節奏，練習使用節拍器控制跳繩速度。

熱身后，使用膠帶將反光標記點粘貼在指定部位（皮膚上的標記點使用抗過敏醫用膠帶（可孚，中國），樣衣上的標記點使用高粘油性雙面膠帶（博冠，中國））。隨后開始正式試驗，以2Hz的頻率開始跳繩，為確保試驗對象達到穩定狀態，在10 s后開始采集數據，過程持續10 s，采集結束10 s后停止運動。每次試驗后，試驗對象有至少10 min的休息時間，以避免運動疲勞對后續試驗產生影響。同時，試驗對象在每次運動后，在試驗人員引導下，根據主觀不舒適性等級評價標尺，進行評價（表4）。

2? ? 結果與分析

8名試驗對象在穿著樣衣1和2進行2 Hz跳繩運動時，乳房豎直位移平均值分別為15.8 mm和16.7mm，大小順序為樣衣1 > 樣衣2。對兩組位移進行Shapiro-wilk正態性檢驗，發現穿著兩件樣衣進行跳繩運動時產生的乳房位移并不符合正態分布，P值均為0.001，檢驗統計量分別為0.670和0.673。因此，采用非參數檢驗（Wilcoxon's 符號秩檢驗結果）的方式分析面料彈性模量對運動文胸防震功能的影響，發現兩組位移之間存在顯著性差異（P=0.012 < 0.05）。與此同時，8名試驗對象乳房晃動引起的主觀不舒適評分平均值分別為1.17和1.00，大小順序為樣衣1 > 樣衣2，這與乳房豎直位移趨勢完全一致。

分析可知，位移的大小趨勢與彈性模量恰好相反，即彈性模量越大，運動文胸防震功能越好。穿著兩件樣衣時，乳房豎直位移間有顯著性差異，漸進顯著性（雙尾）P值為0.012，統計量Z=-2.521。即相比面料氨綸含量為30%的樣衣1，穿著面料氨綸含量為20%的樣衣2時，乳房位移有顯著下降，即防震功能有了顯著提升。除此之外，樣衣2在減少運動中乳房豎直位移的同時，由乳房晃動引起的不舒適也有所緩解，主客觀評價能夠保持一致性。因此，在選擇運動文胸所用面料時，可以在保證壓力舒適性的基礎上，盡可能增加其彈性模量，以提升其防震功能，緩解運動過程中乳房晃動引起的不舒適。

3? ? 研究展望

未來關于面料對運動文胸防震功能影響的研究可以從以下幾個方面開展：

（1）僅改變單一部位（如罩杯部位）面料參數，并考慮采用面料分區設計，更加符合實際應用;

（2）應增加氨綸/彈性模量梯度范圍，進一步驗證彈性模量與乳房豎直位移間的數量關系;

（3）采集大胸圍女性受試者運動中的位移數據，豐富樣本胸圍尺寸覆蓋率;

（4）測量實際穿著過程中的面料伸長，驗證將伸長率30%時彈性模量作為拉伸性能的指標是否合理?？梢栽谖磥淼难芯恐锌紤]測量實際穿著過程中的面料伸長，具體可以采用以下兩種方式：

①動捕法。以乳房下半部分為例，在BP點、BP點正下方乳根點及兩點連線的中間點處粘貼標記點，采用動捕設備捕捉3點在運動過程中的三維位移，記錄運動過程中相鄰兩點之間長度之和的變化，以得到面料的拉伸長度。

②未拉線法。將一種伸長不可逆的紡絲粘貼在標記點（同方法1）間的最短連線上，測量運動前后紡絲的長度變化，即為面料在運動過程中的最大拉伸長度。

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Effect of Elastic Modulus of Fabrics on the Shockproof Function of Sports Bras

SHENG Xin-yang CHEN Xiao-na

（1.School of Textiles and Fashion，Shanghai University of Engineering Science，Shanghai 201620，China;

2.Key Laboratory of Clothing Design & Technology，Donghua University，Ministry of Education，Shanghai 200051， China）? ? ? ? ? ? ?Abstract： This paper studies the effect of fabric stretching elasticity on the shockproof function of sports bras so as to improve the shockproof function of sports bras from the perspective of fabrics.Two types of nylon and spandex blended fabrics with 30% and 20% spandex content respectively were selected for the study.The YG026D multifunctional electronic fabric strength machine was used to measure the elastic modulus of the two fabrics which were made into two exactly same sample bras.A three-dimensional motion capture system was used to collect the breast dynamic displacement of eight subjects wearing the bras while rope skipping at a frequency of 2 Hz.The results show that the dynamic displacement of the breast is smaller when the elastic modulus of the fabric is higher，suggesting a better shockproof function.Meanwhile，the subjective dynamic discomfort of the breast is less.

Key words： sports bras;fabric elasticity;elastic modulus;breast displacement;rope skipping