織物手感影響因素及評估方法的研究進展

文｜王一萌

織物的手感指織物表面紋理與人體肌膚相互作用時產(chǎn)生的感覺，最初被稱為織物的質(zhì)量。織物手感是人通過觸覺、視覺和聽覺對織物表面紋理進行綜合感受產(chǎn)生，是織物表面特征的重要組成部分。觸覺紋理的研究是本文的主要部分，除了主觀人手觸覺外，它與織物本身結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。織物手感和表面特征已成為影響消費者購買決策的重要因素。因此，近年來品牌和研究人員加強了對織物的手感評估，以提高產(chǎn)品競爭力和功能性。

本文從人體對織物手感的產(chǎn)生過程入手，分析了纖維與紗線、織物結(jié)構(gòu)和表面整理對織物手感的影響，并回顧了織物表面摩擦性能評估方法的發(fā)展過程，對未來紡織表面摩擦性能評估領(lǐng)域的發(fā)展方向進行了展望。

1 織物表面的人體觸覺感知

人體對織物粗糙度和紋理的感知相對復雜，包括生理學和神經(jīng)科學。CHEN等將觸感分為 3 個步驟，具體如圖1所示：（1）手指在樣品表面滑動，在皮膚層中產(chǎn)生接觸變形和振動，皮膚中的感覺受體將其編碼為動作電位；（2）包含織物表面紋理信息的動作電位通過神經(jīng)纖維傳輸?shù)酱竽X的體感皮層；（3）產(chǎn)生對接觸材料表面結(jié)構(gòu)的認知。

圖1 觸覺感知過程

關(guān)于織物的觸覺特性，GRIGORII等發(fā)現(xiàn)織物紋理由精細紋理和粗糙紋理組成，這后來被稱為觸覺紋理感知的雙重理論。首先，精細紋理與振動有關(guān)。BOCHEREAU等發(fā)現(xiàn)，當材料表面的顆粒小于100 μm時，沒有相對運動的受試者對表面粗糙度的分辨率會降低。其次，粗糙紋理與周期性關(guān)系更密切，不依賴于動態(tài)感知。WIERTLEWSKI等進一步證實，對精細紋理和粗糙紋理的感知由不同神經(jīng)機制介導，兩者之間沒有相關(guān)性。

2 織物手感影響因素研究

織物的精細紋理主要與纖維和紗線有關(guān)，粗糙紋理則主要與織物結(jié)構(gòu)有關(guān)。以下將分析纖維與紗線、織物結(jié)構(gòu)和整理工藝對手感的影響。

2.1 纖維與紗線

纖維和紗線材料表面的毛羽影響人體對紡織品的粗糙度感知。MOORTHY等測量了不同纖維制成的織物的摩擦系數(shù)，發(fā)現(xiàn)短纖維織物的摩擦系數(shù)高于長絲織物，因為短纖維會導致更多的毛羽，從而影響表面粗糙度。對紗線來說，KILIC等通過測試不同種類纖維制成的單面和多層針織物發(fā)現(xiàn)，紗線的直徑和形狀等結(jié)構(gòu)特征會影響織物的表面粗糙度。ATALIE等發(fā)現(xiàn)，高捻度紗線消除了部分毛羽的影響而使表面更加緊密光滑。

許多研究忽略了纖維和紗線對織物結(jié)構(gòu)的變化而導致對織物表面性能的改變。例如，對于織物表面摩擦與接觸面積呈正相關(guān)的機理分析，TANG等認為接觸面積增加是由于纖維和紗線細度的增加，MOORTHY等則強調(diào)織物結(jié)構(gòu)的緊密性影響織物的接觸面積。因此，弄清不同階段對最終產(chǎn)品表面摩擦特性的影響非常重要。

2.2 織物結(jié)構(gòu)

織物結(jié)構(gòu)的變化主要通過改變編織結(jié)構(gòu)和織物線密度來實現(xiàn)，目前織物結(jié)構(gòu)對織物表面手感的定性影響仍相對模糊。KIM等發(fā)現(xiàn)更緊密的織物結(jié)構(gòu)手感更硬；HU等發(fā)現(xiàn)單位面積內(nèi)紗線交叉數(shù)量的增加將增加摩擦過程中的阻力點和起伏而給人更明顯的紋理感；對于非織造布這種結(jié)構(gòu)取向隨機的紡織材料，F(xiàn)ONTAINE等證實纖維取向與表面摩擦的變化密切相關(guān)，與前文對纖維的分析結(jié)論相似。

如今，織物結(jié)構(gòu)從簡單的2D平面發(fā)展到3D立體，紡織產(chǎn)品也開始采用多種織物結(jié)構(gòu)復合的模式以獲得更豐富的功能，仍需要新的解決方案來測試和表征新興織物結(jié)構(gòu)及產(chǎn)品的表面紋理。

2.3 整理工藝

織物整理是通過物理或化學方法改變織物表面特性以達到某種功能的過程。通過機械整理或化學品整理主要改變紗線表面和織物結(jié)構(gòu)，其分析方式與前文相同；而涂層整理由于覆蓋了紗線或織物的表面形態(tài)，對織物表面特性變化影響更明顯。LI等發(fā)現(xiàn)涂層精加工有助于降低織物表面粗糙度和織物本身的紋理感；ZHENG等則發(fā)現(xiàn)摩擦產(chǎn)生的涂層磨損會增加織物表面粗糙度和摩擦系數(shù)。因此對于涂層織物來說，耐摩擦牢度是考察織物表面摩擦性能必須要考慮的問題。

常見的家庭護理方式如水洗、干洗和熨燙等對織物手感的影響是服裝和紡織品品牌關(guān)注的重點，因為消費者的使用體驗直接影響他們是否會再次購買。RATHINAMOORTHY等通過對平紋棉織物進行定期柔軟劑漂洗處理發(fā)現(xiàn)，柔軟劑在織物表面形成疏水涂層而降低了織物的表面粗糙度，這些特性的變化將影響織物的表面特性，進而影響手感和穿著舒適性。

3 織物表面評估方法

織物表面評估能夠?qū)⒖椢锉砻嫣匦苑诸惡土炕兄诜b品牌和研究者分析織物手感并提供解決方案。本節(jié)將回顧織物表面評估研究的發(fā)展歷程，并展望虛擬渲染織物觸覺的發(fā)展方向。

3.1 主觀評估方法

在對紡織品手感的影響因素進行研究之前，早期對織物質(zhì)地和觸感的分類主要是通過消費者、紡織品生產(chǎn)商和紡織研究人員觀察和觸摸織物來實現(xiàn)。主觀評價能更直接反映人對織物質(zhì)感的感知，但結(jié)果不夠準確：首先，研究發(fā)現(xiàn)評估結(jié)果存在國家差異，這可能與不同國家對于服裝面料的不同加工偏好有關(guān)；其次，人的皮膚狀況和情緒變化也會影響結(jié)果；最后，主觀評估結(jié)果很難使用具體的數(shù)字而通常用等級和詞匯來表示。隨著紡織產(chǎn)品制造工藝的發(fā)展，評估中考慮因素的增加使主觀評價方法更難滿足當前要求。因此，從20世紀20年代初開始，使用客觀表征和測量方法來定性和定量地測試紡織品手感特性已成為紡織行業(yè)研究人員的主要目標。

3.2 客觀評估方法

1955年至今，已經(jīng)開發(fā)了三大類織物手感測試儀：織物固定式、測試裝置固定式和非接觸式。第一類測試儀可防止在測試中因織物卷曲和滑動對結(jié)果產(chǎn)生的影響。法國奧爾良大學設(shè)計了一種織物手感測試裝置，織物和標準物分別固定在上表面和下表面，固定標準物的檢測裝置在設(shè)置參數(shù)下通過移動來測量織物在不同條件下的手感。但由于織物表面相對不均勻，固定織物容易忽略織物其他部分的特性變化，且織物的拉伸變形也可能影響實驗結(jié)果。

實際上，更多研究人員選擇開發(fā)第二類測試儀，其通過在測試中移動織物盡可能減少織物變化。1972年，川端等開發(fā)了一套男士西服客觀手部評估系統(tǒng)（KES-F），旨在測量紡織品摩擦系數(shù)和表面粗糙度。然而，KES的評定標準基于專家評估結(jié)果，沒有改變主觀評估事實。1990年，聯(lián)邦科學與工業(yè)研究組織（CSIRO）開發(fā)了織物簡單測試儀（FAST）以快速測量織物觸感。FAST與織物表面性能相關(guān)的唯一參考內(nèi)容是提升織物時所施加力的變化圖，對織物表面性能測試系統(tǒng)的研究及評價仍有限。

2012年，英國利茲大學的毛寧濤教授開發(fā)出織物手感評估系統(tǒng)（LUFHES），旨在解決現(xiàn)有織物觸感評估的局限性。LUFHES使用探針在織物表面滑動，通過織物的不同變形試驗收集剛度、柔軟度等織物風格屬性。與前兩種系統(tǒng)相比，LUFHES避免了主觀因素影響且考慮到了不同形變下織物的表面特性，但仍受限于實驗室科研階段。

2014年，SDL Atlas公司和香港理工大學合作開發(fā)了織物觸感測試儀（FTT）。FTT通過測量織物的壓縮、彎曲、表面摩擦、表面粗糙和熱學性能等要素，生成13種織物性能指標，并通過統(tǒng)計模型計算以柔軟度、平滑度和溫暖度為結(jié)果輸出。研究表明，F(xiàn)TT可有效對織物進行測量和鑒別，并已成為商業(yè)產(chǎn)品投入紡織品檢驗檢測應用。

此外，還有一些研究人員用非接觸測量方法消除接觸過程中的相互作用對織物表面的影響。1993年，RAMGURAM等首次開發(fā)了一種通過激光傳感器測試織物表面紋理的儀器。1999年，BUENO等通過添加信號處理系統(tǒng)更直觀地顯示出光學儀器的測試結(jié)果。研究表示非接觸式測量更準確，尤其是在測試織物各向異性方面，但一些人認為接觸法更接近指尖感受，更適合測量織物手感和舒適度。

織物與人體接觸過程中振動產(chǎn)生的聲波也可以用作一類分析方法，其有別于接觸和非接觸分析方法。YANG等通過對人體與織物接觸摩擦時聲波的傅里葉頻譜進行Haar特征識別，分析了不同織物材料特征值，實現(xiàn)了通過摩擦聲波分析織物材料和結(jié)構(gòu)的目的。但事實上，也有一些學者質(zhì)疑使用聲波分析織物摩擦和振動的準確性和科學性。

3.3 虛擬觸覺渲染

隨著數(shù)字設(shè)計興起和虛擬技術(shù)的發(fā)展，創(chuàng)建逼真的虛擬織物成為評估織物手感的主要發(fā)展方向之一。因此，研究者建立了VisTex和ImageNet等紋理數(shù)據(jù)庫，以存儲和管理不同材料織物的表面紋理數(shù)據(jù)。然而，數(shù)據(jù)庫的保密性使其無法滿足全球生產(chǎn)的需求。同時，如何避免氣候和儀器差異導致的誤差仍需探討。

基于織物摩擦振動測量的數(shù)據(jù)，JIAO等開發(fā)并應用了表面觸覺顯示器。該儀器通過超聲波振動和靜電振動兩種方式人工調(diào)節(jié)手指和表面之間的摩擦產(chǎn)生觸感。對于超聲波振動方法，物理超聲振動向接觸的人體皮膚發(fā)送振動信號，人體觸覺神經(jīng)系統(tǒng)捕捉這種信號并產(chǎn)生觸覺；對于靜電振動模式，當手指在靜電屏上滑動時，施加到引導體的電壓將在手指和靜電屏之間產(chǎn)生靜電力，通過調(diào)整施加的信號，可以獲得不同觸感。然而，即使發(fā)出的信號相同，人體主觀感受仍因人而異。

4 總結(jié)

紡織品表面紋理和手感作為織物表面的重要評價指標被廣泛關(guān)注。本文通過將織物紋理劃分為精細紋理和粗糙紋理，概述了在測量織物紋理時，織物的纖維、紗線、結(jié)構(gòu)和整理工藝等對織物表面紋理和手感的影響。研究得出，纖維和紗線的毛羽會改變織物表面粗糙度，但目前織物結(jié)構(gòu)改變對于表面紋理和手感的定量研究仍不明確。織物手感評估和測試正在從主觀向客觀轉(zhuǎn)變和發(fā)展，雖然目前的研究還沒有對此闡明許多關(guān)系，但織物表面特性的量化和模擬在提高織物質(zhì)量和數(shù)據(jù)開發(fā)方面仍有很大潛力。