織物風格與熱濕舒適性綜合評價系統設計

摘 要：為綜合評價織物的風格和熱濕舒適性，根據CHES-FY紡織品手感風格評價儀的測試原理，設計并開發了織物風格與熱濕舒適性綜合評價系統。該系統由收聲裝置、電子數碼顯微鏡、圖像攝取裝置等機械裝置、傳感器和控制系統組成，綜合了視覺、觸覺和聽覺等感官信息，可對織物進行多感官風格評價與熱濕舒適性評價。選擇了5塊具有明顯差異的面料，在Datacolor 850臺式分光光度儀、YG461G型全自動透氣量儀、YG606E型紡織品熱阻測試儀、YG601H電腦型面料透濕儀、KES-F7 ⅡB接觸冷暖感試驗儀上進行了織物風格和熱濕舒適性的測試，并在織物風格與熱濕舒適性綜合評價系統上進行了試驗。結果表明：織物風格與熱濕舒適性綜合評價系統可以測試紡織品的視覺、觸覺和聽覺風格，能夠得到紡織品的結構特征，可以對不同面料之間的多項熱濕指標進行測試與對比評價。該系統提供了多種組合信息，為相關領域的研究提供一種新的測試手段。

關鍵詞：織物風格；熱濕舒適性；綜合評價系統；多感官風格評價

中圖分類號：TS103 文獻標志碼：A 文章編號：1009-265X（2024）04-0068-08

織物風格是織物本身固有的物理機械性能和幾何形態對人體感官的綜合影響；廣義上可分為觸覺風格、視覺風格、聽覺風格，狹義上特指觸覺風格，即手感。1926年Binns［1-2］首次提出織物風格的研究問題。1930年Peirce［3］采用懸臂梁法測得試樣的彎曲長度和彎曲剛度，以此表示織物的風格。織物風格客觀評價系統應用廣泛的主要為KES［4-5］和FAST［6-7］織物風格儀，雖然他們測量準確，但是所需儀器多，占空間大，價格昂貴。隨著織物風格儀的不斷發展，出現了單臺單測多指標式風格儀，即在一臺儀器上經過一次測量，可以得到反映織物風格多個指標的儀器，典型的如PhabrOmeter織物手感評價系統［8-9］和CHES-FY紡織品手感風格評價儀［10-12］。但目前存在的風格儀適用范圍還不夠廣泛，只是考慮了織物的觸覺風格，都具有一定的局限性。

織物的熱濕舒適性是指織物在人體與環境間熱濕傳遞上維持人體體溫與膚感穩定和調節微環境溫度和濕度適宜的性能［13］。著裝后人體是否感到舒適，與服裝面料的物理性能有關，也與人們的活動方式、環境條件以及人們的生理、心理因素有關。織物的熱濕舒適性是服裝穿著舒適性中最基本、最核心的部分［14］，客觀評價方法可以分為基礎物理學評價法和暖體假人評價法［15］，最早被提出的客觀評價指標用以表征織物保暖性能的“克羅值”［16］，后續也有研究者逐漸以熱阻、導熱系數、保暖率、透氣率等客觀表征紡織品的熱舒適性；而濕舒適性則常采用透濕率、芯吸高度、透濕指數、蒸發速率等指標進行客觀評價。織物的熱濕舒適性需要通過多臺儀器測得的多項指標來評價，測試時間長且步驟繁瑣，熱舒適性指標和濕舒適性指標往往無法在同臺儀器上獲得。

針對當前研究和測試現狀，本文提出一種可以測得織物風格和熱濕舒適性能的綜合評價系統。該系統由機械裝置、傳感器和控制系統組成，不僅可以測試織物的觸覺風格、視覺風格和聽覺風格，還可以測得織物熱濕舒適性的多項指標。

1 測試系統的構成

基于CHES-FY風格儀三點梁彎曲原理［17-19］，本文設計并開發了織物風格與熱濕舒適性綜合評價系統，如圖1所示。該系統主要由收聲裝置、電子數碼顯微鏡、圖像攝取裝置、氣相色譜儀（帶液相轉換針）、可升降觸摸頭、圓柱形底座等組成。

裝置正上方的電動伸縮桿可實現上下移動與旋轉運動，速度可調，旋轉速度范圍可設置為100～2000 r/min范圍內恒速轉動。收聲裝置采集摩擦紡織品時的聲音，獲得振動信號；電子數碼顯微鏡用于測試紡織品表面的組織結構；圖像攝取裝置用于拍攝紡織品的色彩和懸垂形態，拍攝經接觸頭往復力學作用前、作用時以及作用后和熱濕作用前、作用時以及作用后的紡織品試樣的圖像，對比分析紡織品表面及其整體形態的變化，判斷顏色變化。橡膠塞設計的目的是把裝置內氣體收集起來用于氣相色譜儀（配置液相轉換針）測試；小型靜音風扇吸走摩擦時產生的毛羽灰塵，并保持裝置內空氣穩定。

裝置內部為圓柱形底座，如圖2（a）所示，底座內放有加熱管和傳感器，通過外部施加條件，通過中心圓孔可實現對面料的加熱與加濕。圓柱形底座內是一個放有加熱管的水槽，通過加熱管可以改變水槽內液體溫度，從而達到改變紡織品表面溫濕度的效果。此部分的硬件設備包括加熱管、PT100溫度傳感器、固態繼電器、PID控制模塊、溫濕度記錄儀和帶保險絲的電源， 溫度控制系統的原理見圖2（b）。選用XMT系列數字顯示調節儀對溫度進行控制，可實現-200～1800 ℃范圍內某一段的溫度測量和自動控制。PID輸出電流控制時，比例帶P≈4%，積分時間I≈210 s，微分時間D≈30 s，綠燈亮則表示有電流輸出。

通過PT100傳感器實時測量底座內液體溫度變化，并使用溫度控制器將液體溫度控制在35 ℃，溫濕度記錄儀測量面料兩側溫濕度的變化，溫濕度記錄儀記錄間隔為2 s。

2 試驗樣品

選取差距較為明顯的5塊面料進行測試，其規格參數如表1所示。借助照布鏡觀察面料的組織結構，測量經向和緯向密度，通過電子天平測得每平方米面料的質量，通過YG141測厚儀測量的面料厚度。將試樣放在溫度（20±2） ℃、濕度（65±4）% RH的標準條件下平衡24 h，所有試驗均在上述標準條件下進行。

3 結果與分析

3.1 風格測試結果與分析

織物風格與熱濕舒適性綜合評價系統中，關于織物風格測試部分的設計中需要考慮的一點是，如何使觸摸頭摩擦織物時采集得到的聲信號與用人手摩擦織物時采集的聲信號相同，因此進行了不同接觸頭以及不同轉速下聲音振動信號的

測試分析。在同一環境下，對同一塊面料上得到的樣品，進行4個速度值和6種摩擦方式進行摩擦。速度分別選擇100、200、300、600 r/min，選擇底邊直徑分別為8 mm和12 mm的圓柱體接觸頭、指尖觸摸和指肚觸摸面料的硅膠手指以及厚度分別為1 mm和2 mm的聚四氟乙烯葉片進行測試，得到聲信號并進行頻譜分析，4種速度值下6種摩擦方式聲信號頻譜圖如圖3所示。

由圖3可以看出，指尖摩擦的聲信號較穩定，葉片摩擦的聲信號較大；600 r/min的振幅值最大，因為轉速越快，和空氣摩擦越大且儀器的噪聲也相對較大。為確定人手觸摸織物時得到的聲信號頻譜圖，選取16塊不同的織物進行了測試，如圖4所示，可以看出，織物摩擦聲信號頻譜圖具有相同的趨勢，存在2個峰值，第1個峰值的頻率在2000 Hz左右，第2個峰值的頻率在7500左右，且第1個峰值振幅高于第2個峰值振幅。因此，這6種摩擦方式中，指尖摩擦結果最好；4個速度值中，100 r/min的效果更接近人手結果。

通過調節數碼顯微鏡放大倍數與測試距離，可以得到5塊面料的兩種表面結構圖5。前者為低倍數下面料的表觀組織結構，后者為近距離、高倍數下更為準確的組織結構特征以及經緯密度組成。

為了更客觀更準確地測量和評價顏色的差別，國際照明委員會CIE在1976 年提出了均勻顏色空間。由于三刺激值視覺上不均勻，因此要進行非線性轉換，得到相應的色坐標，這樣顏色就可以用L、

a、b來表示。L是明度，表示物體表面的明亮程度，L值越接近0，表示顏色越暗，L值越接近100，表示顏色越亮。a、b值是色度坐標值，a表示紅綠色調，a值為正表示顏色偏紅，a值為負表示顏色偏綠。b為黃藍色調，b值為正則顏色偏黃，b值為負則顏色偏藍。對織物風格與熱濕舒適性綜合評價系統所拍攝的面料表面顏色進行讀取，結果見表2。ΔL、Δa、Δb值為該系統測試值與測色配色儀測試結果差值；ΔE是色差，為ΔL、Δa、Δb值平方和的平方根。

ΔL值均為正，說明測試結果均大于測色配色儀測試結果，織物風格與熱濕舒適性綜合評價系統測試顏色偏亮；Δa值均為負值，說明該評價系統測試顏色偏綠； b值均為正值，且Δb均為負值，說明測試顏色偏黃。ΔE均小于4，說明二者測試結果有差異但可以接受。測試時，是在恒溫恒濕室中進行，未對光源進行限定。但總體來看，仍能較清楚地分析出各顏色差別，可較好地進行顏色對比。

3.2 熱濕測試結果與分析

人體產生的汗水和熱量經由服裝傳遞到外界環境中，主要通過面料的熱傳遞、面料的透濕作用、面料的吸濕放濕和吸水放濕作用。結合面料熱濕傳遞機理，通過YG461G型全自動透氣量儀、YG606E型

紡織品熱阻測試儀、YG601H電腦型面料透濕儀、CADiTer 600滴液靜動態浸潤性與溶蝕性測量裝置和KES-F7 ⅡB接觸冷暖感試驗儀等標準儀器測試得到面料的基礎熱濕性能，即透氣率、導熱系數、透濕量和接觸角，以及最大瞬態熱流量Qmax，結果見表3。

基于織物風格與熱濕舒適性綜合評價系統面料熱濕測試，旨在評價各面料的熱濕舒適性。從剛放上面料時開始，實時采集面料兩側的熱濕值。面料表面初始溫度越高，說明該面料的瞬時暖感越強；待面料表面的溫濕度穩定后，觀察溫濕度上升過程的速度變化與穩定值。面料均在同一環境溫度下平衡24 h，測試穩定后面料內外側的溫濕度。在本實驗中，剛開始測試時面料的表面溫度越高，穩定后面料兩側溫度差值越大，兩側濕度差值越小，會使人穿著時感覺更加溫暖、舒適。

由表4的初始溫度可以看出，5塊面料表面在初始接觸時瞬時暖感Y2gt;Y3=Y4gt;Y5gt;Y1，而由KES-F7 ⅡB接觸冷暖感試驗儀測得Qmax值越大，表示皮膚瞬態熱流量比較大，即通過面料人體瞬間散失的熱量就比較多，冷感就會越強。織物風格與熱濕舒適性綜合評價系統測得結果與KES-F7測得結果有較好的一致性，與熱阻測試中的導熱系數大小比較結果較為一致。

為研究這5塊面料的導熱導濕速率，再對溫濕度變化曲線進行分析，如圖6所示。根據圖6，透濕性能從大到小地排列為Y4、Y2、Y3、Y5、Y1，濕度變化大體上呈上升趨勢，Y2的濕度變化迅速、明顯；而濕度在溫度變化中，初始階段上升，Y2、Y4、Y5、Y1、Y3溫度上升后要么達到一個穩定值，要么下降然后穩定或繼續上升。將織物風格與熱濕綜合評價系統的熱濕測試結果與基礎熱濕舒適性的測試結果對比，二者對于5塊面料的透濕大小比較結果較為一致。

4 結 論

織物風格與熱濕評價是織物品質評價的兩個重要方面，需要綜合考慮。為了提高織物品質，滿足消費者需求，建立了科學、合理、有效的織物風格與熱濕舒適性綜合評價系統。選擇5塊差異較為明顯的面料進行測試，結果顯示，織物風格與熱濕舒適性綜合評價系統不僅可以測試紡織品的多感覺風格，還可以得到紡織品的結構特征；可以對不同面料之間的多項熱濕舒適性指標進行測試與對比評價，與標準熱濕舒適性測試儀器的測試結果對比發現能較好地反映面料間的差異性。

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Development of fabric style and thermal-moisture comprehensive evaluation system

TIAN Yuan1， DU Zhaoqun1， ZHENG Dongming2， ZOU Haochen2

Abstract： People have five senses， namely vision， touch， hearing， smell and taste. In real life， when consumers choose clothing， the senses that express the fabric style are mainly visual， tactile and auditory senses， which is a process of multi-sensory integration. However， the evaluation of fabric style is mostly tactile style， that is， hand feeling. The thermal-moisture comfort of fabrics depends on the permeability， hygroscopicity and thermal conductivity of the fabric. Fabric style and thermal-moisture evaluation are two important aspects of fabric quality evaluation. When selecting fabrics， in addition to considering the style， people should pay attention to the characteristics related to thermal-moisture comfort such as air permeability and moisture absorption of fabrics， so as to ensure that fabrics suitable for specific environments and needs are obtained. The fabric style and thermal-moisture comfort affect each other and restrict each other， which need to be considered comprehensively.

To comprehensively evaluate the fabric style and thermal-moisture comfort， a comprehensive evaluation system of fabric style and thermal-moisture comfort was designed and developed based on the test principle of CHES-FY textile hand feeling evaluation instrument. Combining the multi-sensory style of the fabric and the combination of fabric style and thermal-moisture comfort evaluation， a comprehensive evaluation system of fabric style and thermal-moisture was developed to evaluate the fabric. Five fabrics with obvious differences were selected and tested on standard instruments such as Datacolor 850 desktop spectrophotometer， YG461G automatic air permeability meter， YG606E textile thermal resistance tester， YG601H computer fabric moisture permeability meter， and KES-F7 IIB contact cold and warm feeling tester， and compared with the test results of fabric style and thermal-moisture comprehensive evaluation system. The results show that the fabric style and thermal-moisture comprehensive evaluation system can not only test the multi-sensory style of textiles， but also combine the three senses of vision， touch and hearing， provide a variety of combination information， and enhance the usability of the instrument. The structural characteristics of textiles can also be obtained， and a number of thermal and moisture indexes between different fabrics can be simply tested and compared. Compared with the basic thermal and moisture comfort test results， it is found that the difference between fabrics can be well reflected， which provides a new idea for the design of fabric evaluation instruments.

Keywords： fabric style; thermal-moisture comfort; comprehensive evaluation system; multi-sensory style evaluation

收稿日期：2023-08-14 網絡出版日期：2023-10-19

基金項目：江西省市場監督管理局科技計劃項目（GSJK202221）；上海市科技創新行動計劃自然科學基金項目（22ZR1400500，20ZR1400200）；國家自然科學基金項目（52173218）；福州市科技計劃項目科技重大項目（2022-ZD-007）

作者簡介：田源（1996—），女，吉林遼源人，博士研究生，主要從事織物風格和負泊松比紗線方面的研究。

通信作者：杜趙群，E-mail： duzq@dhu.edu.cn