女性服裝壓力舒適閾限的測(cè)試與研究

王永榮， 羅勝利， 廖銀琳， 劉 宇

(1. 東華大學(xué) 服裝與藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院， 上海 200051； 2. 廣州纖維產(chǎn)品檢測(cè)研究院， 廣東 廣州 511447;3. 東華大學(xué) 現(xiàn)代服裝設(shè)計(jì)與技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 上海 200051)

服裝壓力是指人體穿著塑身衣、束褲、壓力襪等緊身衣褲[1]以后所受到的壓力。國外對(duì)服裝壓力舒適性研究已歷時(shí)近50年,文獻(xiàn)[2-3]指出舒適服裝壓力的范圍在1 960～3 920 Pa之間，當(dāng)服裝壓力超過此值時(shí)會(huì)令人感到不舒服，其程度因人和身體部位而異。Makabe等[4]通過對(duì)女性胸罩的研究得到肩帶3 200 Pa，胸下圍和側(cè)部1 470～2 130 Pa的舒適閾值；同時(shí)對(duì)女性調(diào)整型腹帶的壓力舒適性進(jìn)行研究得出，腹帶的舒適閾值為2 460 Pa[5]。 Nakahashi等[6]從人體自身的角度分析了影響服裝壓力大小的人體體型方面的因素，主要有身體曲率、人體的彈性模量、軟組織結(jié)構(gòu)、脂肪含量、運(yùn)動(dòng)幅度等。

此外，也有部分學(xué)者將重點(diǎn)放在了服裝壓力主觀評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)上，嘗試開發(fā)比較規(guī)范的心理量表或具有參考性的服裝舒適感覺預(yù)測(cè)模型[7-8]。如：周晴等[9]利用心理量表對(duì)不同號(hào)型、款式和彈性的運(yùn)動(dòng)內(nèi)衣進(jìn)行主觀壓感評(píng)價(jià)，討論了不同穿著感覺之間的關(guān)系；李俊等[10]開發(fā)了一種新的心理量表技術(shù)，通過因子分析提煉出3個(gè)感覺因子，分析感覺因子與整體舒適感覺之間的關(guān)系，應(yīng)用線性統(tǒng)計(jì)和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法建立服裝整體舒適感覺的預(yù)測(cè)模型。

在以往的服裝壓力客觀測(cè)試中，樣衣一般面料不同，型號(hào)分為S、M、L，即織物的拉伸性能和伸長率不同，數(shù)量在9～15件左右。每個(gè)測(cè)試部位能夠感受不同壓力的次數(shù)并不充分，不僅樣本量不夠充足，壓力的改變也是不連續(xù)的，無法追蹤被試者的感覺變化；因此通過這種方式測(cè)量得到的某個(gè)部位的舒適閾限不夠精確；而且，僅僅通過織物拉伸性能或者尺寸的變化來改變服裝對(duì)人體各部位產(chǎn)生的壓力，其差值不等距；因此這種測(cè)試方法有可能會(huì)錯(cuò)過比較精確的舒適閾限，因?yàn)闃右率┘釉谌梭w上的壓力值可能距離舒適閾限較遠(yuǎn)。

為解決上述問題，本文采用雙環(huán)扣調(diào)節(jié)束帶長度的方法來控制束帶包裹在人體上的尺寸，使其對(duì)各個(gè)測(cè)試部位造成的壓力小幅度穩(wěn)定變化。與過去的一些方法相比，本文方法擴(kuò)大了織物對(duì)人體造成的壓力變化范圍，同時(shí)又縮小了變化的精度，使得壓力舒適閾限的測(cè)試結(jié)果更加精細(xì)。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 測(cè)試受體

招募50位在校女性學(xué)生作為測(cè)試受體，年齡為(21±2) 歲,身高為(162±4) cm,體重為(53±5) kg。

1.2 服裝壓力測(cè)試系統(tǒng)

利用AMI3037-10型氣囊式接觸壓力測(cè)試儀(日本AMI TECHNO公司)，測(cè)試服裝壓力。壓力測(cè)量范圍為0～34 kPa，最大能承受70 kPa。

為在人體局部施加變化的服裝壓力，本文開發(fā)設(shè)計(jì)可調(diào)整型雙環(huán)扣束帶。束帶由滌綸絲和氨綸絲織造而成，寬度為10 cm，厚度為(1.2±0.1) mm，在定伸長為60%時(shí)，彈性回復(fù)率為96.1%。調(diào)整型束帶可通過拉伸或者放松控制服裝壓力連續(xù)且均勻的變化，操作方便，且可緩慢進(jìn)行。為防止被測(cè)部位因拉伸不到而使壓力變化不明顯，雙環(huán)扣的位置要在測(cè)試部位附近。當(dāng)測(cè)試部位的壓力達(dá)到需要的數(shù)值時(shí)，拉住束帶，控制其不發(fā)生滑移，使壓力盡量穩(wěn)定在某個(gè)特定的數(shù)值。壓力傳感器安置以及測(cè)量方法如圖1所示。

圖1 服裝壓力測(cè)試示意圖Fig.1 Schematic diagram of garment pressure measurement. (a) Pressure sensor; (b) Compressive belt

1.3 測(cè)試點(diǎn)

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)和問卷調(diào)查結(jié)果，選取如下身體部位進(jìn)行服裝壓力測(cè)試，如表1和圖2所示。

表1 測(cè)試部位說明Tab.1 Illustration of measurement sites

圖2 服裝壓力測(cè)試部位Fig.2 Pressure sensory part. (a) Anterior; (c) Lateral; (c) Posterior

1.4 測(cè)試方法與原理

根據(jù)心理物理學(xué)理論，采用極限-階梯法施加變化的服裝壓力，測(cè)量得到各部位的壓力舒適閾值，其測(cè)試序列如表2所示。其為某樣本在側(cè)腰部的測(cè)試記錄。

表2 舒適閾值實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表Tab.2 Pressure comfort threshold test data

注：+代表舒適；-代表不舒適。

對(duì)實(shí)驗(yàn)對(duì)象的某個(gè)測(cè)量點(diǎn)逐漸從小到大加壓，當(dāng)舒適度從舒適變?yōu)橛幸稽c(diǎn)不舒適時(shí)，再增加一點(diǎn)壓強(qiáng)，然后再將壓力從大到小逐漸減小，當(dāng)舒適度從不舒適變?yōu)槭孢m時(shí)，再減小一點(diǎn)壓強(qiáng)，又重新增大。這樣反復(fù)3次測(cè)試序列后，將每次在舒適與不舒適臨界點(diǎn)的服裝壓力值(1 650與1 880、1 590與1 390、1 160與1 340、1 060與700、1 280與1 440、1 330與1 110)分別相加求平均數(shù)，即為在該測(cè)量點(diǎn)的舒適閾限(δ)，為1 325 Pa。

1.5 測(cè)試流程

測(cè)試對(duì)象提前 30 min 進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，使其身心能夠適應(yīng)環(huán)境，減小生理指標(biāo)數(shù)據(jù)和客觀壓力測(cè)量的實(shí)驗(yàn)誤差。測(cè)試在飯后2 h進(jìn)行，保證被試者沒有飽腹感。測(cè)試在安靜的室內(nèi)進(jìn)行，室溫20 ℃，相對(duì)濕度為 60%。實(shí)驗(yàn)過程中， 嚴(yán)格要求測(cè)試對(duì)象減少不利于實(shí)驗(yàn)的動(dòng)作，例如不要深呼吸，不要抖腿、用力換腿，不要過度緊張興奮等。每位測(cè)試對(duì)象依次穿著束帶(調(diào)整壓力大小)進(jìn)行測(cè)量和評(píng)價(jià)。測(cè)試流程如下：1)打開壓力測(cè)試儀器，調(diào)整儀器到實(shí)驗(yàn)初始狀態(tài)；2)將9個(gè)測(cè)試點(diǎn)用記號(hào)筆在測(cè)試對(duì)象身上相對(duì)的具體位置做上“*”形記號(hào)；3)測(cè)試對(duì)象自然站立，戴上束帶，從束帶的尺寸與測(cè)試對(duì)象測(cè)試部位尺寸相同時(shí)開始測(cè)量。均勻拉伸束帶，使測(cè)試對(duì)象感受壓力感和舒適度的變化，直至不能承受。再慢慢減小壓強(qiáng)，直至感到無壓力；4)進(jìn)行舒適閾值的序列測(cè)試。將氣囊感受器貼在測(cè)試點(diǎn)A并固定，使氣囊的中心和記號(hào)點(diǎn)中心重合；5)從束帶的尺寸與測(cè)試對(duì)象測(cè)試部位尺寸相同時(shí)開始測(cè)量。拉伸束帶，逐漸施加壓力，控制壓力值盡量均勻地變化，每次增加100～200 Pa左右，每次加壓完成后保持靜止?fàn)顟B(tài)10 s，使服裝壓力穩(wěn)定下來，對(duì)測(cè)試部位的壓力舒適度進(jìn)行評(píng)分，直至出現(xiàn)不舒適停止；6)另起一序列，在5)停止時(shí)在壓力值基礎(chǔ)上增加一檔壓力值并進(jìn)行評(píng)價(jià)，然后逐步減小壓力值(幅度同樣在100～200 Pa左右)，至被試者重新反映舒適后停止；7)再另起一列，在6)停止時(shí)在壓力值基礎(chǔ)上減小一檔并進(jìn)行評(píng)價(jià)，然后逐步增大壓強(qiáng)，直至實(shí)驗(yàn)對(duì)象反映舒適后停止；8)重復(fù)6)、7)步驟，如此循環(huán)往復(fù)直至得到6個(gè)序列實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；9)依次測(cè)量其余B、C、D、E、F、G、H、I共8個(gè)測(cè)試點(diǎn)。

2 結(jié)果與討論

2.1 服裝壓力舒適閾值分布

圖3示出50位女性壓力舒適閾值的分布圖?？梢钥闯?，腹側(cè)點(diǎn)I的壓力舒適閾限最大，為2 743 Pa，即50位被試者對(duì)壓力舒適度的感覺從舒適變?yōu)椴皇孢m的臨界值為2 743 Pa，這個(gè)臨界值的含義是，當(dāng)腹側(cè)點(diǎn)的壓力數(shù)值小于該值時(shí)，被試者沒有不適感，但是當(dāng)壓力數(shù)值大于該值時(shí)，被試者開始感到不適。肩中點(diǎn)A和肩胛骨點(diǎn)B值較大，分別為1 671 Pa、1 633 Pa。前胸下部點(diǎn)D的壓力舒適閾限均值最小，為937 Pa。前腰中點(diǎn)F的壓力舒適閾限值也比較小，是955 Pa，接著是高腰側(cè)點(diǎn)E、腹凸點(diǎn)H、后腰側(cè)點(diǎn)G、腋下點(diǎn)C，均值分別為1 156、1 260、1 284、1 305 Pa，其中，側(cè)腰點(diǎn)、后側(cè)腰點(diǎn)、腹凸點(diǎn)的均值非常接近。從縱向來看：在人體正面,從上往下,壓力舒適閾值逐漸增大；在人體側(cè)面，除腹側(cè)點(diǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他點(diǎn)外，壓力舒適閾值從上往下逐漸減??；在人體背部，壓力舒適閾值從上往下逐漸減小。通過橫向?qū)Ρ劝l(fā)現(xiàn)，身體前部壓力舒適閾值小于側(cè)面和背部。

注：單位：Pa。圖3 服裝壓力舒適閾值分布Fig.3 Distribution of garment pressure comfort threshold. (a) Anterior; (c) Lateral; (c) Posterior

2.2 服裝壓力舒適閾限的影響因素分析

人體結(jié)構(gòu)是造成不同部位舒適閾限有區(qū)別的重要原因之一。人體不同部位的骨骼、脂肪含量和器官分布會(huì)對(duì)服裝壓的大小以及舒適性產(chǎn)生影響：

1)人體共有206塊骨骼，分為顱骨、軀干骨和四肢骨3大部分。本文實(shí)驗(yàn)中，測(cè)試點(diǎn)覆蓋的主要有鎖骨、肩胛骨、胸骨、肋骨等骨骼較多較凸出的部位，彈性模量也較大，是造成壓力值較大的原因之一[11]。

2)脂肪是人體結(jié)構(gòu)的重要組成部分。人體的脂肪主要分布在皮下組織、內(nèi)臟器官內(nèi)部和周圍以及腹腔的大網(wǎng)膜等部位，人體的脂肪約有2/3貯存在皮下組織。各部位皮下脂肪含量并非均勻分布，同一個(gè)體、不同部位皮下脂肪層的厚度也并不相同。女性脂肪較為集中的部位，皮下軟組織較厚且柔軟，受壓易發(fā)生變形，所以壓力可得到緩沖[12]。

3)人體腹腔內(nèi)的腎、脾、肝等器官若長時(shí)間受到壓迫，內(nèi)臟及神經(jīng)系統(tǒng)長期處于緊張狀態(tài)，會(huì)引發(fā)不適感，甚至導(dǎo)致胃腸消化功能降低。

基于人體結(jié)構(gòu)對(duì)測(cè)試點(diǎn)舒適閾值分布的原因進(jìn)行分析如下：

肩中點(diǎn)A、肩胛骨點(diǎn)B、腹側(cè)點(diǎn)I的壓力舒適閾值明顯高于其他點(diǎn)，原因主要為：1)這些部位呈凸起狀態(tài)，骨骼比較突出，且曲率半徑較小，根據(jù)拉普拉斯定律，服裝壓力與這些部位的曲率半徑成反比，所以這3個(gè)部位測(cè)出的壓力較大；2)女性這3個(gè)部位承受服裝壓迫的能力強(qiáng)，因此壓力舒適閾值最大。

高腰側(cè)點(diǎn)E、腹凸點(diǎn)H、后腰側(cè)點(diǎn)G和腋下點(diǎn)C，壓力舒適閾值比較相近。腋下點(diǎn)的壓力舒適閾值稍大，其處于人體側(cè)縫部位，相對(duì)曲率半徑小，但由于側(cè)縫上的點(diǎn)相對(duì)沒有經(jīng)常承受壓力，因此承壓能力相對(duì)肩中點(diǎn)較弱。腹凸點(diǎn)皮下沒有骨骼，相對(duì)柔軟，皮膚和軟組織受壓時(shí)會(huì)被擠壓，推向軟器官，這也是造成腹部壓力較小的主要原因之一，但相對(duì)于前腰中點(diǎn)對(duì)壓力不敏感。

而舒適閾值最小的2個(gè)測(cè)試點(diǎn)則集中在人體前部胸圍線以下、腰圍線以上的部位，分別是前胸下部點(diǎn)D和前腰中點(diǎn)F。這2個(gè)測(cè)試點(diǎn)的舒適閾值較小的原因?yàn)椋?)測(cè)試點(diǎn)所在部位都比較平坦，曲率較大，因此在這些點(diǎn)上產(chǎn)生的壓力均較?。?)人體在這些部位對(duì)壓力較敏感；3)前腰中點(diǎn)是女性脂肪較為集中的部位，壓力易得到緩沖，壓力較小；4)前胸下部覆蓋了人體的肝臟和胃部，會(huì)壓迫到人體器官，產(chǎn)生不適感。

2.3 壓力舒適閾值的個(gè)體差異性

圖4示出壓力舒適閾值的個(gè)體差異?？煽闯觯煌茉囌咴谕稽c(diǎn)的壓力舒適閾值存在差異。肩中點(diǎn)A和腹側(cè)點(diǎn)I的數(shù)據(jù)離散程度非常大，這與人體局部結(jié)構(gòu)有關(guān)，這2個(gè)部位曲面復(fù)雜，髖骨位置和形狀及傳感器貼合位置都極大地影響測(cè)試結(jié)果。點(diǎn)F和H的離散程度較小，即50位被試者在前腰中點(diǎn)F和腹凸點(diǎn)H的舒適閾值較接近，說明舒適閾值差異小。

圖4 壓力舒適閾值的個(gè)體差異Fig.4 Individual difference of pressure comfort threshold

2.4 與以往測(cè)試結(jié)果對(duì)比與分析

早期研究者測(cè)試所得的壓力舒適閾值范圍與本文實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比如表3所示。

表3 本文實(shí)驗(yàn)和文獻(xiàn)中壓力舒適閾限數(shù)據(jù)對(duì)比Tab.3 Comparison of pressure comfort threshold

從表3可知，早期研究者測(cè)得的3個(gè)主要部位的閾限都比本文實(shí)驗(yàn)大，其原因是：1)測(cè)試采用的測(cè)量儀器和方法不同；2)被測(cè)者的體型和對(duì)壓力的承受能力不同；3)所采用的樣衣不同；4)被測(cè)部位點(diǎn)的偏移導(dǎo)致結(jié)果偏大。

3 結(jié) 論

基于物理心理學(xué)極限-階梯法原理進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，測(cè)試與計(jì)算推導(dǎo)服裝壓力舒適閾限。本文實(shí)驗(yàn)中，篩選50位在校女大學(xué)生作為測(cè)試受體，依次測(cè)試9個(gè)不同部位的服裝壓力；設(shè)計(jì)開發(fā)雙環(huán)扣式可連續(xù)調(diào)節(jié)束帶，實(shí)現(xiàn)束帶對(duì)人體各測(cè)試部位的施加壓力盡可能等距變化并保持穩(wěn)定。計(jì)算各個(gè)部位的壓力舒適閾限，得到50位被試者在肩中點(diǎn)、肩胛骨點(diǎn)、腋下點(diǎn)、前胸下部點(diǎn)、高腰側(cè)點(diǎn)、前腰中點(diǎn)、后腰側(cè)點(diǎn)、腹凸點(diǎn)、腹側(cè)點(diǎn)這9個(gè)點(diǎn)上的壓力舒適閾值，得出女性人體上身的壓力舒適閾值分布。分析壓力舒適閾限分布規(guī)律及其原因，探討個(gè)體差異，探索出全新的測(cè)量與計(jì)算服裝壓力舒適閾限的方法。本文研究結(jié)果將有助于建立較為完善的壓力服裝舒適性評(píng)價(jià)體系，且可為相關(guān)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)提供一定的理論參考。

[1] 尹玲,張文斌,夏蕾. 服裝壓力舒適性的研究綜述與剖析[J]. 紡織學(xué)報(bào),2008,29(3):137-142.

YIN Ling, ZHANG Wenbin, XIA Lei. Review and analysis of pressure comfort of garment[J]. Journal of Textile Research, 2008,29(3):137-142.

[2] 宋曉霞,馮勛偉. 服裝壓力與人體舒適性之關(guān)系[J]. 紡織學(xué)報(bào),2006,27(3):103-105.

SONG Xiaoxia, FENG Xunwei. Relationship between garment pressure and human body comfortableness[J]. Journal of Textile Research, 2006,27(3):103-105.

[3] 孟祥令,張渭源. 服裝壓力舒適性的研究進(jìn)展[J]. 紡織學(xué)報(bào),2006,27(7):109-112.

MENG Xiangling, ZHANG Weiyuan. Progress of study on pressure comfort of clothing[J]. Journal of Textile Research, 2006, 27(7):109-112.

[4] MAKABE H, MOMOTA H, MITSUNO T, et al. A study of apparel pressure developed by the brasiere[J]. Jpn Res Assn Text End-uses, 1991, 32(9):416-423.

[5] MAKABE H, MOMOTA H, MITSUNO T, et al. Effect of covered area at the waist on clothing pressure[J]. Fiber, 1993, 49(10): 513-521.

[6] NAKAHASHI M, MOROOKA H, NAKAJIMA C, et al. Effects of clothing pressure of pantyhose with controlled loop length on the human circulatory system[J]. Fiber, 2003, 59(10):407-413.

[7] 覃蕊,陳東生,范雪榮,等. 服裝壓力分布及預(yù)測(cè)的研究與進(jìn)展[J]. 紡織學(xué)報(bào),2010,31(4):139-144.

TAN Rui, CHEN Dongsheng, FAN Xuerong, et al. Advances and research on distribution and predic-tion[J]. Journal of Textile Research, 2010, 31(4):139-144.

[8] 劉紅,陳東生,魏取福. 服裝壓力對(duì)人體生理的影響及其客觀測(cè)試[J]. 紡織學(xué)報(bào),2010,31(3):138-142.

LIU Hong, CHEN Dongsheng, WEI Qufu. Effect of clothing pressure on human physiology and objective testing[J]. Journal of Textile Research, 2010, 31(3):138-142.

[9] 周晴,徐軍.運(yùn)動(dòng)內(nèi)衣穿著壓力舒適的主觀評(píng)定[J].紡織學(xué)報(bào),2004,25(6):63-64，149.

ZHOU Qing, XU Jun. Subjective evaluation of wearing comfort of sports underwear[J]. Journal of Textile Research, 2004,25(6):63-64，149.

[10] 李俊,韓嘉,孫菲菲.基于心理感知的服裝舒適感覺評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)[J].紡織學(xué)報(bào),2006,27(10):26-31.

LI Jun, HAN Jia, SUN Feifei. Evaluation and prediction of clothing comfort based on psychological perceptions [J]. Journal of Textile Research,2006,27(10):26-31.

[11] 劉紅.彈力運(yùn)動(dòng)背心的壓感舒適性研究[D].無錫:江南大學(xué),2012:56-58.

LIU Hong. A study of clothing pressure comfort of elastic sports vest[D]. Wuxi:Jiangnan University, 2012:56-58.

[12] 崔凱.不同體脂率大學(xué)生的身體成分和脂肪分布特征[D].杭州:杭州師范大學(xué),2012:21-22.

CUI Kai. Body composition and fat distribution characteristics of the different body fat percentage of university students[D]. Hangzhou: Hangzhou Normal University, 2012:21-22.