織物濕態(tài)貼體舒適性測試儀器的開發(fā)與測試方法研究

文/謝劍飛 紀峰 羅峻 李汝勤

1 引言

服用織物在人體大量出汗這種極端條件下的貼體性與熱濕傳遞性雖然有大致相似的影響因素，但卻是兩類截然不同的物理現象。對織物與服裝熱濕舒適性的研究，從測試方法到裝置，都已經發(fā)展得較為完善；但是目前對服裝接觸舒適性的研究不夠深入，隨著消費者與市場對服裝舒適性的要求不斷提高，我們急需解決織物與服裝貼附舒適性測試與評價的問題?？椢餆釢駛鬟f性的測試結果可為研究其貼體舒適性提供參考。

織物與服裝濕態(tài)貼附性的測試除了主觀測試之外，為數不多的研究中采用的方法都是測試面料浸潤后對皮膚的切向粘附力。穿著服裝大量出汗的現實場景中，面料沿皮膚表面的運動相當不易，切向濕態(tài)摩擦力非常大，面料與皮膚分離往往以與皮膚表面成一定角度的方向脫離皮膚。所以表征貼體舒適性時濕態(tài)織物與皮膚表面在垂直方向上的貼附力更重要，而目前對皮膚法向貼附力的測試和表征，尚無深入的研究和具體的測試方法。

在研究中，根據對實際穿用的場景分析，設計開發(fā)了濕態(tài)貼附性測試儀，將織物與皮膚分離過程中力的變化用傳感器測量出來，轉化為貼附曲線，通過曲線中的數據表征貼附性指標（貼附力、貼附功和貼附距離）。

2 織物濕態(tài)貼附性測試儀

該儀器的開發(fā)為研究織物的濕態(tài)貼附性能提供了試驗手段，在測試中模擬皮膚與織物漸離的過程，以濕態(tài)織物與皮膚表面在垂直方向上的貼附力為基礎將此過程轉變成“距離—貼附力”曲線，較為直觀地分析評價織物與皮膚“濕態(tài)貼附—分離”這一狀態(tài)與過程。

織物濕態(tài)貼附性試驗裝置的設計原理見圖1，計算機發(fā)出指令給控制器，控制器按照所給指令啟動電機，通過電機上的皮帶開始進行機械傳動，使垂直狀態(tài)的試樣在水平軌道上向右運動并靠近位于軌道右側的皮膚，當試樣開始與皮膚接觸，連接皮膚的傳感器馬上產生模擬信號，經放大器放大后發(fā)送到A/D轉換裝置，轉換后的數字信號傳送回電腦，電腦處理接收的數字信號后做出及時反饋，對控制器發(fā)出下一步的執(zhí)行信號，使測試持續(xù)進行[1]。

設計的試驗方法中把試樣從人造皮膚上揭離，在試樣脫離人造皮膚的過程中，貼附力在水平位移上所做的功可以作為指標來表征織物濕態(tài)下的貼體性，貼附力所做的功如圖2中陰影部分面積所示。

圖1 織物濕態(tài)貼附性試驗裝置的設計原理

圖2 面料濕態(tài)貼附性表征指標的定義

圖2中，貼附距離L為織物與皮膚分離前相對于初始位置的位移，單位為毫米（mm）；貼附力F為濕態(tài)織物與皮膚分離過程中測得的法向力，單位為厘牛（cN）；貼附功W為濕態(tài)織物與皮膚分離過程中貼附力做的功，單位為毫焦耳（mJ）。

圖3 XAD-1濕態(tài)貼附性測試儀

圖3為研究開發(fā)的濕態(tài)貼附性測試儀實物，矩形面料試樣在電機的帶動下運動，面料在距離人造皮膚15mm處開始以較大速度緩慢接近人造皮膚，到面料與人造皮膚開始接觸時施加1cN～2cN的壓力，同時以更慢的速度使面料與人造皮膚完全貼附。然后使面料與人造皮膚緩慢分離，在此過程中，可以得到貼附力、貼附距離和貼附功的數值，同時也可以得到時位移—貼附力曲線。

3 織物濕態(tài)貼附性測試方法

使用研究開發(fā)的XAD-1織物濕態(tài)貼附性測試儀測試織物的濕態(tài)貼附性，測試時打開儀器電源預熱10min，使電子元件到達穩(wěn)定狀態(tài)以減少誤差。取下試樣夾持器，打開測試應用程序，進入測試預設界面并設置測試條件。需要設置的測試條件有試樣尺寸、分離速度、初始負荷、位移范圍等。

試驗前用純凈水或人工汗液浸濕織物，對于厚重或難以浸潤的織物，可借助外力在水中擠壓或拍打以加快浸濕，將充分浸透的試樣安裝在夾持架上：先擰松夾持器上部和下部的螺絲并取下固定條，用鑷子將浸濕的面料放入夾持器上部的固定板處，并將面料上端整理平直，再用固定條和螺絲夾持固定，給面料自由端一定的張力，保持面料上下受力均勻和試驗部分張力均勻，然后用固定條和螺絲固定面料自由端即夾持器下部。

按下貼體性測試儀上的進程按鈕，夾持架開始向右水平靠近裝有人造皮膚的力傳感器，當試樣與人造皮膚的距離小于5mm時，夾持架的移動速度減緩為約0.1mm/s緩慢靠近人造皮膚，當力傳感器的負荷到達預設負荷時，此時試樣與人造皮膚恰好貼住，夾持架停止向右運動，然后按下回程按鈕，夾持架按預設速度向左水平運動，逐漸將試樣扯離人造皮膚。裝置內的讀數器通過讀取電動機發(fā)出的紅外脈沖數，得到夾持架位移與時間的關系并通過數據線傳到電腦，結合傳感器的數據，屏幕開始描繪位移—貼附力曲線，XAD-1織物濕態(tài)貼附性測試儀測試界面見圖4。

圖4 XAD-1織物濕態(tài)貼附性測試儀測試界面

4 結論

本文的研究內容提供了一種面料濕態(tài)貼體性快速客觀測試方法及其測試裝置，填補了面料濕態(tài)貼體舒適性儀器檢測方法的空白。該方法的測試手段和測試過程針對服用面料濕態(tài)下的貼體性進行了客觀合理的測試和表征；其測試數據包括貼附力動態(tài)變化曲線及貼附力、貼附距離和貼附功等指標，一定程度上反映了人體皮膚的主觀觸覺，可作為評價各類型面料汗?jié)?淋濕后的貼體舒適性的重要客觀指標。

參考文獻：

[1]紀峰, 邱夷平, 李汝勤,等.面料濕態(tài)貼體性快速客觀測試裝置及方法[P].中國專利：CN 102707040 B, 2014-07-02.