基于改進(jìn)灰色關(guān)聯(lián)度的彈力針織物吸濕速干性評(píng)價(jià)

鮑正壯,周 捷,魯?shù)さ?宋慶文,周道海,魏 菲

(1.西安工程大學(xué) 服裝與藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院，陜西 西安 710048;2.西安工程大學(xué) 紡織科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710048;3.鎮(zhèn)江海天針織制品有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212000)

0 引 言

彈力針織物多用于內(nèi)衣、泳裝等貼身衣物中,為保持人體皮膚表面的舒適性,對(duì)其熱濕舒適性要求較高[1]。而吸濕速干性是影響織物熱濕舒適性的一個(gè)重要指標(biāo),當(dāng)人體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生大量汗液后,需要織物迅速吸收水分,并傳導(dǎo)至織物外表面快速揮發(fā),使身體保持干爽舒適[2]。目前國內(nèi)外對(duì)于織物吸濕速干性能的研究主要集中在新型纖維開發(fā)[3-4]、紗線與織物加工工藝優(yōu)化[5-7]以及對(duì)織物吸濕性[8-9]、導(dǎo)濕性[10-11]、速干性[12]等單向性能指標(biāo)評(píng)價(jià),但關(guān)于織物綜合吸濕速干性能研究較少[13-14]。在實(shí)際設(shè)計(jì)生產(chǎn)中,通常需要考慮多種因素評(píng)價(jià)某一織物性能的優(yōu)劣[2],因此,織物吸濕速干性的綜合分析顯得尤為重要。

目前關(guān)于織物性能的綜合評(píng)價(jià)方法主要有模糊綜合評(píng)價(jià)、模糊相似優(yōu)先比和灰色近優(yōu)模型,但這3種方法在運(yùn)用中仍有一定的局限性。模糊綜合評(píng)價(jià)對(duì)多因素、多層次的復(fù)雜問題評(píng)判效果較好,但評(píng)價(jià)過程偏于主觀性,而且不能較好地解決評(píng)價(jià)指標(biāo)間相關(guān)造成的評(píng)價(jià)信息重復(fù)等問題[15]。模糊相似優(yōu)先比方法對(duì)樣本量的多少?zèng)]有過多要求,不需要典型的分布規(guī)律,但該方法計(jì)算量相對(duì)較大且僅適用于樣本數(shù)據(jù)離散程度較大的情況,離散程度過小時(shí)評(píng)價(jià)結(jié)果誤差較明顯[16]?；疑鼉?yōu)模型計(jì)算量相對(duì)較小,常用于影響因子較多又難以確定權(quán)重的情況,而該模型僅能得出各樣本綜合性能的優(yōu)劣順序,若更深入地探討各指標(biāo)對(duì)綜合性能的影響程度,還需通過灰色關(guān)聯(lián)分析所得近優(yōu)度的關(guān)聯(lián)度大小來判斷[17]?；疑P(guān)聯(lián)度分析是定性分析和定量分析相結(jié)合的綜合評(píng)價(jià)方法,該方法可以更好地解決評(píng)價(jià)指標(biāo)難以準(zhǔn)確量化和統(tǒng)計(jì)的問題,改進(jìn)后的灰色關(guān)聯(lián)度分析可以排除主觀因素的影響,使評(píng)價(jià)結(jié)果更加客觀準(zhǔn)確?；诖?本文選用13種緯平針彈力織物,測試其性能指標(biāo),通過對(duì)比不同纖維種類、密度、面密度、厚度參數(shù)的織物實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)差異,分析影響織物吸濕速干性因素,并利用灰色關(guān)聯(lián)度分析得出綜合吸濕速干性最優(yōu)織物。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 材料

為探究織物各參數(shù)對(duì)吸濕速干性的影響,選用13種緯平針彈力織物。為分析纖維含量對(duì)織物吸濕速干性的影響,選擇1#～3#纖維含量比不同的滌氨織物;為進(jìn)一步探討纖維種類的影響,選用4#棉氨織物和5#棉錦混紡織物;為研究織物密度、面密度、厚度與織物吸濕速干性的關(guān)系,選用6#～13#纖維含量相同但密度、面密度、厚度參數(shù)各不相同的錦氨織物；對(duì)比1#～5#低密度滌氨、棉混紡織物與6#～13#高密度錦綸織物,分析織物密度對(duì)吸濕速干性的影響。13種緯平針彈力織物具體規(guī)格參數(shù)見表1。

表 1 針織物規(guī)格Tab.1 Knitted fabric specification

續(xù)表 1 針織物規(guī)格Continued Tab.1 Knitted fabric specification

1.2 儀器與測試過程

根據(jù)GB/T 21655.2—2019《紡織品吸濕速干性的評(píng)定 第2部分:動(dòng)態(tài)水分傳遞法》,采用DR290M型液態(tài)水份傳遞性能測試儀(溫州大榮紡織儀器有限公司)進(jìn)行織物吸濕速干性能測試。測試前將試樣在溫度25 ℃、濕度67.0 %的環(huán)境中靜置24 h。測試過程:每種織物在距離布匹端2 m、布邊0.5 m外的不同橫向縱向位置上各剪取5塊90 mm×90 mm方形試樣(即每種織物測5次,測試結(jié)果取平均值),用鑷子夾起試樣一角,平放到儀器兩傳感器之間,將織物貼近皮膚的一面看作浸水面,朝上放置。儀器在啟動(dòng)后20 s內(nèi)自動(dòng)向織物的浸水面滴入0.20 g測試液(9 g·L-1氯化鈉溶液),電腦繪制120 s內(nèi)織物含水量隨時(shí)間變化曲線圖,數(shù)據(jù)采集頻率10 Hz,實(shí)驗(yàn)結(jié)束后讀取各指標(biāo)數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 織物吸濕性

在液態(tài)水動(dòng)態(tài)傳遞測試中,織物吸濕性能的優(yōu)劣由浸濕時(shí)間、吸水速率兩指標(biāo)大小決定[18],浸濕時(shí)間越小、吸水速率越大,說明織物的吸濕性能越好。各織物浸濕時(shí)間及吸水速率的測試關(guān)系如圖1所示。

(a) 浸濕時(shí)間

(b) 吸水速率圖 1 織物浸濕時(shí)間及吸水速率Fig.1 Fabric wetting time and water absorption rate

為定量分析織物浸濕時(shí)間與平均吸水速率的相關(guān)性,采用Pearson相關(guān)系數(shù)法,分析圖1中2個(gè)變量的13種樣品的浸水面與滲透面數(shù)據(jù)。借助SPSS軟件計(jì)算得,2個(gè)變量浸水面Pearson相關(guān)系數(shù)為-0.393,滲透面Pearson相關(guān)系數(shù)為-0.316,表明織物浸濕時(shí)間與平均吸水速率呈負(fù)相關(guān),浸濕時(shí)間越長的織物,其平均吸水速率較小。從圖1可以看出，圖1(a)中,1#～5#織物纖維種類與纖維含量各不相同,但其浸濕時(shí)間小于6#～13#高密度錦綸織物,說明與纖維種類、纖維含量相比,織物密度對(duì)織物浸濕時(shí)間的影響更大。從8#、10#、13#和9#、11#得到,織物橫密或縱密越大其浸濕時(shí)間就越長,因?yàn)榭椢锩芏仍龃?纖維接觸到水分的表面積減小,織物吸收水分所需時(shí)間就變長,說明織物密度是影響浸濕時(shí)間的重要因素。圖1(b)中,6#～13#織物浸水面與滲透面的吸水速率差異較大,因?yàn)榭椢锏拿芏扰c面密度值大,纖維內(nèi)部中空量和纖維間空隙小,上下表面水分傳導(dǎo)阻力大,導(dǎo)致兩表面含水量存在較大差異[19]。由7#和9#、12#和13#兩組織物得到,在密度相同、厚度相近情況下,面密度越大其吸水速率越小。因此，織物密度、面密度是影響織物吸濕性的關(guān)鍵因素,1#滌綸織物吸濕性最優(yōu),10#織物吸濕性最差。

2.2 織物速干性

織物滲透面的液態(tài)水?dāng)U散速度與最大浸濕半徑是考量速干性能的2個(gè)因素,數(shù)值越大,表示織物的速干性就越好[18]?？椢餄B透面液態(tài)水?dāng)U散速度與最大浸濕半徑對(duì)比如圖2所示。

圖 2 織物滲透面液態(tài)水?dāng)U散速度、最大浸濕半徑Fig.2 Spreading speed and maximum wettingradius of fabric permeable surface

從圖2可以看出,各織物滲透面液態(tài)水?dāng)U散速度與最大浸濕半徑變化趨勢相似。為進(jìn)一步探討2個(gè)變量間的正負(fù)相關(guān)性,運(yùn)用Pearson相關(guān)系數(shù)法,計(jì)算出織物滲透面的最大浸濕半徑與液態(tài)水?dāng)U散速度的Pearson相關(guān)系數(shù)為0.793,說明2個(gè)變量存在顯著正相關(guān)性,即滲透面的最大浸濕半徑越大,織物的液態(tài)水?dāng)U散速度越大。與4#和5#棉織物相比,1#和3#滌氨織物滲透面液態(tài)水?dāng)U散速度更大,表明滌氨纖維的液態(tài)水?dāng)U散速度大于棉纖維,2#滌氨纖維織物擴(kuò)散速度相對(duì)較小?？梢姖B透面液態(tài)水?dāng)U散速度不僅與纖維種類有關(guān),還受織物厚度影響,4#和10#織物厚度越大,其液態(tài)水?dāng)U散速度相對(duì)越小。在6#～13#織物中,10#、12#織物的面密度值最大而液態(tài)水?dāng)U散速度最小,6#、13#織物面密度值較小而液態(tài)水?dāng)U散速度相對(duì)較大,織物面密度越大,紗線間與纖維間空隙越少,織物內(nèi)水分橫向傳導(dǎo)阻力就越大,滲透面液態(tài)水?dāng)U散速度越小,可見面密度是影響織物速干性的重要因素。除2#織物外,1#～5#織物的滲透面最大浸濕半徑均達(dá)最大值,受儀器半徑規(guī)格的限制無法對(duì)其大小進(jìn)一步比較,故纖維種類與含量分別對(duì)滲透面最大浸濕半徑的影響還有待探討。6#～10#織物的面密度與厚度均在不斷增大,而最大浸濕半徑不斷減小,織物越厚重,織物表面水分集中的越少,越不容易擴(kuò)散和蒸發(fā)[20]。因此，纖維種類與織物厚薄程度均對(duì)織物速干性影響較大,且輕薄型織物的速干性優(yōu)于厚重型。

2.3 織物吸濕速干性能綜合評(píng)價(jià)

采用灰色關(guān)聯(lián)度與加權(quán)分析相結(jié)合方法對(duì) 13 種織物的各項(xiàng)性能進(jìn)行吸濕速干性能優(yōu)劣的綜合評(píng)價(jià)[21-22], 液態(tài)水動(dòng)態(tài)傳遞性能指標(biāo)測試數(shù)據(jù)如表2所示。

表 2 液態(tài)水動(dòng)態(tài)傳遞性能指標(biāo)測試結(jié)果Tab.2 Test results of overall moisture management capability

將織物浸濕時(shí)間、吸水速率、最大浸濕半徑、液態(tài)水?dāng)U散速度、單向傳遞指數(shù)和液態(tài)水動(dòng)態(tài)傳遞指數(shù)等10項(xiàng)指標(biāo)作為單項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo),計(jì)算各指標(biāo)的權(quán)重及灰色關(guān)聯(lián)系數(shù),通過各自關(guān)聯(lián)度大小選出最優(yōu)樣品。

2.3.2 無量綱化處理 由于實(shí)驗(yàn)中各指標(biāo)量綱不同,數(shù)量級(jí)存在差異,為避免數(shù)量級(jí)大(或小)的指標(biāo)作用被放大(或縮小),需對(duì)原始數(shù)據(jù)作無量綱化處理,常用的方法有標(biāo)準(zhǔn)差化、極值化、均值化和標(biāo)準(zhǔn)化等。本文采用極值化處理,公式為

參考數(shù)列為x0(k)={1,1,…,1}。

2.3.3 計(jì)算灰色關(guān)聯(lián)系數(shù) 求織物各指標(biāo)比較數(shù)列與最優(yōu)值之間的絕對(duì)差:

Δi(k)=|1-xi(k)|

(i=1,2,…,13;k=1,2,…,10)

得出兩極最大差與最小差:

計(jì)算灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)εi(k)

(i=1,2,…,13;k=1,2,…,10)

式中：ξ為分辨系數(shù)，取值范圍為0～1,通常取ξ=0.5。各種織物的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)εi(k)見表3。

表 3 灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)Tab.3 Grey correlation coefficient

2.3.4 確定各指標(biāo)權(quán)重 傳統(tǒng)灰色關(guān)聯(lián)度分析法將系統(tǒng)內(nèi)各指標(biāo)的權(quán)重視為相等,但在液態(tài)水動(dòng)態(tài)傳遞測試中,各影響因素對(duì)整體吸濕速干性能的重要度不同,故各權(quán)重不相等。從實(shí)際客觀賦權(quán)角度出發(fā),本文采用變異系數(shù)法,測定織物各因素集的權(quán)重系數(shù),具體公式為

(1)

(k=1,2,…,10)

(2)

(3)

根據(jù)式(3)計(jì)算得到權(quán)重向量

0.08,0.10,0.06,0.18)

2.3.5 計(jì)算與比較權(quán)重關(guān)聯(lián)度 利用式(4)計(jì)算權(quán)重關(guān)聯(lián)度γi,得出每種織物關(guān)聯(lián)度大小。

(4)

關(guān)聯(lián)度越大,說明該織物的吸濕速干性能越好,反之,性能越差。各織物吸濕速干性的加權(quán)關(guān)聯(lián)度大小及排序見表4。

表 4 樣品灰色關(guān)聯(lián)度及排序Tab.4 Grey correlation degree and ranking of samples

從表4可以看出,由加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)度得到13種織物吸濕速干性能綜合比較排序: 1#>5#>6#>3#>4#>11#>7#>8#>13#>12#>9#>2#>10#。1#滌氨織物綜合吸濕速干性能最優(yōu),10#錦綸織物最差。從整體排序看,低密度滌氨、棉氨織物綜合吸濕速干性能優(yōu)于高密度錦綸織物,織物密度對(duì)整體性能影響較大。在錦綸織物中,厚度排序?yàn)?#<12#<8#<13#<10#,吸濕速干性能排序?yàn)?#>12#>8#>13#>10#,因此織物厚度對(duì)吸濕速干性影響較大。在滌綸織物中,1#到3#織物氨綸含量逐漸增多且滌綸含量逐漸減少,而1#織物綜合吸濕速干性優(yōu)于3#織物,2#織物受厚度因素影響小于1#和3#,纖維含量比比厚度對(duì)織物綜合性能影響小。

3 結(jié) 論

1) 對(duì)針織物吸濕性而言,織物密度、面密度對(duì)吸濕性影響較大,且織物浸濕時(shí)間與平均吸水速率呈負(fù)相關(guān)；對(duì)針織物速干性而言,纖維種類、面密度和厚度對(duì)速干性影響較為明顯,且滲透面最大浸濕半徑與液態(tài)水?dāng)U散速度呈顯著正相關(guān)性。

2) 在13種緯平針彈力織物中,1#織物吸濕性最優(yōu),10#最差；11#織物速干性最優(yōu),2#最差?；疑P(guān)聯(lián)度分析得出纖維成分為90 %滌綸、10 %氨綸,橫密和縱密分別為96列/5 cm和120行/5 cm,厚度0.47 mm的1#彈力織物綜合吸濕速干性最優(yōu)。因此,1#滌氨織物更適合作為泳裝、內(nèi)衣等貼身服裝面料。

3) 吸濕性較差的10#織物可改進(jìn)密度、面密度優(yōu)化綜合吸濕速干性能。同時(shí)可改進(jìn)纖維種類、面密度和厚度提高2#織物的速干性。因此,分析織物參數(shù)對(duì)吸濕速干性的影響以及織物整體綜合性能的優(yōu)劣,為企業(yè)和設(shè)計(jì)師在彈力織物服裝產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與開發(fā)提供參考依據(jù)。