針織校服染色牢度指標(biāo)的主成分分析

尹方方，李 琰

(廣東產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院,廣東 廣州 510000)

GB/T 2016《紡織品 色牢度試驗(yàn) 試驗(yàn)通則》給出了色牢度定義，色牢度是指在加工和后續(xù)使用過(guò)程中，紡織品的顏色受外界因素作用后的結(jié)果，其中結(jié)果的大小程度可用色牢度等級(jí)評(píng)判，即通過(guò)試樣的變色等級(jí)和未染色貼襯織物的沾色等級(jí)綜合評(píng)定。紡織品色牢度指標(biāo)主要包含耐摩擦色牢度、耐汗?jié)n色牢度、耐水色牢度、耐洗色牢度、耐光色牢度[1,2]。針織面料以其柔軟、舒適的特點(diǎn)成為校服面料的首選，校服色牢度不合格易造成人體皮膚沾色、衣服嚴(yán)重退色，進(jìn)而影響學(xué)生身體健康，因此針織校服染色牢度指標(biāo)十分重要。

主成分分析PCA(Principal Component Analysis)法是將多組指標(biāo)轉(zhuǎn)換成互不相關(guān)的少數(shù)指標(biāo)的數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析方法[3,4]。它通過(guò)數(shù)據(jù)矩陣轉(zhuǎn)換，將不同數(shù)據(jù)的相同部分歸納為一個(gè)主成分，通過(guò)指標(biāo)在主成分下的客觀權(quán)重系數(shù)，計(jì)算試樣的總得分排序，進(jìn)而優(yōu)化選擇。

1 樣品及測(cè)試方法

1.1 樣品準(zhǔn)備

為了提高研究的代表性、可靠性，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更具說(shuō)服力、有效性，本課題收集了20塊藍(lán)色系針織校服面料，將20塊試樣的顏色分為從淺到深的1級(jí)～10級(jí)，具體參數(shù)如表1所示。

表1 針織校服參數(shù)

1.2 測(cè)試方法及儀器

針織校服面料依據(jù)GB/T 3920—2008 《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐摩擦色牢度》、GB/T 3921—2008 《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐皂洗色牢度》、GB/T 3922—2013 《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐汗?jié)n色牢度》、GBT 5713—2013 《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐水色牢度》、GB/T 8427—2008 《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐人造光色牢度 氙弧》等。其需注意的是制樣時(shí)試樣需將待測(cè)樣品上的所有顏色覆蓋包含[5]。

測(cè)試儀器：Y571B型摩擦色牢度儀、HW-24C耐洗色牢度試驗(yàn)儀、YG982C評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)光源箱、YGB631耐汗?jié)n色牢度儀、Q-SUN XE-2-HS耐日曬色牢度儀等。

2 結(jié)果與分析

2.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

對(duì)20塊針織校服進(jìn)行了耐摩擦、耐水、耐汗?jié)n、耐洗、耐光色牢度的綜合測(cè)試。因試樣經(jīng)耐洗、耐水、耐汗?jié)n(包含耐酸性汗?jié)n色牢度和耐堿性汗?jié)n色牢度)測(cè)試后試樣變色均為4～5 級(jí)，故未在表3中逐一列出，其他實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 校服染色牢度指標(biāo)的測(cè)試結(jié)果

2.2 針織校服染色牢度的主成分分析[6]

PCA是將已知的多個(gè)指標(biāo)屬性利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)中線性轉(zhuǎn)換方法，提取各指標(biāo)中的公共部分為主成分，后轉(zhuǎn)換成不相關(guān)的幾個(gè)指標(biāo)變量。根據(jù)變量數(shù)據(jù)的方差值從高到低排序，其中方差最大的指標(biāo)為第一主成分，方差次之的指標(biāo)為第二主成分，依次類推[7]。

運(yùn)用主成分分析模型對(duì)針織校服耐摩擦、耐洗、耐水、耐汗?jié)n、耐光色牢度進(jìn)行主成分提取，依據(jù)各主成分對(duì)應(yīng)指標(biāo)的類別和意義對(duì)其命名，得出主成分和相關(guān)指標(biāo)的線性關(guān)系方程，并利用試樣原始數(shù)據(jù)對(duì)主成分的客觀權(quán)重系數(shù)進(jìn)行分析，計(jì)算試樣色牢度得分。通過(guò)對(duì)比得分，找出試樣的綜合性能差異，便于產(chǎn)品選購(gòu)[8，9]。將20組試樣的色牢度指標(biāo)定義為X1=耐干摩擦沾色，X2=耐濕摩擦沾色，X3=耐洗棉沾色，X4=耐洗聚酯沾色，X5=耐水棉沾色，X6=耐水聚酯沾色，X7=耐酸汗?jié)n棉沾色，X8=耐酸汗?jié)n聚酯沾色，X9=耐堿汗?jié)n棉沾色，X10=耐堿汗?jié)n聚酯沾色，X11=耐光試樣變色，共計(jì)11個(gè)色牢度指標(biāo)進(jìn)行主因子分析。因子分析轉(zhuǎn)換過(guò)程中，通常將因子特征值≥1且累積方差貢獻(xiàn)率≥85%的定義為主成分。針織校服色牢度指標(biāo)的因子分析結(jié)果見(jiàn)表3、表4。

表3 指標(biāo)解釋的總方差

表4 成分矩陣

由表4分析結(jié)果可以看出，色牢度指標(biāo)在主成分因子中所占權(quán)重系數(shù)值有正負(fù)之分，權(quán)重系數(shù)為正，表明該指標(biāo)與主成分因子呈正相關(guān)線性關(guān)系，反之呈負(fù)相關(guān)線性關(guān)系。

根據(jù)針織校服耐摩擦、耐洗、耐水、耐汗?jié)n、耐光染色牢度的物理意義，對(duì)表3中各主成分進(jìn)行分析解釋和命名：

第一主成分F1在指標(biāo)耐水沾色、耐酸汗?jié)n沾色、耐堿汗?jié)n沾色上具有較高的正相關(guān)系數(shù)。由于這些指標(biāo)屬于GB 18401—2010《國(guó)家紡織產(chǎn)品基本安全技術(shù)規(guī)范》強(qiáng)制性要求，因此把F1命名為汗?jié)n型指標(biāo)。F1的正值大代表汗液接觸時(shí)顏料轉(zhuǎn)移作用越明顯。

第二主成分F2在指標(biāo)耐摩擦沾色、耐光試樣變色上具有較高的正相關(guān)系數(shù)，在指標(biāo)耐洗聚酯沾色上具有較高的負(fù)相關(guān)系數(shù)。因此把F2命名為摩擦型指標(biāo)。F2的正值大代表穿著時(shí)顏色受摩擦作用影響較大。

第三主成分F3在指標(biāo)耐洗棉沾色上具有較高的正相關(guān)系數(shù)，因此把F3命名為洗滌型指標(biāo)。F3的正值大代表洗滌時(shí)易將顏色傳遞出去，造成其他物品沾色。

將各主成分中指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)歸一化，利用權(quán)重系數(shù)除以其主成分下對(duì)應(yīng)的特征根的開方得出相應(yīng)的線性系數(shù)，進(jìn)而得到主成分的線性關(guān)系方程：

F1=0.383X5+0.367X6+0.383X7+0.367X8+0.383X9+0.367X10

(1)

F2=0.587X1-0.394X4+0.465X11

(2)

F3=0.388X3

(3)

將20塊試樣染色牢度指標(biāo)的測(cè)試結(jié)果分別代入式(1)、式(2)、式(3)，計(jì)算并得到試樣在3個(gè)主成分下的得分。作為夏季針織校服，根據(jù)學(xué)生實(shí)際穿著，需要織物具有良好的耐摩擦性、耐汗?jié)n性能。根據(jù)試樣的服用要求和評(píng)分，進(jìn)行優(yōu)劣排序，結(jié)果如表5所示。

由表5計(jì)算結(jié)果可知，試樣2#、試樣9#在第二和第三主成分排序各為第一，在第一主成分第二，總體排序靠前。試樣6#、試樣7#、試樣8#在第一、第三主成分排序均為第一，在第二主成分排序第二，總體排序靠前。因此綜合考慮染色牢度指標(biāo)時(shí)可優(yōu)先選擇這五塊試樣，其綜合染色牢度質(zhì)量表現(xiàn)優(yōu)異，其中當(dāng)重點(diǎn)考核校服耐摩擦色牢度時(shí)，可優(yōu)先選擇試樣2#和試樣9#；當(dāng)重點(diǎn)考核人體出汗時(shí)校服染色牢度情況時(shí)，可優(yōu)先選擇試樣6#、試樣7#、試樣8#。通過(guò)觀察各試樣的結(jié)構(gòu)參數(shù)和試驗(yàn)結(jié)果可知，顏色偏淺的試樣色牢度綜合性能更為優(yōu)異。

表5 試樣在主成分下得分及排序

3 結(jié)論

通過(guò)SPSS軟件，利用數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)法中的主成分分析法對(duì)20塊針織校服面料耐摩擦、耐洗、耐水、耐汗?jié)n、耐光色牢度的試樣變色和貼襯沾色進(jìn)行測(cè)試并分析，依次得出汗?jié)n型、摩擦型、洗滌型三個(gè)主成分。通過(guò)計(jì)算試樣在主成分下的得分并排序，得出試樣2#、試樣6#、試樣7#、試樣8#、試樣9#總體排序靠前，色牢度表現(xiàn)優(yōu)異，可按需選擇，并且通過(guò)試樣2#、試樣6#、試樣7#、試樣8#、試樣9的藍(lán)色系等級(jí)可知顏色偏淺的試樣色牢度綜合性能更為優(yōu)異。