羽絨服防鉆絨性能仿生測試方法研究

1 引言

在羽絨制品行業(yè)，防鉆絨性一直是非常重要的指標(biāo)，它直接反映了服裝日常穿著過程中的衛(wèi)生和美觀。從術(shù)語定義來看，防鉆絨性是指織物阻止羽毛、羽絨和絨絲從其表面鉆出的性能，用在規(guī)定條件作用下的鉆絨根數(shù)表示。根據(jù)測試樣的生產(chǎn)工序，主要分為羽絨服織物、羽絨服半成品和羽絨服；根據(jù)測試對象填充物的不同，主要分為白/灰鴨絨和白/灰鵝絨；根據(jù)織物結(jié)構(gòu)的不同，可分為機(jī)織面料、針織面料和非織造面料；根據(jù)羽絨制品用途，可分為羽絨服裝、羽絨羽毛制品（被、睡袋、枕、墊和床墊）。常見的防鉆絨性測試標(biāo)準(zhǔn)對上述類別產(chǎn)品都有做相關(guān)規(guī)定。

目前國內(nèi)檢驗機(jī)構(gòu)對羽絨制品的檢測普遍采用摩擦法和轉(zhuǎn)箱法，或在參照上述方法基礎(chǔ)上對測試樣品和儀器參數(shù)做適當(dāng)調(diào)整，但采用的基本原理仍不變。在實踐中，檢驗機(jī)構(gòu)對標(biāo)準(zhǔn)的采用主要是根據(jù)產(chǎn)品類型、測試目的、任務(wù)來源。其中產(chǎn)品類型是關(guān)鍵因素，而目前羽絨制品的產(chǎn)品類型越來越多。近年來，市場上出現(xiàn)了不同成分混合填充物、不規(guī)則絎縫、新型絎縫工藝、新型非織造面料夾層等情況，導(dǎo)致檢測機(jī)構(gòu)在標(biāo)準(zhǔn)采用、儀器選用、測試過程中存在諸多局限，無法全面滿足市場和企業(yè)需求。

本文通過分析人體在穿著羽絨服過程中的全息運動作用數(shù)據(jù)，探索一種以人體運動學(xué)原理為基礎(chǔ)的防鉆絨試驗方法，并模擬一套符合人體工程學(xué)要求的防鉆絨測試設(shè)備。

2 防鉆絨性能測試方法現(xiàn)狀

目前國內(nèi)檢驗機(jī)構(gòu)依據(jù)摩擦法和轉(zhuǎn)箱法，構(gòu)成了一系列羽絨制品檢測的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)引用方法，如GB/T 14272—2011《羽絨服裝》附錄E（織物防鉆絨性試驗方法 摩擦法）、FZ/T 73053—2015《針織羽絨服裝》（轉(zhuǎn)箱法，30cm×30cm樣品袋）、QB/T 1193—2012《羽絨羽毛被》（轉(zhuǎn)箱法）、QB/T 1194—2012《羽絨羽毛床墊》（轉(zhuǎn)箱法）、QB/T 1195—2012《羽絨羽毛睡袋》（摩擦法）和QB/T 1196—2012《羽絨羽毛枕、墊》（轉(zhuǎn)箱法）。國外檢驗機(jī)構(gòu)在上述試驗方法上，還有BS EN 12132-2:1999《羽毛和羽絨 織物防鉆絨性能試驗方法 第1部分：沖擊試驗》[1]。

通過比較可知，上述試驗方法只能反映織物面料防鉆絨性能，無法體現(xiàn)因成衣絎縫針眼導(dǎo)致的鉆絨和其他問題，與人體穿著體驗仍有比較大的差距，而且無法體現(xiàn)羽絨中隨鉆絨帶出來雜質(zhì)引起的表面清潔度問題。同時針對日常生活中人們接觸最多的羽絨服裝產(chǎn)品，不同部位采用的織物或工藝存在差異，上述方法僅測出了標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的特定部位（后背），而無法體現(xiàn)袖子、前胸和肩部等鉆絨性能。另外，在現(xiàn)有的羽絨服防鉆絨性能試驗過程中，也經(jīng)常會遇到各種問題，比如羽絨服成品絎縫間距過小，取樣困難，且試驗效果不理想；缺乏經(jīng)向或緯向試樣；樣品提供方無法提供羽絨服成衣的防鉆絨面料；織物經(jīng)測試防鉆絨性能合格，但實際穿著過程中不能滿意等問題[2]。

可見，現(xiàn)有測試方法已經(jīng)嚴(yán)重?zé)o法滿足生產(chǎn)者、消費者和質(zhì)檢機(jī)構(gòu)的要求，導(dǎo)致部分測試附加了大量偏離標(biāo)準(zhǔn)的條件，測試結(jié)果只具有內(nèi)部使用意義。

3 人體運動規(guī)律與羽絨鉆絨規(guī)律之間的關(guān)系

3.1 人體運動基本規(guī)律

人體運動需要全身各部分的互相協(xié)調(diào)，全身及軀干的基本運動動作可分為擺動、扭轉(zhuǎn)和相向運動3種，本文僅討論前兩種。上肢的基本運動形式分為推、拉、鞭打3種。下肢的基本運動形式分為緩沖、蹬伸、鞭打3種。人體共有206塊骨，它們相互連接構(gòu)成人體的骨架——骨骼。分為顱骨、軀干骨和四肢骨3個大部分。其中，有顱骨29塊、軀干骨51塊、四肢骨126塊，全身約有639塊肌肉[3]。不同肌肉的類型、作用及功能等差異較大，骨骼和肌肉的相互作用是完成各種運動的基本條件，本文主要研究上肢運動。

3.2 羽絨鉆絨基本規(guī)律

羽絨服在穿著過程中，在以人體擺動和扭轉(zhuǎn)為基礎(chǔ)的運動下，實際受力作用十分復(fù)雜，同時還與身邊其他物體接觸產(chǎn)生相互作用，形成了羽絨鉆絨的原始作用力，與此同時，受羽絨內(nèi)膽環(huán)境中的空氣、熱量、濕度和靜電等因素影響，原始作用力迅速增強(qiáng)或衰減，促使羽絨與面料反復(fù)相互作用，面料在相關(guān)作用力影響下，部分地方經(jīng)緯密度如果發(fā)生變化，就會導(dǎo)致羽絨趁機(jī)由此鉆出，如圖1所示。

3.3 人體運動對羽絨鉆絨的影響

羽絨服受實際使用環(huán)境影響，鉆絨效果差異非常大。運動過程中，羽絨服內(nèi)的空氣也隨之流動，導(dǎo)致內(nèi)部羽絨不斷產(chǎn)生位移及形態(tài)變化。運動量和動作復(fù)雜程度越大，鉆絨概率越大。在實驗室測試過程中，摩擦法因樣袋內(nèi)空氣含量非常低，羽絨在測試過程中位移較小，忽視了人體運動過程中服裝內(nèi)氣體流動對羽絨運動的影響；轉(zhuǎn)箱法因測試箱體空間有限，模擬鉆絨效果不足。尤其是當(dāng)羽絨服體積較大時，在測試過程中，羽絨服整體受力單一，橡膠球?qū)τ鸾q服的撞擊力度和隨機(jī)度不夠，無法模擬出復(fù)雜的穿著過程。

3.4 紗線線密度和面料經(jīng)緯密變化對羽絨鉆絨的影響

隨著羽絨服受外力作用時間的累積，與羽絨直接接觸的面料經(jīng)緯密也在不斷地變化，紗線受外力擠壓、拉伸、摩擦、穿刺等作用力時，其支數(shù)也不斷變化，導(dǎo)致面料經(jīng)緯線之間孔隙越來越大。另外羽絨服經(jīng)水洗多次后，紗線形態(tài)已經(jīng)產(chǎn)生諸多不可逆的變化，也會加大鉆絨問題。

4 仿生運動在鉆絨模擬中的運用

本文研究一種用于羽絨防鉆絨性能測試的設(shè)備，通過設(shè)置仿生主體、測試箱、收集板和控制箱完成。如圖2所示。

如圖2所示，仿生主體設(shè)置于測試箱內(nèi)，并與控制箱連接，收集板設(shè)置于測試箱和控制箱之間，用于收集測試過程中鉆出脫落的羽絨，提高了羽絨防鉆絨性能測試的準(zhǔn)確性和便捷性。

設(shè)置仿生主體包括仿生頭部和仿生軀干，仿生頭部內(nèi)設(shè)有電機(jī)、第一支架和若干個導(dǎo)桿，電機(jī)與每個導(dǎo)桿相連接，電機(jī)用于控制每個導(dǎo)桿往復(fù)運動，且每個導(dǎo)桿均通過金屬線與撞擊球相連接。頭部的前后各加裝多個撞擊球，可設(shè)置一定的高度，分別對應(yīng)前胸和后背6個不同的撞擊點；在雙臂高頻擺動的同時，各個撞擊球懸置于相應(yīng)高度部位處，在仿生頭部電機(jī)和若干個導(dǎo)桿傳動作用下連續(xù)隨機(jī)撞擊羽絨服。

測試空間底層為黑色磨砂板，用于收集測試過程中掉落的羽絲、羽毛和絨絲等；相比于已有測試設(shè)備，本設(shè)備通過模擬人體運動中雙臂的擺動，以及撞擊球在不同位置處的自由力度下模擬外界的撞擊、摩擦等，使待測試羽絨服各個位置受到模擬穿著過程中的各種力作用。通過雙臂高頻擺動和扭轉(zhuǎn)，可使羽絨服的袖子、前胸和后背受到來自各個方面的牽引和擠壓作用力，結(jié)合自由撞擊球的隨機(jī)作用力，全面地模擬羽絨服在日常使用的情形，從而更好地測試羽絨服的防鉆絨性能。

5 防鉆絨性能測試結(jié)果表征

為更加全面地反映羽絨服的防鉆絨性能，仿生鉆絨測試的結(jié)果中至少包含以下3項指標(biāo)：（1）織物表面鉆絨根數(shù)；（2）絎縫針跡鉆絨根數(shù)；（3）表面清潔度評價。表面鉆絨根數(shù)是指落在收集板上的根數(shù)、鉆出面料后附著在表面的根數(shù)以及鉆出面料表面2mm的根數(shù)之和。絎縫針跡鉆絨根數(shù)是指從絎縫針跡鉆出表面的根數(shù)。表面清潔度是指面料表面和絎縫針跡處鉆出的粉塵顆粒物。指標(biāo)（1）反映的是面料防鉆絨性能，指標(biāo)（2）反映的是絎縫針跡的防鉆絨性能，指標(biāo)（3）反映的是填充物羽絨內(nèi)粉塵含量鉆出的表征。

對于淺色羽絨服，尤其是純白色面料，經(jīng)常會出現(xiàn)羽絨服穿一段時間后，絎縫會有不明粉塵出現(xiàn)，或者經(jīng)水洗晾干后發(fā)現(xiàn)絎縫處有明顯“痕跡”。這些都是羽絨服質(zhì)量問題，會對消費者正常使用造成一定的困擾。如果能在防鉆絨測試中提前預(yù)警發(fā)現(xiàn)并及時解決，這將有效避免生產(chǎn)者出現(xiàn)質(zhì)量風(fēng)險。

現(xiàn)有羽絨服傳統(tǒng)防鉆絨測試結(jié)果僅體現(xiàn)面料表面鉆絨根數(shù)，無法對羽絨鉆絨效果做出全面準(zhǔn)確的評價，因此測試結(jié)果存在一定的局限性。

6 總結(jié)與建議

本文研究目的是為了克服現(xiàn)有測試方法存在的缺陷而探討一種完整評價羽絨服防鉆絨性能的方法。表征羽絨服防鉆絨性能主要目的最終是為了使消費者在穿著過程中美觀大方，不對環(huán)境和人體健康造成危害。隨著市場上羽絨服款式的推陳出新，人們穿著羽絨服的目的也不限于防寒保暖，越來越多的款式和類型已經(jīng)超出了測試方法標(biāo)準(zhǔn)適用范圍?，F(xiàn)有的測試方法在一定程度上能反映出面料的防鉆絨性能，但存在的局限性也是顯而易見。而仿生測試方法，在原理上盡最大可能模擬人體運動規(guī)律，根本目的在于使測試結(jié)果最大程度地反映出真實使用場景中的服裝性能，因此測試結(jié)果具有較強(qiáng)的應(yīng)用價值和參考意義。不足之處是，文中機(jī)械模擬的仿生運動軌跡需要進(jìn)一步探討，以確保服裝在復(fù)雜運動軌跡下受到全面飽和作用力。