織物與皮膚動(dòng)態(tài)接觸下的濕感覺閾限與強(qiáng)度評(píng)價(jià)

張昭華， 唐香寧， 李 俊， 李璐瑤

(1. 東華大學(xué) 服裝與藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院， 上海 200051；2. 東華大學(xué) 現(xiàn)代服裝設(shè)計(jì)與技術(shù)教育部重點(diǎn)試驗(yàn)室， 上海 200051)

感覺環(huán)境及皮膚濕度變化對(duì)人體的自主生理與行為調(diào)節(jié)有重要意義，然而人體最大的感覺器官皮膚并沒有專門的濕感受器，而是通過溫度感受器及機(jī)械感受器響應(yīng)外界刺激，轉(zhuǎn)化為電信號(hào)傳遞至大腦進(jìn)行整合，形成復(fù)雜的濕感覺[1]。由于皮膚濕感知主要反映人體的心理感覺，通常采用心理物理法研究人體隨外界刺激所發(fā)生的感覺變化情況，一般采用閾限評(píng)價(jià)和閾上強(qiáng)度評(píng)價(jià)2種形式。

閾限評(píng)價(jià)反映皮膚感知最小刺激的能力，用于衡量人體皮膚辨別濕潤(rùn)的敏感度，評(píng)價(jià)指標(biāo)主要有絕對(duì)閾限(AL)、差別閾限(DL)及韋伯分?jǐn)?shù)3種[2]。Sweeney等[3]采用恒定刺激法，通過向織物中添加水作為物理刺激，結(jié)果發(fā)現(xiàn)心理濕感知出現(xiàn)的絕對(duì)閾限為含濕量0.024 mL，差別閾限為含濕量0.039 mL， 韋伯分?jǐn)?shù)為0.43，說明人體皮膚具有較好的濕敏感性。Jeon等[4]也采用恒定刺激法測(cè)試了4種織物的差別閾限，分別使用標(biāo)準(zhǔn)刺激0.5 mL和1.5 mL 代表低和高出汗率，結(jié)果表明織物類型影響差別閾限值，在低刺激(0.5 mL)時(shí)棉織物的差別閾限最大，而在高刺激(1.5 mL)時(shí)高性能滌綸的差別閾限最大，說明滌綸織物的高芯吸率在高出汗條件下能提供更好的濕舒適性。Bergmann等[5]研究發(fā)現(xiàn)，手指與織物靜態(tài)接觸時(shí)的韋伯分?jǐn)?shù)在0.34～0.63之間，而在動(dòng)態(tài)接觸時(shí)的韋伯分?jǐn)?shù)為0.3，說明人體可借助額外的機(jī)械刺激來提高濕感知的辨別能力。

測(cè)量感覺閾限的目的在于為心理物理函數(shù)標(biāo)定起點(diǎn)，另外還需測(cè)量閾上感覺強(qiáng)度，以描述刺激的心理感受和刺激的物理屬性之間的關(guān)系。在濕感知的強(qiáng)度評(píng)價(jià)中，需要向織物加水作為物理濕刺激，因此加濕方法會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成影響。以往的研究中，向織物加濕的方法主要有定量加濕、動(dòng)態(tài)加濕和干燥等方法。定量加濕是在接觸皮膚之前預(yù)先向織物加入恒定量的水[3,6]，或者根據(jù)織物的飽和含水量，以一定的百分比梯度加濕[7-8]。由于織物厚度的不同，2種加濕方法會(huì)產(chǎn)生不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，Raccuglia[9]對(duì)比了2種加濕方法，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，采用百分比梯度向織物加濕時(shí)，由于薄織物的絕對(duì)含水量小于厚織物，薄織物比厚織物感覺更干，相反地，當(dāng)采用恒定量法加水時(shí)，由于較薄面料的單位體積相對(duì)含濕量大于厚面料，導(dǎo)致濕感知較強(qiáng)。動(dòng)態(tài)加濕方法是指在皮膚與織物接觸的過程中，動(dòng)態(tài)持續(xù)向織物加濕，Tang等[10]應(yīng)用自動(dòng)注射泵，控制水流以恒定的速度向織物加濕，直到受試者感覺到濕及粘體感。這種加濕方法可模擬人體初始出汗階段及真實(shí)的著裝情況。干燥法指先向織物加入定量的水，然后干燥不同的時(shí)間，研究織物內(nèi)余留的水量與濕感知之間的關(guān)系。Chau等[11]為模擬人體運(yùn)動(dòng)后恢復(fù)階段的服裝干燥行為，首先向織物加入1.4 g的水，然后分別干燥0, 16, 32, 48, 60 min，稱量各時(shí)刻織物的含水量，并評(píng)價(jià)皮膚的濕感知，建立起織物干燥時(shí)間與主觀濕感知評(píng)分之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。可見，不同的加濕方法適用于模擬不同的著裝行為及出汗階段，在具體使用過程中，需充分考慮產(chǎn)品應(yīng)用的場(chǎng)合與目的。

目前在有關(guān)濕感知的研究中，既有應(yīng)用閾上強(qiáng)度評(píng)價(jià)方法的，又有應(yīng)用閾限評(píng)價(jià)方法的，但由于所采用的實(shí)驗(yàn)條件、測(cè)試織物、測(cè)試部位等均不相同，難以對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。本文將系統(tǒng)探討皮膚濕感知閾限值與閾上強(qiáng)度的影響機(jī)制，從多個(gè)維度綜合評(píng)價(jià)皮膚濕感覺的影響因素與作用機(jī)制。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)選擇具有不同纖維類型、組織結(jié)構(gòu)和厚度的9種針織物，根據(jù)厚度可分為2組，即薄型組(0.67～0.75 mm)和厚型組(0.97～1.03 mm)。處于同一組中的織物在厚度與質(zhì)量上接近，但纖維種類不同。另選取參照織物1塊，用于主觀濕感覺評(píng)分時(shí)的基準(zhǔn)，實(shí)驗(yàn)織物的具體參數(shù)如表1所示。

表1 織物規(guī)格參數(shù)表Tab.1 Fabric specification parameters

所有織物均裁剪成10 cm×17 cm大小的試樣，并根據(jù)AATCC 135—2015：《家庭洗滌后的織物尺寸變化標(biāo)準(zhǔn)》，每種織物洗滌3次，試樣使用前至少在人工氣候室內(nèi)放置24 h。

1.2 受試者

27名沒有感覺系統(tǒng)及皮膚疾病的女性大學(xué)生自愿參加實(shí)驗(yàn)，首先進(jìn)行受試者篩選以保障主觀測(cè)評(píng)的可靠性與穩(wěn)定性，篩選的方法按照前期研究[12]進(jìn)行。經(jīng)篩選后，主觀濕感覺評(píng)分一致性較好的20名受試者(年齡:(23.5±2.5)歲, 身高:(159.6±8.2) cm, 體重:(52.1±7.9) kg被挑選出來，成為實(shí)驗(yàn)的最終受試者。

1.3 實(shí)驗(yàn)裝置

設(shè)計(jì)搭建了動(dòng)態(tài)摩擦裝置來模擬皮膚與織物之間的動(dòng)態(tài)接觸過程，包括電動(dòng)機(jī)、調(diào)速器、驅(qū)動(dòng)桿及固定裝置，如圖1所示。測(cè)試過程中，織物由2個(gè)夾子(每個(gè)16 g)夾持，一端連接到驅(qū)動(dòng)桿上，另一端與彈簧連接，彈簧連接到1個(gè)金屬底座上，并用螺絲固定于桌面上。驅(qū)動(dòng)桿在電動(dòng)機(jī)的控制下可實(shí)現(xiàn)水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)，線速度在0～0.12 m/s之間。

1—電動(dòng)機(jī); 2—速度顯示; 3—調(diào)速器; 4—電源開關(guān); 5—驅(qū)動(dòng)桿; 6—夾子; 7—織物試樣; 8—彈簧; 9—金屬底座; 10—注射泵; 11—注射器; 12—硅膠管; 13—溫度傳感器; 14 —數(shù)據(jù)記錄儀。圖1 皮膚與織物間動(dòng)態(tài)接觸測(cè)試設(shè)備圖Fig.1 Testing device for dynamic contact between skin and fabric

為模擬皮膚的動(dòng)態(tài)出汗過程，采用BYZ-810型醫(yī)用注射泵(通盛易達(dá)醫(yī)用電子設(shè)備股份有限公司)向織物動(dòng)態(tài)加濕，注射泵驅(qū)動(dòng)注射器按照指定的速率供水，注射器的出水口連接1根硅膠管(外徑為3 mm)， 封閉硅膠管的另一端，并在距離管端 5 cm 的地方打一個(gè)出水孔，用膠帶將硅膠管固定在受試者的測(cè)試皮膚處，使得出水口朝向織物一側(cè)，當(dāng)水流出時(shí)不會(huì)直接接觸皮膚，而是先被織物吸收。測(cè)試區(qū)域的皮膚溫度使用HSRTD-3-100型鉑電阻溫度傳感器連續(xù)監(jiān)測(cè)(英國(guó) Omega公司)。

制作L形木板(寬為50 cm; 長(zhǎng)為73 cm; 高為43 cm)放置于受試者與測(cè)試裝置之間，避免視覺觀測(cè)影響評(píng)價(jià)結(jié)果。在木板上挖洞，使受試者的左前臂可穿過木板并掌心朝上放置于桌面上，受試者坐在高度可調(diào)的椅子上，實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景如圖2所示。

圖2 實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景圖Fig.2 Experimental setup

1.4 實(shí)驗(yàn)條件

所有實(shí)驗(yàn)都在人工氣候艙內(nèi)完成，環(huán)境溫度為(20±1) ℃， 相對(duì)濕度為(65±5)%，風(fēng)速小于0.3 m/s。

1.4.1 接觸速度

每種織物試樣都在摩擦裝置的帶動(dòng)下，以 3種速度進(jìn)行測(cè)試，分別是低速(v1:30 mm/s)，中速(v2:60 mm/s)和高速(v3:90 mm/s)。

1.4.2 加濕方法

使用室溫為(20±1) ℃的蒸餾水潤(rùn)濕織物試樣，加水量分為3個(gè)等級(jí)：低量0.9 mL (L)；中量1.5 mL (M)；高量2.1 mL (H)。用TopPette Ⅱ微量注射器(大龍實(shí)驗(yàn)儀器有限公司)在織物的中心加水，稱量后放入塑料袋中密閉保存，并在人工氣候艙中放置24 h。在參照試樣中加入50%的最大飽和含水量，代表中度濕感覺強(qiáng)度。根據(jù)AATCC 79—2014《紡織品的吸水性》測(cè)試參照織物的飽和含水量。

在評(píng)價(jià)皮膚濕感覺的絕對(duì)閾限時(shí)，采用注射泵動(dòng)態(tài)加濕的方法，控制出水速度為11 mL/h，持續(xù)向受試者的測(cè)試皮膚區(qū)域供水，直到受試者主觀感覺到濕為止，記錄此時(shí)的加水量。

1.5 實(shí)驗(yàn)流程

實(shí)驗(yàn)共分為2個(gè)部分：絕對(duì)閾限評(píng)價(jià)與閾上強(qiáng)度評(píng)價(jià)。

絕對(duì)閾限評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)中，每位受試者共需完成27次評(píng)價(jià)(9種織物×3種速度)，織物的測(cè)試順序按照隨機(jī)數(shù)排序，測(cè)試流程為：1)受試者進(jìn)入氣候艙后靜坐20 min適應(yīng)環(huán)境條件，期間練習(xí)使用評(píng)價(jià)標(biāo)尺；2)受試者坐于實(shí)驗(yàn)桌前，將左前臂掌心朝上放置于實(shí)驗(yàn)桌上，用酒精擦拭皮膚，并用記號(hào)筆標(biāo)記測(cè)試區(qū)域，即距離腕骨5 cm和10 cm的皮膚區(qū)域；3)使用醫(yī)用膠帶(3M公司)將注射泵的硅膠管與溫度傳感器固定在距離腕骨7.5 cm的皮膚上，保證硅膠管的出水口朝向織物，并將溫度傳感器與Squirrel S2020數(shù)據(jù)記錄儀連接(英國(guó)Grant Instruments有限公司)，每隔30 s檢測(cè)皮膚溫度，直到2次測(cè)試皮膚溫度之間的差值小于2%，記錄此時(shí)的皮膚溫度為基準(zhǔn)皮膚溫度t0；4)將織物試樣反面朝向皮膚放置于測(cè)試皮膚區(qū)域，與摩擦控制裝置相連，設(shè)置1種摩擦速度(v1、v2、v3)拖拽織物開始往復(fù)運(yùn)動(dòng)，打開注射泵同時(shí)用秒表記錄時(shí)間，直到受試者口頭報(bào)告感覺到了濕，立即停止計(jì)時(shí)，記錄此時(shí)的皮膚溫度t1，關(guān)閉注射泵；5)取下織物試樣，用干紙巾輕輕擦拭皮膚上殘留的水分，在開始下一次測(cè)試前，應(yīng)確保測(cè)試皮膚溫度恢復(fù)到基準(zhǔn)溫度的2%范圍內(nèi)。重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)過程，直到完成所有待測(cè)織物，每位受試者訪問實(shí)驗(yàn)室3次，每次測(cè)試1種摩擦速度。

閾上強(qiáng)度評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)中，每位受試者共需完成81次評(píng)價(jià)(9種織物×3種速度×3種加水量)。實(shí)驗(yàn)流程與絕對(duì)閾限實(shí)驗(yàn)類似，不同的是采用了預(yù)先加濕織物的方法，而不是通過注射泵供水。首先將參照織物放置于測(cè)試皮膚上，選擇一種速度并摩擦10 s后停止，告知受試者參照織物的濕感覺評(píng)分為5，在隨后的測(cè)試中可與參照織物相比較進(jìn)行評(píng)分。取下參照織物，輕輕擦拭皮膚殘留水分，待皮膚溫度恢復(fù)到基準(zhǔn)溫度的2%時(shí)，隨機(jī)選擇一塊測(cè)試濕織物，摩擦10 s后，取下織物并立即記錄此時(shí)的皮膚溫度(t1)，同時(shí)要求受試者在5 s內(nèi)給出濕感覺評(píng)分。重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)過程，直到完成所有待測(cè)織物，每位受試者訪問實(shí)驗(yàn)室3次，每次測(cè)試一種摩擦速度。

1.6 測(cè)試指標(biāo)

1.6.1 液態(tài)水管理性能測(cè)試

應(yīng)用MMT織物濕管理測(cè)試儀(英國(guó)SDL Atlas公司)，根據(jù)AATCC 195—2009《織物液態(tài)水管理性能》，對(duì)織物試樣的液態(tài)水傳遞性能進(jìn)行測(cè)試，每種織物裁剪3塊測(cè)試。織物的潤(rùn)濕時(shí)間較短，擴(kuò)散速度較快，吸水速率與潤(rùn)濕半徑較大，則具有較好的濕傳遞性能。

1.6.2 織物風(fēng)格測(cè)試

應(yīng)用KES-FB4織物風(fēng)格儀(日本Kato Tech有限公司)測(cè)試織物的表面粗糙度(SMD)和摩擦因數(shù)(MF)，較大的SMD值表示表面粗糙，較高的摩擦因數(shù)表示摩擦阻力大。應(yīng)用KES-F7熱傳導(dǎo)儀，測(cè)試織物的瞬態(tài)最大熱流量(Qmax)，表示織物與皮膚接觸瞬間所傳遞的熱流量。所有織物試樣均在干態(tài)與濕態(tài)(含水量為低(L)、中(M)、高(H))下測(cè)試各項(xiàng)展面指標(biāo)，每種織物裁剪3塊測(cè)試。

1.6.3 皮膚冷卻率測(cè)試

測(cè)量受試者的局部皮膚在濕織物刺激前后的皮膚溫度，根據(jù)下式計(jì)算測(cè)試皮膚區(qū)域的冷卻率：

Δtsk=(t2-t1)/θ

(1)

式中：Δtsk為局部皮膚冷卻率 ℃/s;t1為施加濕織物刺激前的初始皮膚溫度 ℃;t2為施加濕織物刺激后的皮膚溫度 ℃;θ為施加刺激的時(shí)間，閾上強(qiáng)度測(cè)試為10 s。

1.6.4 濕感覺的絕對(duì)閾限測(cè)試

濕感覺的絕對(duì)閾限是指觸發(fā)受試者初始感覺到濕時(shí)所需的供水量，由注射泵的注射速度與時(shí)長(zhǎng)計(jì)算得到：

(2)

式中：ρw為觸發(fā)濕感覺所需的水量，即濕感覺絕對(duì)閾限 mL;vw為供水速度(11 mL/h)；θw為受試者感覺到濕所需要的時(shí)間 s。

1.6.5 濕感覺的閾上強(qiáng)度測(cè)試

采用視覺模擬標(biāo)尺評(píng)價(jià)皮膚濕感覺的強(qiáng)度，如圖3所示。濕感覺評(píng)分從1(最弱)到9(最強(qiáng))，受試者可以在標(biāo)尺上的任意位置標(biāo)記(精度0.1)，每種織物試樣的評(píng)分通過與參照織物(評(píng)分5)比較得出。

圖3 濕感覺評(píng)分標(biāo)尺Fig.3 Wetness rating scale

1.7 數(shù)據(jù)分析

在閾上強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)中，自變量為織物類型(9水平)、摩擦速度(3水平：v1、v2、v3)和含水量(3水平：L、M、H)，因變量包括皮膚冷卻率和主觀濕感覺評(píng)分。采用三因素重復(fù)測(cè)量方差分析，考察自變量對(duì)皮膚冷卻率和濕感覺評(píng)分的影響，若發(fā)現(xiàn)顯著性影響，則進(jìn)一步進(jìn)行邦弗朗尼多重比較。

在絕對(duì)閾限實(shí)驗(yàn)中，自變量為織物類型(9水平)和摩擦速度(3水平：v1、v2、v3)，因變量為皮膚冷卻率和絕對(duì)閾限。應(yīng)用雙因素重復(fù)測(cè)量方差分析，考察自變量對(duì)皮膚冷卻率和絕對(duì)閾限的影響。

應(yīng)用皮爾遜相關(guān)性分析計(jì)算濕感覺閾上強(qiáng)度、絕對(duì)閾限與織物客觀物理參數(shù)之間的相關(guān)系數(shù)。應(yīng)用多元逐步回歸分析，建立根據(jù)客觀參數(shù)(皮膚冷卻率、織物的表面性能指標(biāo)、濕傳遞性能指標(biāo))預(yù)測(cè)皮膚濕感覺絕對(duì)閾限與閾上強(qiáng)度的數(shù)學(xué)模型。統(tǒng)計(jì)分析采用SPSS 24軟件，顯著性水平設(shè)為ρ<0.05.

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 濕感覺的絕對(duì)閾限

各織物試樣的濕感覺絕對(duì)閾限測(cè)試結(jié)果如圖4所示。結(jié)果表明，織物類型對(duì)觸發(fā)濕感覺所需的供水量(絕對(duì)閾限)有顯著影響[F(6.7, 144)=6.03,p<0.001]，摩擦速度沒有顯著影響?？椢風(fēng)5比織物L(fēng)4與L1有顯著更低的絕對(duì)閾限(p<0.05)，說明L5比其他織物更易觸發(fā)濕感覺。

圖4 織物在3種摩擦速度下的濕感覺絕對(duì)閾限Fig.4 Absolute threshold of wetness perception of fabrics at three velocities

皮膚冷卻率與絕對(duì)閾限之間呈顯著的負(fù)相關(guān)性(r=- 0.585,p=0.001)，說明當(dāng)皮膚冷卻率越大時(shí)，濕感覺的絕對(duì)閾限越低，皮膚濕感覺閾限在0.08～0.13 mL水之間，對(duì)應(yīng)于皮膚冷卻率在0.03～0.06 ℃/s 之間。

織物的濕傳遞性能(MMT測(cè)試)與濕感覺絕對(duì)閾限之間的相關(guān)分析表明，潤(rùn)濕時(shí)間與濕感覺的絕對(duì)閾限之間有顯著的負(fù)相關(guān)性(r=-0.70,p=0.037)，而水的擴(kuò)散速度與絕對(duì)閾限之間有顯著的正相關(guān)性(r=0.69,p=0.04)。

織物的表面性能(KES測(cè)試)與濕感覺絕對(duì)閾限之間的相關(guān)分析表明，絕對(duì)閾限與摩擦因數(shù)(M)之間有顯著的正相關(guān)性(r=0.746,p=0.004)，而與幾何粗糙度(SMD)之間沒有顯著相關(guān)性(r=-0.027,p=0.946).

應(yīng)用多元逐步回歸分析建立濕感覺絕對(duì)閾限的回歸方程。當(dāng)把皮膚冷卻率、織物的物理參數(shù)(潤(rùn)濕時(shí)間、擴(kuò)散速度、粗糙度、摩擦因數(shù)、織物厚度)與摩擦速度一起作為自變量代入后，可得到濕感覺絕對(duì)閾限的預(yù)測(cè)方程 (r2=0.67,p=0.004) ：

ρw=0.07+0.129MF-0.76Δtsk

(3)

式中：MF為摩擦因數(shù)(MIU)，是主要影響因子，解釋了總方差的56%，皮膚冷卻率Δtsk(℃/s)是次要影響因子，解釋了總方差的11%。

當(dāng)用織物的最大熱流量(Qmax)代替皮膚冷卻率作為自變量時(shí)，可得到另一個(gè)預(yù)測(cè)方程(r2=0.702,p<0.001)：

ρw=0.085+0.102MF-0.003θw

(4)

式中：MF為主要的影響因子，解釋了總方差的51%；θw為潤(rùn)濕時(shí)間s，為次要影響因子，解釋了總方差的19.2%，而Qmax未進(jìn)入模型。

2個(gè)回歸模型(式(3)和式(4))都可預(yù)測(cè)濕感覺絕對(duì)閾限，但從實(shí)際應(yīng)用角度來看，式(4)建立在織物的客觀物理參數(shù)上，可用儀器方便地進(jìn)行測(cè)試，而式(3)使用了皮膚溫度，需通過復(fù)雜人體實(shí)驗(yàn)得到。

2.2 濕感覺的閾上強(qiáng)度

每種織物在3種含水量與3種摩擦速度下，與測(cè)試皮膚區(qū)域接觸時(shí)的主觀濕感覺評(píng)分如圖5所示。三因素重復(fù)測(cè)量方差分析表明，織物類型對(duì)皮膚濕感覺有顯著影響[F(7.3, 1301.9)=53.7,p<0.001]，含水量有顯著影響[F(1.9, 1066.3)=99.5,p<0.001]，摩擦速度也有顯著影響[F(1.9, 1065.5)=8.5,p<0.001]。

進(jìn)一步應(yīng)用多重比較發(fā)現(xiàn)，濕感覺評(píng)分隨著含水量從L增加到H而逐漸增強(qiáng)(p<0.001)。摩擦速度v1比v2和v3有顯著更高的濕評(píng)分(p<0.01)，但v2與v3之間沒有顯著差異(p=1.0)。另外，織物類型與含水量之間有顯著的交互作用[F(11.9, 706.2)=2.23,p=0.01]，只有織物L(fēng)4的不同含水量(L、M、H)對(duì)濕評(píng)分沒有顯著影響(p> 0.05)，說明Coolmax?織物在人體高出汗率的情況下有助于降低皮膚的濕感覺。

圖5 織物在不同含水量下的濕感覺強(qiáng)度Fig.5 Wetness perception rating of each fabric under different water contents at contacting velocity of V1 (a); V2 (b) and V3 (c)

相關(guān)分析結(jié)果表明，皮膚冷卻率與濕感覺評(píng)分之間呈顯著的正相關(guān)性(r=0.72,p<0.001)，皮膚冷卻率越大則濕評(píng)分越高。另外，濕評(píng)分與織物的最大瞬態(tài)熱流量(Qmax)也呈顯著的正相關(guān)性(r=0.879,p<0.001)?？椢锏臐駛鬟f與表面性能影響皮膚濕感覺，皮膚濕感覺評(píng)分與織物的吸水速率呈顯著的負(fù)相關(guān)性(r=- 0.69,p<0.001)，與擴(kuò)散速度呈顯著的負(fù)相關(guān)性(r=-0.55,p<0.001)。另外，織物的摩擦因數(shù)(MF)與濕感覺評(píng)分有顯著的正相關(guān)性(r=0.26,p=0.018)，而與粗糙度(SMD)之間的相關(guān)性不顯著(r=- 0.01,p=0.93)。

作為人體的生理指標(biāo)，皮膚冷卻率可以反映從皮膚到織物所傳遞的熱流量，當(dāng)把皮膚冷卻率與織物的物理參數(shù)，包括吸水速率、擴(kuò)散速度、粗糙度(SMD)、摩擦因數(shù)(MF)、摩擦速度等一起作為自變量代入多元逐步回歸分析，可得到皮膚濕感覺評(píng)分的預(yù)測(cè)方程(r2=0.74,p<0.01)：

R=-0.73+32.71Δtsk+3.92MF-0.009S

(5)

式中：R為濕感覺評(píng)分值；S為吸水速率，%/s;Δtsk皮膚冷卻率(℃/s)為主要影響因子，解釋了總方差的62%，而摩擦因數(shù)和吸水速率是次要因子，二者共同解釋了總方差的12%。

如前所述，皮膚冷卻率的測(cè)試需進(jìn)行人體實(shí)驗(yàn)，該參數(shù)較難采集，因此用織物的導(dǎo)熱性能Qmax與含水量代替皮膚冷卻率，重新代入多元逐步回歸分析，得到另一個(gè)預(yù)測(cè)方程(r2=0.86,p<0.001)：

R=1.798+17.414Qmax+0.807C+3.798MF-

0.015S-0.293v-0.003vm

(6)

式中：Qmax為瞬態(tài)最大熱流量，W/m2；C為含水量，g；v為水?dāng)U散速度，m/s;vm為摩擦速度，m/s；摩擦因數(shù)MF是主要的影響因子，解釋了總方差的82%；雖然吸水速率、擴(kuò)散速度與摩擦速度也進(jìn)入了模型，但影響較小，總共解釋了總方差的4%，因此也可以將模型簡(jiǎn)化為

R=1.798+17.414Qmax+0.807C+3.798MF

(7)

3 討論分析

3.1 熱濕傳遞作用的影響

本文研究證實(shí)了較高的皮膚冷卻率會(huì)引起較強(qiáng)的濕感覺，并更易使人感覺到濕，這與文獻(xiàn)[13-14]的研究一致，即較高的濕感覺評(píng)分與較高的皮膚溫度下降率有關(guān)。

在濕感覺的閾上強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，織物的瞬態(tài)熱流量(Qmax)對(duì)濕感覺評(píng)分有顯著影響，而在絕對(duì)閾限評(píng)價(jià)中，未發(fā)現(xiàn)Qmax的顯著作用。造成這種不一致的主要原因是，在強(qiáng)度評(píng)分實(shí)驗(yàn)中，織物的加水量(最小0.9 mL)較大，而在閾限評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)中織物的加水量?jī)H為0.08～0.13 mL。由于較少的含水量不足以引起織物導(dǎo)熱性能之間的差異，Qmax未能成為濕感覺絕對(duì)閾限的影響因子。

除熱傳遞性能外，織物的液態(tài)水傳遞性能影響皮膚濕感覺。在用儀器測(cè)試的各種水傳遞性能中，織物的吸水速率、水?dāng)U散速度越快，則濕感覺閾上強(qiáng)度評(píng)分越低。相應(yīng)地，織物的水?dāng)U散速度越快、潤(rùn)濕時(shí)間越短，則人體需要更長(zhǎng)的時(shí)間感覺到濕，即濕感覺的絕對(duì)閾限越高。

在定量的濕刺激下，濕感覺強(qiáng)度評(píng)分越高的織物說明濕敏感性越好；相反地，引起可察覺濕感覺所需的加水量越小則濕敏感性越好。為比較織物在閾上強(qiáng)度評(píng)分與絕對(duì)閾限實(shí)驗(yàn)中的濕敏感性差異，將濕感覺的絕對(duì)閾限取反(ρ)，即較小的值代表較低的敏感性，如下式所示：

ρ=-ρw

(8)

2種濕敏感性評(píng)價(jià)方法之間的比較如圖6所示。3種滌綸織物(L3, H3, H4)的濕敏感性在閾上強(qiáng)度評(píng)價(jià)中最小，而在絕對(duì)閾限評(píng)價(jià)中最大。根據(jù)織物的水傳遞性能測(cè)試結(jié)果，這3種織物的吸水與潤(rùn)濕速度比其他織物要差，水滴不能在短時(shí)間內(nèi)被織物吸收，導(dǎo)致水與皮膚直接接觸，因此在閾限評(píng)價(jià)中有更高的敏感性。

圖6 濕感覺評(píng)分與絕對(duì)閾限之間的比較Fig.6 Comparison between wetness rating and wetness threshold detection

進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，濕感覺預(yù)測(cè)式(4)與式(7)之間的差異，在濕感覺絕對(duì)閾限回歸式式(4)中，潤(rùn)濕時(shí)間替代了閾上強(qiáng)度回歸方程式(5)中的Qmax和含水量成為主要影響因子。說明在閾限評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)中，織物的濕傳遞性能發(fā)揮著更重要的作用，而在閾上強(qiáng)度評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)中，濕織物的熱傳遞性能起主要作用，由于含水量與Qmax值之間的正相關(guān)性，織物吸收的水越多，Qmax值越大，從而導(dǎo)致了更大的濕感覺評(píng)分。在皮膚初始出汗階段，織物的濕傳遞性能對(duì)濕感知起關(guān)鍵作用，隨著織物內(nèi)吸水量的增加，濕織物的熱傳遞性能對(duì)濕感覺強(qiáng)度發(fā)揮顯著作用。

3.2 機(jī)械刺激作用的影響

前人研究了皮膚與織物動(dòng)態(tài)接觸對(duì)濕感覺的影響[9-10]，然而有關(guān)接觸速度的影響機(jī)制未見相關(guān)報(bào)導(dǎo)。本研究雖然沒有發(fā)現(xiàn)接觸速度對(duì)濕感覺絕對(duì)閾限的影響，但在閾上強(qiáng)度的評(píng)價(jià)中，較低的接觸速度造成顯著更強(qiáng)的濕感覺。導(dǎo)致這種不一致的可能原因是，在絕對(duì)閾限實(shí)驗(yàn)中，水從硅膠管中滴出并首先在織物一側(cè)擴(kuò)散，沒有直接與皮膚接觸，因此在較短的測(cè)試時(shí)間內(nèi)，接觸速度對(duì)水?dāng)U散能力的影響是微不足道的。

無論是絕對(duì)閾限還是閾上強(qiáng)度評(píng)價(jià)都發(fā)現(xiàn)摩擦因數(shù)對(duì)濕感覺的顯著影響。在絕對(duì)閾限預(yù)測(cè)模型式(4) 中，織物的摩擦因數(shù)解釋了總方差的59%，表明在皮膚初始出汗時(shí)，織物較干燥，此時(shí)織物的表面材質(zhì)特性是影響濕敏感性的主要因子。這與文獻(xiàn)[15] 的研究一致，即當(dāng)冷刺激缺失時(shí)，人體主要靠機(jī)械刺激信號(hào)來察覺到濕。隨著出汗量的增加，織物內(nèi)逐漸吸收水分，此時(shí)濕織物的熱傳遞性能取代表面材質(zhì)性能成為皮膚濕敏感性的主要預(yù)測(cè)因子，正如閾上強(qiáng)度模型式(7)所示的那樣，摩擦因數(shù)僅解釋了總方差的5%，而Qmax解釋了總方差的54%。因此，不同的回歸模型適用于預(yù)測(cè)皮膚不同出汗階段的濕感覺。

4 結(jié) 論

本文探討了當(dāng)皮膚與織物動(dòng)態(tài)接觸時(shí)，織物類型、含水量和接觸速度對(duì)濕感覺絕對(duì)閾限與閾上強(qiáng)度的影響。發(fā)現(xiàn)織物類型影響濕感覺，觸發(fā)人體可察覺濕感覺的含水量在0.08～0.13 mL之間，在各種儀器測(cè)量的水傳遞性能中，具有較快擴(kuò)散速度與較低吸水率的織物濕感覺較弱。

織物的表面性能影響濕感覺，在初始出汗階段，織物相對(duì)干燥，此時(shí)織物的摩擦因數(shù)是影響濕感覺的主要因素，其次是潤(rùn)濕時(shí)間。隨著出汗量的增加，織物吸水量增大，此時(shí)織物的熱傳遞指數(shù)(Qmax)成為影響濕感覺的主要因素，其次是摩擦因數(shù)。表明模擬皮膚從干燥到出汗的動(dòng)態(tài)過程中，在不同的出汗階段，濕感覺的主要影響因素存在差異。

本文系統(tǒng)評(píng)價(jià)了皮膚與織物動(dòng)態(tài)接觸下，濕刺激與機(jī)械刺激對(duì)皮膚濕感覺的影響，為改善運(yùn)動(dòng)服、休閑服及健康醫(yī)療類產(chǎn)品的濕舒適感覺提供了測(cè)試技術(shù)與評(píng)價(jià)方法。實(shí)驗(yàn)使用室溫下的蒸餾水，與實(shí)際汗液的成分及溫度之間可能存在差異，另外，受試者均為女性，有關(guān)性別之間的差異未做探討。在未來的研究中，當(dāng)人體在熱環(huán)境中運(yùn)動(dòng)出汗時(shí)，服裝設(shè)計(jì)因素(合體性、通風(fēng)性、開口)對(duì)濕感覺的影響值需進(jìn)一步深入探討。