織物刺癢感檢測中試驗條件的影響和確定

潘 洪，郭培琳

(北京毛紡織科學研究所檢驗中心， 北京 100026)

織物刺癢感是織物受到一定外力作用時，織物中的粗纖維、毛羽和皮膚接觸，刺激了人體表皮下層的神經(jīng)末梢從而產(chǎn)生的生理反應[1]。刺癢感由人體的觸覺感知，主要取決于紡織品和皮膚之間的物理摩擦作用，屬于織物舒適性范疇且與人體的生理、心理反應[2-3]有關(guān)。Naylor等[4]對布面毛羽作為刺癢感刺激源的力學條件的研究成果表明，一根長度為2 mm的伸直狀態(tài)的纖維達到觸發(fā)皮膚痛覺感受器的臨界彎曲載荷應不小于0.75 mN，但該值會因人而異[5-6]。Veitch等[7]證明布面毛羽在臨界彎曲載荷超過激發(fā)閾值時會產(chǎn)生刺癢感。通常毛類織物、麻類織物以及纖維較短且超過一定細度的化學纖維容易產(chǎn)生刺癢感?？椢锎贪W感產(chǎn)生于纖維的刺扎作用，因而試驗表征應集中于單纖維的刺扎力學行為和皮膚的微區(qū)神經(jīng)刺激作用。

本文用正交試驗法對實驗室之間刺癢感測試過程中，可能存在的不同試驗操作步驟對刺癢感測試值的影響做了研究。通過研究結(jié)果確定了刺癢感測試方法中各步驟的具體操作方法，從而保證了刺癢感測試的穩(wěn)定性、可重現(xiàn)性，并保證了各實驗室間刺癢感測試結(jié)果的可比性。

1 試驗部分

1.1 試驗背景及目的

以往對刺癢感的評價主要是主觀評價法，根據(jù)測試部位不同有：前臂評價、頸部評價、肩背評價等[8-9]，隨著人們對刺癢感的認知和研究的不斷深入[10]，國外有不少機構(gòu)學者研發(fā)了刺癢感測試儀器，并對儀器不斷升級改造，逐步應用于市場。目前國際毛紡織組織的IWTO—66—2017《Test Method For The Skin Comfort of Finished Wool Fabrics》中采用的試驗儀器為澳大利亞羊毛工業(yè)創(chuàng)新合作中心研發(fā)的CMC毛紡織品舒適度儀。

目前國內(nèi)生產(chǎn)研發(fā)舒適性紡織品主要參考使用IWTO—66—2017進行織物刺癢感性能試驗。試驗過程中多個因素會對試驗結(jié)果產(chǎn)生影響，為了確定各因素對刺癢感試驗數(shù)據(jù)的影響，本文做了以下研究。

1.2 試驗條件

調(diào)濕及試驗均在GB/T 6529—2008《紡織品 調(diào)濕和試驗用標準大氣》規(guī)定的標準大氣中進行。整個試驗過程均在標準大氣條件下進行，溫度(20±2) ℃，相對濕度(65±4)%。

1.3 試驗材料

三級水，羊毛/棉/65/35針織物，羊毛/棉/65/35平紋機織物；測試5塊試樣取其平均值為測試結(jié)果，每5塊試樣為1個編號，依次編號為1#、2#、…、16#。試樣規(guī)格尺寸為30 cm×30 cm。

1.4 試驗儀器

CMC毛紡織品舒適度儀(澳大利亞羊毛工業(yè)創(chuàng)新合作中心研發(fā))，康佳-KZ-GT26家用蒸汽蒸燙機(寧波海曙杲壹電子科技有限公司)，調(diào)濕架。

1.5 試驗設計

1.5.1 正交試驗

試驗分為3個階段：試樣準備階段、測試階段和數(shù)據(jù)處理階段?？椢锎贪W感性能在測試過程中受到很多因素的影響，如樣品蒸燙的時間長短、蒸燙的方向、調(diào)濕的時間以及試樣調(diào)濕時的放置方式等。

IWTO—66—2017中對織物刺癢感的測試做了詳盡的規(guī)定，如單片試樣規(guī)格尺寸為30 cm×30 cm等。本文針對蒸燙時間A、蒸燙方向B、調(diào)濕時間C設計了3因素2水平正交試驗?？椢锎贪W感影響因素水平表見表1。

表1 織物刺癢感影響因素水平表Tab.1 Level table of influencing factors of fabric prickle

由表1示出，其中蒸燙方向為“垂直”的，表示在試樣緯向(橫向)平行于地面，試樣垂直地面掛于蒸汽熨斗的情況下，熨斗頭垂直于織物的緯向(橫向)均勻蒸燙。蒸燙方向為“平行”的，表示在試樣緯向(橫向)垂直于地面，試樣垂直地面掛于蒸汽熨斗的情況下，熨斗頭平行于織物的緯向(橫向)均勻蒸燙。蒸燙后的試樣測試面(織物貼身穿著面)應朝上，平整地鋪于調(diào)濕架上，避免任何物體壓覆試樣表面。

1.5.2 單因子試驗

根據(jù)正交試驗結(jié)果，得到最優(yōu)的蒸燙時間、蒸燙方向、調(diào)濕時間參數(shù)。在該最優(yōu)參數(shù)條件下，對比試樣測試面朝上放置調(diào)濕、朝下放置調(diào)濕后的2個刺癢感測試值，并對比單片試樣測試面刺癢感值和成品試樣先后測試2個測試面的刺癢感值，來進一步規(guī)范測試步驟。

1.6 刺癢感測試

用毛紡織品舒適度儀按照使用說明測試每個試樣的刺癢感值，以每個編號中5個試樣的測試值的平均值作為該編號的刺癢感值。

2 結(jié)果與分析

2.1 正交試驗結(jié)果分析

針織物和機織物在正交試驗中刺癢感均只測試織物的橫向(緯向)，針織物正交設計試驗結(jié)果見表2，機織物正交試驗結(jié)果見表3。

表2 針織物正交試驗結(jié)果Tab.2 Orthogonal test table for knitted fabric

表3 機織物正交試驗結(jié)果Tab.3 Orthogonal test table for woven fabrics

由表2、3示出，試樣的刺癢感隨著蒸燙時間的延長數(shù)值變小，這表明蒸燙能夠有效釋放試樣中纖維由于運輸、貯存等產(chǎn)生的應力，蒸燙使得突出于試樣表面的部分纖維倒伏，表面更整齊平整，其刺癢感試驗數(shù)據(jù)也更小。由于刺癢感試驗中規(guī)定了測試方向，即測試頭掃描運行方向平行于試樣的線圈橫列(橫向)。從表2、3中可以看出，蒸燙方向與織物的線圈橫列(橫向)平行時的刺癢感測試值明顯小于蒸燙方向為垂直時的刺癢感測試值。該結(jié)論符合織物刺癢感的產(chǎn)生機制，測試方向和蒸燙方向平行，最大限度地提高了試樣表面突出纖維端的平整度。當測試頭來回掃描試樣表面時，突出纖維變少，產(chǎn)生刺癢信號源變少，其測試值自然也小。

表2、3中調(diào)濕時間有2個水平，分別為4和8 h，從試驗結(jié)果可以看出，調(diào)濕時間越長，刺癢感測試值越小。試樣經(jīng)過蒸汽蒸燙，其表面的明顯褶皺等會被熨平，試樣會不同程度的被潤濕，不均勻的水分分布，使得纖維的伸展狀態(tài)未達到穩(wěn)態(tài)，這些都會導致試樣刺癢感值受干擾。未達到調(diào)濕平衡的試樣，在織物的臨界面上，細微的突出纖維端未達到紡織品的正常狀態(tài)。所以在刺癢感的測試中，試樣必須經(jīng)過適當時間的調(diào)濕。

為了提高試驗數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性、重現(xiàn)性以及各試驗室間數(shù)據(jù)的可比性，必須對試樣的蒸燙時間、蒸燙方向、試驗方向、調(diào)濕時間等做出一致的規(guī)定，通過上述試驗結(jié)果分析，推薦采用120 s的蒸燙時間，蒸燙方向為平行試樣橫向蒸燙，調(diào)濕時間為8 h以上。

2.2 單因子試驗結(jié)果分析

由上述正交試驗得出最優(yōu)參數(shù)條件：蒸燙時間為120 s，蒸燙方向平行于測試方向，調(diào)濕時間為8 h，本文使用單片試樣(破壞成品制樣)或成品試樣(不破壞成品完整試樣)等不同試樣類型，試樣測試面調(diào)濕時朝上/朝下放置狀態(tài)條件下，以試樣的緯向/橫向為測試方向(除下表試驗條件I和J外)，進行單因子試驗，試驗結(jié)果見表4。

表4 單因子試驗結(jié)果Tab.4 Single factor experimental results

表4中9#～14#為針織物，15#～16#為機織物。不同單因子試驗條件含義如下：

D：調(diào)濕時，測試面朝上放置于調(diào)濕架上，表層無任何覆蓋。

E：調(diào)濕時，測試面朝下放置于調(diào)濕架上，表層無任何覆蓋。

F：單片試樣，其他同D。

G：由D單片試樣的相同材質(zhì)、相同結(jié)構(gòu)的織片組合而成的模擬成品，即采用D試樣同樣的面料簡單裁剪成衣片，縫合成成衣大身，測試時為織物的貼身穿著面，即織物的反面，縫合時前后身衣片反面對反面縫合。尺寸大小滿足有效測試面積30 cm×30 cm。調(diào)濕時測試面朝上。

H：G中成品具有2個測試面，調(diào)濕中被壓于下側(cè)的面為試驗條件H，調(diào)濕時測試面朝上一側(cè)的為試驗條件G。

I:調(diào)濕時，測試面朝上放置于調(diào)濕架上，表層無任何覆蓋，測試方向為試樣的縱向。

J:測試方向為機織物的經(jīng)向。

K:測試方向為機織物的緯向。

由表4中試驗條件D、E對應的刺癢感值可知，試樣調(diào)濕時測試面朝上放置的刺癢感數(shù)值比測試面朝下放置的刺癢感數(shù)值要小，這是由于調(diào)濕過程中測試面朝上放置，其表面的纖維充分松弛，內(nèi)部應力處于平衡狀態(tài)，而調(diào)濕過程測試面朝下放置于調(diào)濕架上，測試面上的纖維端與試樣架平面之間有壓力，纖維端受力彎曲、折疊，測試時織物表面的纖維受力處于非穩(wěn)定狀態(tài)，測試時測試面朝上，其表面纖維在壓力解除時的伸直過程剛好被刺癢感測試儀的傳感裝置讀取，從而導致刺癢感測試值偏大。

由表4中試驗條件G、H對應的刺癢感結(jié)果可知，成品試樣在準備階段，蒸燙時為雙層面料，水汽較單層面料而言，不容易穿透試樣，試樣測試面上的纖維被蒸燙的程度不一致，測試面表面的纖維末端更雜亂，從而刺癢感的測試值也偏高，試驗條件F、G、H對應的刺癢感結(jié)果同樣表明了試樣調(diào)濕時測試面的放置方向?qū)y試結(jié)果有影響，影響結(jié)果和試驗條件D、E對應的刺癢感結(jié)果一致。

由表4中試驗條件D、G、E、H對應的刺癢感結(jié)果可知，按IWTO—66—2017規(guī)定的試樣規(guī)格尺寸(30 cm×30 cm)制備的單片試樣的刺癢感數(shù)據(jù)小，且符合儀器檢測臺的尺寸，因此測試過程更平順。

由表4中試驗條件D、I對應的刺癢感結(jié)果可知，針織物縱向和橫向的刺癢感數(shù)值沒有明顯差異。貼身穿著的針織物組織結(jié)構(gòu)通常較為簡單，一般采用同一個紗線系統(tǒng)圈套而成，測試針織物的橫向刺癢感基本能代表該織物的刺癢感等級。

由表4中試驗條件J、K對應的刺癢感結(jié)果可知，機織物經(jīng)向和緯向的刺癢感數(shù)值有明顯差異，通常機織物經(jīng)向和緯向由2個不同的紗線系統(tǒng)構(gòu)成，所以其織物測試面在經(jīng)向和緯向上表現(xiàn)出的刺癢感數(shù)值存在差異。建議分別測定機織物經(jīng)向和緯向的刺癢感，以二者中數(shù)值大的刺癢感作為織物最終的刺癢感值。

3 結(jié) 論

織物刺癢感檢測方法中的主要影響因素有試樣的形式(成品雙層測試或織片單片測試)，蒸汽蒸燙時間、蒸燙方向、調(diào)濕放置方式、調(diào)濕時間、測試方向等，為了提高試驗數(shù)據(jù)的重現(xiàn)性，穩(wěn)定性以及數(shù)據(jù)的代表性，通過以上的試驗及數(shù)據(jù)分析可以得出以下結(jié)論：

①刺癢感試驗中應規(guī)定試樣大小為30 cm×30 cm，同一塊試樣不能重復測試。

②試樣準備階段，蒸汽蒸燙時間推薦采用2 min，能夠有效去除試樣在貯存、運輸?shù)拳h(huán)節(jié)造成的褶皺及內(nèi)應力不均衡等。

③蒸燙方向應平行于測試方向。

④調(diào)濕時，測試面應朝上放置，并保證其上方無任何覆壓。

⑤調(diào)濕時間至少為8 h。

⑥針織物可只測試試樣的橫向，機織物應分別制取經(jīng)向和緯向2個方向的試樣，并分別測試。