衛(wèi)生巾熱濕舒適性能評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)

陳華蕾 王林林 肖愛民

新疆大學(xué) 紡織與服裝學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830000

女性經(jīng)期生理健康與下體熱濕舒適狀況直接影響女性的身心健康。處于生理期的女性不可避免地需使用衛(wèi)生巾等女性衛(wèi)生用品，但衛(wèi)生巾在發(fā)揮著吸收經(jīng)血作用的同時(shí)，也降低了人體熱量和經(jīng)血中熱量向外界散出的能力，從而導(dǎo)致了女性使用衛(wèi)生巾期間下體部位會(huì)形成相對(duì)密閉且高溫、高濕的內(nèi)環(huán)境。若經(jīng)期衛(wèi)生巾選用不恰當(dāng)或護(hù)理不注意，則不僅影響衛(wèi)生巾使用舒適性，還會(huì)造成細(xì)菌的滋生，引發(fā)婦科疾病，帶來異味、瘙癢、悶熱等不適癥狀，給女性帶來難言之隱[1-2]。2019年，中國(guó)造紙協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)女性衛(wèi)生巾市場(chǎng)規(guī)模達(dá)572.4億元，占女性衛(wèi)生用品市場(chǎng)總規(guī)模的88%[3]。近年，一次性衛(wèi)生用品的使用和消費(fèi)呈逐年上升的趨勢(shì)[4]。其中，衛(wèi)生巾作為一次性衛(wèi)生用品，關(guān)系到廣大女性消費(fèi)者的身心健康，尤其是在生理期，絕大部分女性除了要忍受腹痛、肛門墜脹等痛經(jīng)不適外，還要忍受經(jīng)期的潮濕感和黏體感，這與衛(wèi)生巾的熱濕舒適性不足有著極大的關(guān)系。

提高衛(wèi)生巾的熱濕舒適性是有效緩解女性生理期衛(wèi)生巾使用不舒適感的有效途徑。當(dāng)前衛(wèi)生巾執(zhí)行的GB/T 8939—2018《衛(wèi)生巾(護(hù)墊)》標(biāo)準(zhǔn)中提到，衛(wèi)生巾(護(hù)墊)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)主要由面層、吸收層(含絨毛漿和/或高分子吸水樹脂)、防滲底膜等組成[5]?，F(xiàn)階段，國(guó)家質(zhì)檢部門主要針對(duì)衛(wèi)生巾的吸收速度、pH值、吸水倍率等指標(biāo)做出了規(guī)定，但未就衛(wèi)生巾熱濕舒適性建立相關(guān)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，且現(xiàn)有各熱濕性指標(biāo)間會(huì)相互影響和制約，單一指標(biāo)無法對(duì)衛(wèi)生巾熱濕舒適性做出綜合評(píng)價(jià)。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者曾主要針對(duì)嬰幼兒、女性和特殊人群等所使用的一次性衛(wèi)生用品，進(jìn)行了產(chǎn)品材料與結(jié)構(gòu)的分析，并依據(jù)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了部分服用性能指標(biāo)的研究[6-12]，而有關(guān)衛(wèi)生巾熱濕舒適性的評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)，尚處于空白階段。程朋朋等[13]通過對(duì)男性內(nèi)褲面料的成分及纖維含量、回潮率、保溫率、傳熱系數(shù)等指標(biāo)建立遺傳算法優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)男性下體熱濕舒適性的預(yù)測(cè)；柯寶珠等[14]以靜態(tài)客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)為輸入?yún)?shù)，以主觀評(píng)價(jià)指標(biāo)為輸出參數(shù)，對(duì)針織試樣建立了織物熱濕舒適性預(yù)測(cè)模型；劉林玉等[15]提出使用織物組合的總熱損失與克羅值、透濕率之間的回歸模型，可對(duì)消防服用多層織物的熱濕舒適性進(jìn)行評(píng)價(jià)；顏奧林等[16]采用主成分分析方法探究了纖維種類對(duì)熱濕舒適性的影響。

本文將在問卷調(diào)研的基礎(chǔ)上，以日用型衛(wèi)生巾購(gòu)買意愿排名前15的國(guó)內(nèi)外品牌衛(wèi)生巾作為研究對(duì)象，采用主成分分析法，對(duì)各性能指標(biāo)展開數(shù)據(jù)分析和綜合測(cè)評(píng)，并利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立以靜態(tài)客觀指標(biāo)為輸入?yún)?shù)、以主觀評(píng)價(jià)指標(biāo)為輸出參數(shù)的衛(wèi)生巾熱濕舒適性預(yù)測(cè)模型，以期為綜合評(píng)價(jià)衛(wèi)生巾熱濕舒適性提供指導(dǎo)，推動(dòng)相關(guān)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的建立，幫助女性選用更加符合生理期的衛(wèi)生用品，同時(shí)，為相關(guān)企業(yè)提供生產(chǎn)與研發(fā)參考，激發(fā)企業(yè)高端增值化產(chǎn)品的研發(fā)活力，擺脫低端同質(zhì)化產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)，帶動(dòng)女性衛(wèi)生用品的消費(fèi)升級(jí)。

1 試驗(yàn)

1.1 人員的選取

選取5名經(jīng)期正常且身體健康的女性進(jìn)行衛(wèi)生巾熱濕舒適性試驗(yàn)。試驗(yàn)人員人體體型數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 試驗(yàn)人員人體體型數(shù)據(jù)

1.2 環(huán)境條件及要求

試樣的處理與測(cè)試將在溫度為(25±1)℃、相對(duì)濕度為(55±2)%的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中進(jìn)行，其目的是避免不同溫濕度對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響。測(cè)試時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)合成溶液的溫度將保持在(35±1)℃。選取10條號(hào)型為M碼且款式相同的純棉內(nèi)褲供主觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)人員穿著，具體規(guī)格參數(shù)如表2所示。

表2 純棉內(nèi)褲規(guī)格參數(shù) 單位：cm

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3.1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

使用標(biāo)準(zhǔn)合成溶液測(cè)試各項(xiàng)指標(biāo)。標(biāo)準(zhǔn)合成溶液根據(jù)人體經(jīng)血的主要物理性能配制，具有與人體經(jīng)血相似的流動(dòng)性與吸收性。其配方為蒸餾水860 mL、氯化鈉10 g、碳酸鈉40 g、丙三醇140 mL、苯甲酸鈉1 g、顏料(食用色素)適量、羧甲基纖維素鈉5 g、標(biāo)準(zhǔn)媒劑1%(體積分?jǐn)?shù))，所用化學(xué)試劑均為分析純。配制好的溶液靜置24 h后方可開始使用。所有衛(wèi)生巾試樣即開即用，測(cè)試前使用丙酮溶液將衛(wèi)生巾背膠溶去，以免衛(wèi)生巾背膠對(duì)試樣的測(cè)量結(jié)果造成影響。15款衛(wèi)生巾試樣的基本參數(shù)如表3所示。

表3 15款衛(wèi)生巾試樣的基本參數(shù)

1.3.2 試驗(yàn)主要儀器

YG(B)141D數(shù)字式織物厚度儀、XD-B20織物克重天平、YG(B)261-Ⅱ型織物透濕儀、YG(B)606E平板式保溫儀、YG(B)461E數(shù)字式織物透氣儀。

1.4 測(cè)試指標(biāo)

1.4.1 客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)

1.4.1.1 質(zhì)量與厚度

采用XD-B20織物克重天平測(cè)試單片衛(wèi)生巾試樣的質(zhì)量。

根據(jù)GB/T 3820—1997《紡織品和紡織制品厚度的測(cè)定》標(biāo)準(zhǔn)，采用YG(B)141D數(shù)字式織物厚度儀測(cè)試衛(wèi)生巾試樣的厚度。測(cè)試時(shí)壓重砝碼為25 cN，壓重時(shí)間為10 s。

以上兩項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)試結(jié)果以3塊試樣的平均值表示。

1.4.1.2 保溫率、傳熱系數(shù)、克羅值及熱阻

根據(jù)GB/T 11048—2018《紡織品 生理舒適性 穩(wěn)態(tài)條件下熱阻和濕阻的測(cè)定(蒸發(fā)熱板法)》和GB/T 35762—2017《紡織品 熱傳遞性能試驗(yàn)方法 平板法》，采用YG(B)606E平板式保溫儀測(cè)試衛(wèi)生巾的保溫率、傳熱系數(shù)、克羅值及熱阻。測(cè)試時(shí)，將衛(wèi)生巾以片狀拼接組合在一起，使試樣面積達(dá)到30 cm×30 cm，隨后將衛(wèi)生巾覆蓋在試驗(yàn)板上進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試結(jié)果取3次測(cè)試的平均值。

1.4.1.3 透氣率

根據(jù)GB/T 5453—1997《紡織品 織物透氣性的測(cè)定》，采用YG(B)461E數(shù)字式織物透氣儀，測(cè)試衛(wèi)生巾吸濕前的透氣率。設(shè)置測(cè)試壓差200 Pa，噴嘴02號(hào)，試樣面積5 cm2。每種試樣測(cè)10次，結(jié)果取平均值。

1.4.1.4 透濕率

根據(jù)GB/T 12704.1—2009《紡織品 織物透濕性試驗(yàn)方法 第1部分：吸濕法》，采用YG(B)261-Ⅱ型織物透濕儀測(cè)試衛(wèi)生巾的透濕率。向清潔、干燥的透濕杯內(nèi)裝入一定量的干燥劑，干燥劑裝入高度為距離杯口平面約4 mm；將衛(wèi)生巾剪成與杯口形狀、大小一致的試樣，面層朝上放置在透濕杯上，再在透濕杯上依次套上墊圈、壓環(huán)，旋上螺帽；將整個(gè)透濕杯迅速放入試驗(yàn)箱內(nèi)平衡1.0 h，取出杯蓋后冷卻稱取質(zhì)量，再將整個(gè)透濕杯放入試驗(yàn)箱內(nèi)試驗(yàn)1.0 h，再次冷卻稱取質(zhì)量，計(jì)算兩次的質(zhì)量差Δm(g)。則透濕率RWVT[g/(m2·h)]：

(1)

式中：A——有效試驗(yàn)面積，m2；

t——試驗(yàn)時(shí)間，h。

測(cè)試結(jié)果取3塊試樣的平均值。

1.4.1.5 放濕干燥率

衛(wèi)生巾與織物不同，常用的滴注潤(rùn)濕織物法不適用于衛(wèi)生巾放濕干燥率的測(cè)試。本文在衛(wèi)生巾中心部位剪取了8 cm×8 cm的測(cè)試樣，使用透濕杯固定測(cè)試樣，再在透濕杯上依次套上墊圈、壓環(huán)，并旋上螺帽[17]20-21。此外，為防止高分子吸水樹脂顆粒漏出，透濕杯側(cè)面使用膠帶纏住杯口。稱取此時(shí)透濕杯的整體質(zhì)量m1(g)；緩慢滴注標(biāo)準(zhǔn)合成溶液至該面積試樣的最大吸收量，稱取整體質(zhì)量m2(g)；再將透濕杯連同試樣放入1.2節(jié)的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中放置1.5 h，取出后稱取整體質(zhì)量m3(g)。則放濕干燥率v(%)：

(2)

測(cè)試結(jié)果取3塊試樣的平均值。

1.4.1.6 快速吸收時(shí)間

使用燒杯量取100 mL的標(biāo)準(zhǔn)合成溶液，通過玻璃漏斗倒在衛(wèi)生巾試樣中心部位，用秒表記錄開始傾倒至液體完全吸收的時(shí)間[17]19-20。測(cè)試結(jié)果取5塊試樣的平均值。

1.4.2 主觀評(píng)價(jià)指標(biāo)

5名處于生理期的試驗(yàn)人員分別在不同天的同一時(shí)間進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境的實(shí)驗(yàn)室中。為確保對(duì)變量的控制，每位試驗(yàn)人員穿著相同號(hào)型和款式的純棉內(nèi)褲。生理期女性運(yùn)動(dòng)量較少，本文依據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)了整個(gè)測(cè)試過程：準(zhǔn)備(20 min)→靜坐(1.0 h)→肢體活動(dòng)(30 min)→行走(30 min)，并根據(jù)圖1對(duì)不同衛(wèi)生巾試樣的悶熱感、黏體感和潮濕感進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)。記錄每個(gè)環(huán)節(jié)中測(cè)試者對(duì)悶熱感、黏體感和潮濕感的主觀評(píng)價(jià)值，計(jì)算平均值，并作為該衛(wèi)生巾試樣的最終主觀評(píng)價(jià)值。

圖1 主觀評(píng)價(jià)量表

2 主成分綜合分析評(píng)價(jià)

表4為15款衛(wèi)生巾試樣熱濕舒適性客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)和主觀評(píng)價(jià)指標(biāo)測(cè)試結(jié)果。

15款試樣的單項(xiàng)指標(biāo)對(duì)綜合性能都有著各自的作用。單因素問題分析可優(yōu)化單因素性能，但無法做到全面、客觀地評(píng)價(jià)產(chǎn)品綜合性能的優(yōu)劣，因此需采取數(shù)據(jù)分析的方法對(duì)試樣進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。針對(duì)多個(gè)彼此相關(guān)的因子，主成分分析使用線性組合的方式降低了因子的維度[18]，使問題更加簡(jiǎn)單、直觀。本文使用Spss軟件和Matlab軟件對(duì)表4中衛(wèi)生巾熱濕舒適性客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)展開主成分分析。由于解決的是不同性質(zhì)指標(biāo)的數(shù)據(jù)問題，不同性質(zhì)指標(biāo)的直接加總不能正確反映數(shù)據(jù)作用的綜合結(jié)果，因此需要對(duì)不同性質(zhì)指標(biāo)的數(shù)據(jù)做標(biāo)準(zhǔn)化處理，結(jié)果如表5所示。

表4 衛(wèi)生巾熱濕舒適性客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)和主觀評(píng)價(jià)指標(biāo)測(cè)試結(jié)果

表5 衛(wèi)生巾熱濕舒適性客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化處理

對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化變量建立數(shù)據(jù)庫(kù)，輸入代碼進(jìn)行編程，即可得樣本相關(guān)性矩陣的特征值、方差貢獻(xiàn)率和累計(jì)方差貢獻(xiàn)率(表6)，以及對(duì)應(yīng)的特征向量(表7)。

本文基于方差貢獻(xiàn)率選擇主成分個(gè)數(shù)，再計(jì)算15款試樣的綜合評(píng)價(jià)值。表6根據(jù)主成分分析結(jié)果，列出了每個(gè)主成分對(duì)應(yīng)的方差貢獻(xiàn)率，其中前3項(xiàng)主成分的累計(jì)方差貢獻(xiàn)率已提取91.281%的方差，累計(jì)方差貢獻(xiàn)率大于85.000%，因此選擇主成分的個(gè)數(shù)為3，分別為主成分Z1(方差貢獻(xiàn)率為65.894%)、主成分Z2(方差貢獻(xiàn)率為15.841%)、主成分Z3(方差貢獻(xiàn)率為9.546%)。將特征值歸一化后作為權(quán)重進(jìn)行多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)。表7中，Prin1、Prin2、Prin3即為前3項(xiàng)主成分特征值對(duì)應(yīng)的特征向量。該特征向量是衡量主成分影響力的重要指標(biāo)，它代表引入該主成分可以解釋平均多少原始指標(biāo)的信息。由表7中的特征向量可知主成分Z1、Z2、Z3的得分，即：

表6 樣本相關(guān)矩陣的特征值、方差貢獻(xiàn)率和累計(jì)方差貢獻(xiàn)率 %

表7 對(duì)應(yīng)的特征向量

Z1=-0.321 8X1-0.361 4X2-0.363 2X3-

0.367 8X4-0.313 0X5+0.324 2X6-

0.355 0X7+0.286 7X8-0.224 5X9+

0.192 3X10

(3)

Z2=-0.283 7X1-0.139 9X2+0.237 3X3+

0.236 7X4+0.132 0X5-0.330 7X6+

0.279 4X7+0.434 8X8-0.170 7X9+

0.603 8X10

(4)

Z3=0.250 2X1+0.134 7X2-0.136 3X3-

0.082 8X4+0.500 0X5+0.105 7X6-

0.105 0X7-0.231 9X8-0.728 4X9+

0.193 1X10

(5)

根據(jù)主成分Z1、Z2、Z3方差貢獻(xiàn)率所占比例，可得到衛(wèi)生巾熱濕舒適性綜合得分Z：

(6)

將式(3)～式(5)代入式(6)，整理后可得綜合評(píng)價(jià)計(jì)算式：

Z=-0.25X1-0.27X2-0.23X3-0.23X4-

0.15X5+0.19X6-0.22X7+0.26X8-

0.26X9+0.26X10

(7)

式(7)中，影響因子X1～X10前的系數(shù)即為權(quán)重，可見對(duì)生理期女性而言，影響衛(wèi)生巾熱濕舒適性的因子，權(quán)重最大的指標(biāo)是X10放濕干燥率和X8透濕率，權(quán)重最小的指標(biāo)是X2厚度。將15款試樣各自測(cè)試指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化變量代入式(7)，即得各自的綜合評(píng)價(jià)得分，結(jié)果如圖2所示。該綜合評(píng)價(jià)計(jì)算式對(duì)探究衛(wèi)生巾熱濕舒適性具有參考價(jià)值，能幫助女性選擇更符合生理期的衛(wèi)生產(chǎn)品。

圖2 15款試樣的熱濕舒適性綜合評(píng)價(jià)得分

3 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型的建立

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型由于其強(qiáng)大的非線性自適應(yīng)處理能力，在系統(tǒng)建模中得到了廣泛的應(yīng)用。它是一種常用的多層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，主要功能是轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)，反向傳播誤差，并根據(jù)預(yù)測(cè)誤差調(diào)整閾值和權(quán)重，使預(yù)測(cè)輸出值始終接近期望值。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型結(jié)構(gòu)框架包括輸入層、隱藏層和輸出層。本文將使用1#～9#試樣數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練集建立3層BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型(圖3)，并運(yùn)用10#～15#試樣數(shù)據(jù)檢驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯?duì)衛(wèi)生巾熱濕舒適性的預(yù)測(cè)效果。

圖3 單隱藏層BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

(8)

式中：m為輸入層節(jié)點(diǎn)數(shù)；n為輸出層節(jié)點(diǎn)數(shù)；a是1到10之間的一個(gè)調(diào)整常數(shù)。

假設(shè)輸出層的結(jié)果都為dj，則誤差函數(shù)E(w,b)：

(9)

式中：w為權(quán)重；b為偏置值；yj表示監(jiān)督數(shù)據(jù)。

模型構(gòu)建好后，輸入1#～9#這9個(gè)檢驗(yàn)樣本的10個(gè)熱濕舒適性客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)值，即可輸出這9個(gè)檢驗(yàn)樣本的3個(gè)熱濕舒適性主觀評(píng)價(jià)指標(biāo)的預(yù)測(cè)值。

接著，運(yùn)用10#～15#試樣數(shù)據(jù)對(duì)構(gòu)建的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行驗(yàn)證。圖4～圖6分別對(duì)比了這6個(gè)檢驗(yàn)樣本的悶熱感、黏體感、潮濕感的預(yù)測(cè)值與真實(shí)值。

圖4 悶熱感的預(yù)測(cè)值和真實(shí)值對(duì)比

圖5 黏體感的預(yù)測(cè)值和真實(shí)值對(duì)比

圖6 潮濕感的預(yù)測(cè)值和真實(shí)值對(duì)比

從圖4可以看出，與悶熱感的真實(shí)值相比，該模型對(duì)6個(gè)檢驗(yàn)樣本悶熱感的預(yù)測(cè)值的平均百分比誤差為2.28%，絕對(duì)誤差最大值為3.92%；從圖5可以看出，與黏體感的真實(shí)值相比，該模型對(duì)6個(gè)檢驗(yàn)樣本黏體感的預(yù)測(cè)值的平均百分比誤差為1.66%，絕對(duì)誤差最大值為2.80%；從圖6可以看出，與潮濕感的真實(shí)值相比，該模型對(duì)6個(gè)檢驗(yàn)樣本潮濕感的預(yù)測(cè)值的平均百分比誤差為1.49%，絕對(duì)誤差最大值為2.74%?？梢姡珺P神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)測(cè)的整體誤差在1.49%～2.28%，誤差在可接受的范圍內(nèi)，該模型具有非常好的準(zhǔn)確性和可操作性，實(shí)現(xiàn)了采用非儀器測(cè)量的方式即可有效預(yù)測(cè)衛(wèi)生巾熱濕舒適性。

4 結(jié)語(yǔ)

本文就女性生理期使用的衛(wèi)生巾熱濕舒適性進(jìn)行了探討，通過建立主成分評(píng)價(jià)計(jì)算式和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，得到：

(1)綜合使用Spss軟件和Matlab軟件對(duì)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析，可得到綜合評(píng)價(jià)計(jì)算式。根據(jù)綜合評(píng)價(jià)計(jì)算式中各指標(biāo)因子的權(quán)重可知，衛(wèi)生巾熱濕舒適性的影響因素從大到小依次為放濕干燥率、透濕率、傳熱系數(shù)、透氣率、保溫率、熱阻、克羅值、質(zhì)量、吸收速度、厚度。

(2)根據(jù)綜合評(píng)價(jià)計(jì)算式計(jì)算可得到，15款衛(wèi)生巾的熱濕舒適性從優(yōu)到劣依次為2#、15#、3#、6#、11#、7#、1#、12#、13#、5#、10#、14#、8#、4#、9#。

(3)基于1#～9#衛(wèi)生巾試樣數(shù)據(jù)，利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)建立了以客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)為輸入?yún)?shù)、以主觀評(píng)價(jià)指標(biāo)為輸出參數(shù)的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，并運(yùn)用10#～15#衛(wèi)生巾試樣數(shù)據(jù)對(duì)構(gòu)建的模型進(jìn)行檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)預(yù)測(cè)模型整體誤差在1.49%～2.28%，預(yù)測(cè)精度在可接受范圍內(nèi)。該模型能有效地預(yù)測(cè)女性生理期使用衛(wèi)生巾的熱濕舒適性。