兒童夜光安全服裝的可視性能分析

閆彥紅，鄭晨華，鄺野,楊陽

(1.浙江理工大學(xué) 服裝學(xué)院，浙江 杭州 310018；2.浙江理工大學(xué) 浙江省服裝工程技術(shù)研究中心，浙江 杭州 310018)

隨著生活水平的不斷提高，人們的生活方式和出行方式趨于多樣化，夜間出行的家庭越來越多，但由于可見度不足、著裝不醒目等因素造成的交通事故頻頻發(fā)生。相對于成年人，兒童交通安全意識薄弱，自我保護能力差，在交通事故中的傷亡占比較高。因此，兒童出行的安全問題越來越受到重視，提高兒童行蹤的可見度成為亟待解決的問題。兒童夜光安全服裝[1]是利用夜光纖維材料開發(fā)的兒童功能性服裝。夜光纖維作為一種新型功能性自發(fā)光纖維材料[2]，具有發(fā)光亮度高[3-5]、光色豐富[6-9]、綠色環(huán)保[10-11]等優(yōu)點，在中間視覺及暗視覺狀態(tài)下具有良好的可視性能[12-13]，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)、國防、交通運輸?shù)阮I(lǐng)域。由夜光纖維開發(fā)的紡織服裝產(chǎn)品(如夜光織物[14-15]、光譜指紋防偽纖維[16]、夜光刺繡品[17]等)，具有與夜光纖維相似的發(fā)光性能，可為實現(xiàn)服裝的多功能化提供新的途徑。

兒童夜光安全服裝的自發(fā)光性能決定了其安全警示作用的強弱，自發(fā)光性能好，識別度和可見度高，其安全警示作用就強，反之安全警示作用就弱。本研究團隊前期通過分析實測亮度與等效亮度間的關(guān)系，研究了兒童夜光安全服裝的可視性能[1]，但兒童夜光安全服裝的可視性能還與可視距離及可視時間密切相關(guān)。因此，文中以夜光織物及夜光繡線為發(fā)光原料，開發(fā)出7款兒童夜光安全服裝樣衣，對樣衣的可視距離和可視時間進行測試，通過數(shù)據(jù)分析，研究可視距離和可視時間與可視性能的相關(guān)性，揭示夜光織物結(jié)構(gòu)及織物發(fā)光顏色對樣衣可視性能的影響，為開發(fā)高效能兒童安全服裝提供理論依據(jù)。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

1.1.1材料 選用夜光纖維、滌綸磨毛織物及稀土發(fā)光材料SrAl2O4:Eu2+,Dy3+為原材料。夜光纖維為167 dtex滌綸絲，其中發(fā)光材料SrAl2O4:Eu2+,Dy3+的質(zhì)量分數(shù)為4%；滌綸磨毛織物為斜紋單面短絨面料，以上原料均由常熟江輝纖維制品科技有限公司提供。

以夜光纖維為經(jīng)緯紗線進行交織，制得夜光機織物；將稀土發(fā)光材料SrAl2O4:Eu2+,Dy3+通過涂層方式涂刮于滌綸磨毛織物表面制得夜光絨布；將夜光纖維加捻制得夜光繡線。

1.1.2儀器 S-7100A-303平縫機，兄弟機械(西安)有限公司制造；EM200單頭電腦繡花機，美國勝家縫紉機有限公司制造。

1.2 樣衣制作

以夜光機織物、夜光絨布及夜光繡線為原料，采用貼布繡及平針繡工藝，在基樣胸前繡織10 cm×10 cm方形發(fā)光圖案，制成第1組不同發(fā)光織物樣衣，樣衣制作方案見表1，樣衣如圖1所示。以粉色、白色、藍色及黃色夜光絨布為原料，采用貼布繡工藝在基樣胸前繡織10 cm×10 cm方形發(fā)光圖案，制成第2組不同發(fā)光顏色樣衣，樣衣制作方案見表2，樣衣如圖2所示。

表1 第1組樣衣制作方案Tab.1 First group samples

圖1 不同發(fā)光織物樣衣Fig.1 Samples with different materials

表2 第2組樣衣制作方案Tab.2 Second group samples

圖2 不同發(fā)光顏色樣衣Fig.2 Samples with different colors

1.3 實驗方法

1.3.1實驗設(shè)計 實驗場地設(shè)計如圖3所示，其中，A，B，C和D點分別為樣衣放置位置，可視性能的測試距離分別設(shè)置為3，5 ，10 和20 m。另外，根據(jù)夜光纖維余輝衰減性能[4]，發(fā)光亮度在光照0～5 min時衰減最快，6～10 min時衰減緩慢，10 min后發(fā)光亮度趨于穩(wěn)定。由于實驗樣衣的主要原料是夜光纖維，因此樣衣的發(fā)光亮度具有相似的衰減規(guī)律，故將實驗可視性能的測試時間點設(shè)置為停止光照后0，5 ，10 和20 min。

圖3 實驗場地示意Fig.3 Schematic diagram of experimental site

1.3.2實驗步驟 為了保證實驗的精確度，實驗前將樣衣放置在暗箱內(nèi)預(yù)處理24 h，確保余輝亮度衰減完畢。

實驗步驟如下：①將預(yù)處理的樣衣用25 W飛利浦冷光燈照射15 min；②將照射后的樣衣分別放置在A，B，C及D處；③在距離樣衣3，5，10和20 m處分別設(shè)置5名觀察者；④根據(jù)樣衣的發(fā)光情況，觀察者進行數(shù)據(jù)記錄；⑤每組實驗得到320組數(shù)據(jù)，使用SPSS對數(shù)據(jù)進行分析。問卷中可視性能評價采用評分制，評分范圍為1～5分，具體見表3。

表3 可視性能評分Tab.3 Visibility performance sheet

2 結(jié)果與討論

2.1 發(fā)光織物結(jié)構(gòu)對可視性能的影響

文中可視距離指人眼與被觀察兒童夜光安全服裝之間的距離，可視時間指人眼能夠感知到兒童夜光安全服裝的時長。隨著可視距離和可視時間的變化，發(fā)光物體被感知程度也在發(fā)生變化。理論上，可視時間越長，可視距離越遠，可視性能越好，其功能性就越強，反之，則其功能性就越差。

不同結(jié)構(gòu)發(fā)光織物樣衣的可視性能評分結(jié)果見表4。由表4可以看出，隨著測試距離的加大，樣衣可視性能減弱。白色絨布樣衣的持續(xù)可見時間最長，可見效果最佳，在測試距離20 m處、光照結(jié)束20 min時，可視評分仍可達到1以上；而藍白條紋樣衣和白色繡花樣衣的持續(xù)可見時間最短，可見效果最差，在光照結(jié)束10 min、測試距離大于5 m時，可視評分小于2，在測試距離20 m處，可視評分僅為1。白色機織樣衣的可視性能處于中間位置，當(dāng)光照結(jié)束時間≥10 min、測試距離≥10 m時，可視性能才開始變差?？傮w而言，樣衣的可視性能優(yōu)劣排序為：白色絨布樣衣>白色機織樣衣>藍白條紋樣衣>白色繡花樣衣。

對表4實驗數(shù)據(jù)進行可視距離、可視時間與可視性能方差分析，結(jié)果見表5。由表5可知，自變量可視距離對應(yīng)的F值為4.869，p=0.005<0.01,因此可視距離變量對可視性能有極其顯著影響；自變量可視時間對應(yīng)的F值為4.644，p=0.006<0.01,因此可視時間變量對可視性能也有極其顯著影響；可視距離和可視時間的交互作用對應(yīng)的F值為0.140，p=0.998>0.05，故交互作用對可視性能沒有顯著影響。

表4 第1組樣衣可視性能評分Tab.4 Visibility scores results of first group samples

表5 第1組樣衣數(shù)據(jù)方差分析Tab.5 Variance analysis of first group samples data

為了進一步研究發(fā)光織物結(jié)構(gòu)對樣衣可視性能的影響，對4件樣衣可視評分結(jié)果進行線性回歸分析，得到可視評分y與可視距離x1、可視時間x2的擬合函數(shù)關(guān)系式，具體見表6。

表6 第1組樣衣數(shù)據(jù)回歸分析Tab.6 Regression analysis of first group samples data

由表6可以看出，可視性能與可視時間及可視距離函數(shù)擬合優(yōu)度高，且F檢驗明顯，擬合結(jié)果成立，可視性能與可視距離及可視時間呈負相關(guān)。從擬合函數(shù)來看，4件樣衣的初始可視評分(當(dāng)x1=x2=0時)差異較大，且隨著可視時間及可視距離的改變，樣衣的可視評分變化也較大。白色絨布樣衣的初始可視評分遠遠大于其他樣衣，可視距離每增加1 m，且可視時間每增加1 min，其可視評分會減少0.203；其次為白色機織布樣衣，其單位可視距離和單位可視時間的可視評分變化量為0.146；藍白條紋樣衣及白色繡花樣衣的初始可視評分較差，其可視性能不佳。

第1組樣衣可視距離與可視時間之間的關(guān)系如圖4所示。

圖4 第1組樣衣可視時間與可視距離的關(guān)系Fig.4 Relationship between visible time and visible distance of first group samples

由圖4可知，可視距離較近時，可視時間排序為：藍白條紋樣衣>白色絨布樣衣>白色機織布樣衣>白色繡花樣衣。隨著距離的增加，藍白條紋樣衣可視時間迅速降低，在22 m處，其可視時間降為0；而其他樣衣可視時間降低速率較緩和，最大可視距離約為40 m。由前期研究可知[4]，夜光纖維持續(xù)發(fā)光10 min時，其發(fā)光亮度達到穩(wěn)定狀態(tài)。結(jié)合圖4可以推得，當(dāng)樣衣發(fā)光亮度達到穩(wěn)態(tài)亮度時(可視時間為10 min)，可視距離排序為：白色絨布樣衣>白色機織布樣衣>白色繡花樣衣>藍白條紋樣衣。

通過以上分析可知，發(fā)光織物結(jié)構(gòu)不同，其樣衣的可視性能隨可視距離和可視時間的變化明顯，即發(fā)光織物結(jié)構(gòu)對樣衣的可視性能影響顯著。白色絨布樣衣及白色機織布樣衣的可視性能優(yōu)于白色繡花樣衣及藍白條紋樣衣，這是因為白色絨布面料是以涂層方式將發(fā)光材料附著于織物絨毛表面，其對光能的吸收和利用較其他織物強，發(fā)光性能優(yōu)于其他織物；白色機織布的經(jīng)緯紗線均為夜光纖維，但發(fā)光材料分布于纖維內(nèi)部，導(dǎo)致其發(fā)光性能弱于白色絨布面料；白色繡花織物是以夜光繡線為發(fā)光原料，夜光繡線的亮度不及夜光纖維，使得白色繡花織物視覺感知不及白色機織織物；藍白條紋織物中，由于藍色部分不發(fā)光，所以其可視性能較差。由此可得出結(jié)論：在夜行安全服裝的設(shè)計中應(yīng)盡量采用全面積涂層夜光織物或由夜光纖維織造而成的織物，以實現(xiàn)服裝的功能性。

2.2 發(fā)光織物顏色對可視性能的影響

表7為不同發(fā)光顏色樣衣平均可視性能評分結(jié)果。由表7可以看出，距離越遠、發(fā)光持續(xù)時間越長，可視性能越差。在3 m處，粉色絨布樣衣和黃色絨布樣衣持續(xù)發(fā)光20 min時，發(fā)光效果變差，幾乎無法從黑暗環(huán)境中辨認出來；在5 m處，藍色絨布樣衣持續(xù)發(fā)光20 min時，發(fā)光效果開始變差；在20 m處，4件樣衣持續(xù)發(fā)光10 min時，可視性能則開始變差。

對表7實驗數(shù)據(jù)進行可視距離、可視時間與可視性能方差分析，結(jié)果見表8。由表8可以看出，自變量可視距離對應(yīng)的F值為16.768，p=0<0.01,因此可視距離變量對可視性能有極其顯著影響；自變量可視時間對應(yīng)的F值為69.898，p=0<0.01,因此可視時間變量對可視性能也有極其顯著影響；可視距離和可視時間的交互作用對應(yīng)的F值為1.147，p=0.35>0.05，故交互作用對可視性能沒有顯著影響。為了進一步研究發(fā)光顏色對樣衣可視性能的影響，對4件樣衣可視評分結(jié)果進行回歸分析，得到可視評分y與可視距離x1、可視時間x2的擬合函數(shù)關(guān)系式，具體見表9。

表7 第2組樣衣可視評分Tab.7 Visibility scores results of second group samples

表8 第2組樣衣數(shù)據(jù)方差分析Tab.8 Variance analysis of second group samples data

表9 第2組樣衣數(shù)據(jù)回歸分析Tab.9 Regression analysis of second group samples data

由表9可以看出，可視性能與可視時間及可視距離函數(shù)擬合優(yōu)度高，且F檢驗明顯，擬合結(jié)果成立，可視性能與可視距離及可視時間呈負相關(guān)。與第1組樣衣的數(shù)據(jù)回歸分析結(jié)果相似，白色絨布樣衣的初始可視評分大于其他樣衣，其次為藍色絨布樣衣、粉色絨布樣衣及黃色絨布樣衣。單位可視時間及單位可視距離的可視評分變化量均為0.2左右。

第2組樣衣可視距離與可視時間之間的關(guān)系如圖5所示。

圖5 第2組樣衣可視時間與可視距離關(guān)系Fig.5 Relationship between visible time and visible distance of second group samples

由圖5可知，距離較近時，可視時間排序為：白色絨布>藍色絨布>粉色絨布>黃色絨布。隨著距離的增加，可視時間降低速率差別不大。當(dāng)樣衣發(fā)光亮度達到穩(wěn)態(tài)亮度時(可視時間為15 min時)，白色絨布樣衣可視距離可達40 m，而粉色絨布樣衣、藍色絨布樣衣、黃色絨布樣衣的可視距離相當(dāng)，均為20 m。

通過以上分析可知，發(fā)光織物的發(fā)光顏色對樣衣的可視性能也有一定的影響，白色絨布樣衣的可視時間及可視距離均優(yōu)于其他樣衣，其可視性能優(yōu)良。究其原因，白色絨布的夜光涂層漿料中沒有添加無機顏料，其對光的吸收和利用較其他顏色絨布面料充分，因此發(fā)光效果較好。

3 結(jié)語

1)發(fā)光織物組織對兒童夜光安全服裝的可視性能影響明顯，白色絨布樣衣的可視時間和可視距離優(yōu)于其他樣衣，其次為白色機織布樣衣和白色繡花樣衣，藍白條紋樣衣可視性能最差。發(fā)光亮度趨于穩(wěn)定狀態(tài)后(可視時間≥10 min)，可視距離排序為：白色絨布樣衣>白色機織布樣衣>白色繡花樣衣>藍白條紋樣衣。

2)發(fā)光織物顏色對兒童夜光安全服裝的可視性能具有一定的影響，白色絨布樣衣的可視時間和可視距離優(yōu)于其他樣衣，其次為黃色絨布樣衣、粉色絨布樣衣及藍色絨布樣衣。發(fā)光亮度趨于穩(wěn)定狀態(tài)后(可視時間≥10 min)，白色夜光絨布樣衣的可視距離遠大于其他顏色樣衣。

3)可視距離和可視時間對兒童夜光安全服裝的可視性能有極其顯著影響，可視距離與可視時間的交互作用對可視性能沒有顯著影響。可視距離越遠，可視時間越長，可視性能越差?？梢暰嚯x為20 m、可視時間為20 min時，可視性能達到可見與不可見的臨界值。