织物湿态贴体舒适性测试仪器的开发与测试方法研究

文/谢剑飞 纪峰 罗峻 李汝勤

1 引言

服用织物在人体大量出汗这种极端条件下的贴体性与热湿传递性虽然有大致相似的影响因素，但却是两类截然不同的物理现象。对织物与服装热湿舒适性的研究，从测试方法到装置，都已经发展得较为完善；但是目前对服装接触舒适性的研究不够深入，随着消费者与市场对服装舒适性的要求不断提高，我们急需解决织物与服装贴附舒适性测试与评价的问题。织物热湿传递性的测试结果可为研究其贴体舒适性提供参考。

织物与服装湿态贴附性的测试除了主观测试之外，为数不多的研究中采用的方法都是测试面料浸润后对皮肤的切向粘附力。穿着服装大量出汗的现实场景中，面料沿皮肤表面的运动相当不易，切向湿态摩擦力非常大，面料与皮肤分离往往以与皮肤表面成一定角度的方向脱离皮肤。所以表征贴体舒适性时湿态织物与皮肤表面在垂直方向上的贴附力更重要，而目前对皮肤法向贴附力的测试和表征，尚无深入的研究和具体的测试方法。

在研究中，根据对实际穿用的场景分析，设计开发了湿态贴附性测试仪，将织物与皮肤分离过程中力的变化用传感器测量出来，转化为贴附曲线，通过曲线中的数据表征贴附性指标（贴附力、贴附功和贴附距离）。

2 织物湿态贴附性测试仪

该仪器的开发为研究织物的湿态贴附性能提供了试验手段，在测试中模拟皮肤与织物渐离的过程，以湿态织物与皮肤表面在垂直方向上的贴附力为基础将此过程转变成“距离—贴附力”曲线，较为直观地分析评价织物与皮肤“湿态贴附—分离”这一状态与过程。

织物湿态贴附性试验装置的设计原理见图1，计算机发出指令给控制器，控制器按照所给指令启动电机，通过电机上的皮带开始进行机械传动，使垂直状态的试样在水平轨道上向右运动并靠近位于轨道右侧的皮肤，当试样开始与皮肤接触，连接皮肤的传感器马上产生模拟信号，经放大器放大后发送到A/D转换装置，转换后的数字信号传送回电脑，电脑处理接收的数字信号后做出及时反馈，对控制器发出下一步的执行信号，使测试持续进行[1]。

设计的试验方法中把试样从人造皮肤上揭离，在试样脱离人造皮肤的过程中，贴附力在水平位移上所做的功可以作为指标来表征织物湿态下的贴体性，贴附力所做的功如图2中阴影部分面积所示。

图1 织物湿态贴附性试验装置的设计原理

图2 面料湿态贴附性表征指标的定义

图2中，贴附距离L为织物与皮肤分离前相对于初始位置的位移，单位为毫米（mm）；贴附力F为湿态织物与皮肤分离过程中测得的法向力，单位为厘牛（cN）；贴附功W为湿态织物与皮肤分离过程中贴附力做的功，单位为毫焦耳（mJ）。

图3 XAD-1湿态贴附性测试仪

图3为研究开发的湿态贴附性测试仪实物，矩形面料试样在电机的带动下运动，面料在距离人造皮肤15mm处开始以较大速度缓慢接近人造皮肤，到面料与人造皮肤开始接触时施加1cN～2cN的压力，同时以更慢的速度使面料与人造皮肤完全贴附。然后使面料与人造皮肤缓慢分离，在此过程中，可以得到贴附力、贴附距离和贴附功的数值，同时也可以得到时位移—贴附力曲线。

3 织物湿态贴附性测试方法

使用研究开发的XAD-1织物湿态贴附性测试仪测试织物的湿态贴附性，测试时打开仪器电源预热10min，使电子元件到达稳定状态以减少误差。取下试样夹持器，打开测试应用程序，进入测试预设界面并设置测试条件。需要设置的测试条件有试样尺寸、分离速度、初始负荷、位移范围等。

试验前用纯净水或人工汗液浸湿织物，对于厚重或难以浸润的织物，可借助外力在水中挤压或拍打以加快浸湿，将充分浸透的试样安装在夹持架上：先拧松夹持器上部和下部的螺丝并取下固定条，用镊子将浸湿的面料放入夹持器上部的固定板处，并将面料上端整理平直，再用固定条和螺丝夹持固定，给面料自由端一定的张力，保持面料上下受力均匀和试验部分张力均匀，然后用固定条和螺丝固定面料自由端即夹持器下部。

按下贴体性测试仪上的进程按钮，夹持架开始向右水平靠近装有人造皮肤的力传感器，当试样与人造皮肤的距离小于5mm时，夹持架的移动速度减缓为约0.1mm/s缓慢靠近人造皮肤，当力传感器的负荷到达预设负荷时，此时试样与人造皮肤恰好贴住，夹持架停止向右运动，然后按下回程按钮，夹持架按预设速度向左水平运动，逐渐将试样扯离人造皮肤。装置内的读数器通过读取电动机发出的红外脉冲数，得到夹持架位移与时间的关系并通过数据线传到电脑，结合传感器的数据，屏幕开始描绘位移—贴附力曲线，XAD-1织物湿态贴附性测试仪测试界面见图4。

图4 XAD-1织物湿态贴附性测试仪测试界面

4 结论

本文的研究内容提供了一种面料湿态贴体性快速客观测试方法及其测试装置，填补了面料湿态贴体舒适性仪器检测方法的空白。该方法的测试手段和测试过程针对服用面料湿态下的贴体性进行了客观合理的测试和表征；其测试数据包括贴附力动态变化曲线及贴附力、贴附距离和贴附功等指标，一定程度上反映了人体皮肤的主观触觉，可作为评价各类型面料汗湿/淋湿后的贴体舒适性的重要客观指标。

参考文献：

[1]纪峰, 邱夷平, 李汝勤,等.面料湿态贴体性快速客观测试装置及方法[P].中国专利：CN 102707040 B, 2014-07-02.