蔣慧敏， 柯寶珠

(上海工程技術(shù)大學(xué) 紡織服裝學(xué)院,上海 201620)

彈性針織護(hù)腕可緩解劇烈運(yùn)動(dòng)對腕部帶來的沖擊，有助于保持腕關(guān)節(jié)在運(yùn)動(dòng)中的穩(wěn)定性[1]。目前，關(guān)于護(hù)腕的研究主要在于防護(hù)性、智能化與新型材料的應(yīng)用上。如吳旭波等[2]模擬球撞擊人體時(shí)3款不同彈性護(hù)腕對人體的防護(hù)性能。朱生群[3]發(fā)現(xiàn)，筒狀緯編彈力針織物在實(shí)際著裝過程中存在不同程度的縱向拉伸情況。在材料方面，郭秋晨[4]采用6種不同導(dǎo)電紗線作為原料進(jìn)行智能護(hù)腕的編織，并采用智能無縫護(hù)腕監(jiān)測人體心跳、呼吸和脈搏跳動(dòng)。熊志農(nóng)[5]通過臨床護(hù)理觀察發(fā)現(xiàn)，用遠(yuǎn)紅外線紡織品制成的護(hù)腕在改善微循環(huán)方面有顯著效果。

人們通常在運(yùn)動(dòng)或勞作時(shí)佩戴針織護(hù)腕，但隨著腕關(guān)節(jié)的屈伸、收展、內(nèi)外旋活動(dòng)，護(hù)腕的各點(diǎn)壓力及整體舒適性會(huì)發(fā)生不同變化，尤其在腕關(guān)節(jié)與虎口處易產(chǎn)生不適感。而送紗速度、紗線原料和組織結(jié)構(gòu)等針織工藝參數(shù)的合理設(shè)定能夠改善針織面料的觸感與壓力舒適性。文中出于優(yōu)化目的，探索針織工藝參數(shù)對無縫針織護(hù)腕穿著舒適性及各點(diǎn)壓力的影響，根據(jù)送紗速度5個(gè)水平、紗線原料5個(gè)水平和組織結(jié)構(gòu)3個(gè)水平設(shè)計(jì)正交方案，并編織25個(gè)試樣進(jìn)行動(dòng)靜態(tài)人體穿著實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)以主觀評(píng)價(jià)為主，壓力實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)為輔，得到無縫針織護(hù)腕各因素壓力舒適性的最佳水平。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 材料

1.1.1原料

針織彈性護(hù)腕通常由氨綸包覆紗編織成筒狀織物。選擇目前市場上常見的紗線，包括錦綸纖維、滌綸纖維、棉纖維、羊毛纖維、遠(yuǎn)紅外發(fā)熱滌綸+黏膠混紡紗纖維5種，均由上海圣東尼有限公司生產(chǎn)。

1.1.2儀器 YG141數(shù)字織物厚度儀、LE-104E電子天平、Y511B密度鏡，均由寧波紡織儀器廠制造；WANMEI襪機(jī)，圣東尼公司制造；AMI氣囊壓力測試儀,日本AMI公司制造。

1.2 正交方案設(shè)計(jì)

將5種紗線編號(hào)為A1～A5；設(shè)置起口送紗速度為250～950 m/min，收口送紗速度為550～250 m/min，檔距50 m/min共5個(gè)水平，編號(hào)為B1～B5；采用1×1羅紋結(jié)構(gòu)、2隔2網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)、毛圈組織3種常見組織結(jié)構(gòu)，編號(hào)為C1～C3。 針織組織效果如圖1所示。

圖1 針織組織效果Fig.1 Knitting organization charts

根據(jù)以上因素水平設(shè)計(jì)正交方案，正交因素及因素水平見表1。并根據(jù)正交方案，編織25個(gè)實(shí)驗(yàn)樣品，編號(hào)為W1～W25。

表1 因素水平

1.3 織物基本性能測試

在標(biāo)準(zhǔn)溫濕度下，織物的基礎(chǔ)服用性能測試依據(jù)紡織行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)FZ/T 70010—2006《針織物平方米干燥重量的測定》[6]和GB/T 3923.1—2013《紡織品 織物拉伸性能第1部分：斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率(條樣法)》[7]進(jìn)行，分別測試25個(gè)針織織物的基本性能參數(shù)厚度與線密度，測試結(jié)果見表2。

表2 織物參數(shù)

續(xù)表

1.4 樣品護(hù)腕制作

實(shí)驗(yàn)樣品護(hù)腕由圣東尼WANMEI襪機(jī)(200針筒徑)編織的一體成型針織管狀織物。統(tǒng)一采用氨綸包覆紗，并利用添紗技術(shù)加入140D/25/25/橡筋，完成25個(gè)試樣的織造。所有護(hù)腕樣品經(jīng)測量縱向尺寸為11.8～12.1 cm，橫向尺寸為6.0～8.6 cm，都經(jīng)過燙縮后整理。此外，在起口(較寬一端)下方2 cm處縱向剪開3 cm并包邊縫合，形成大拇指出口，制作的實(shí)驗(yàn)樣品如圖2所示。

圖2 護(hù)腕樣品實(shí)物Fig.2 Physical picture of the wrist guard

1.5 實(shí)驗(yàn)過程

實(shí)驗(yàn)選取10名22～26歲，腕圍在14～15.2 cm，手部號(hào)型為160/70F的青年女性作為受試者，手型標(biāo)準(zhǔn)參照GB/T 16252—1996《成年人手部號(hào)型》[8]。實(shí)驗(yàn)在溫度(22±1)℃，相對濕度(55.5±1)%的恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。

1.5.1主觀評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)之前被測人員靜坐10 min，其后依次穿戴25個(gè)護(hù)腕樣品，動(dòng)靜態(tài)舒適性的評(píng)價(jià)指標(biāo)為腕關(guān)節(jié)屈伸、收展、內(nèi)外旋、靜止4種手部狀態(tài)下的主觀舒適感受，每種狀態(tài)持續(xù)1 min后填寫主觀舒適性表格，并采用5級(jí)評(píng)價(jià)法對所穿戴護(hù)腕的主觀舒適性進(jìn)行評(píng)價(jià)。其中舒適性差的感受可分為過松(不貼體，活動(dòng)時(shí)關(guān)節(jié)處堆褶多)與過緊(緊縛感強(qiáng)，血液不暢)兩種。

1.5.2客觀壓力實(shí)驗(yàn)

客觀實(shí)驗(yàn)作為主觀舒適性實(shí)驗(yàn)的輔助實(shí)驗(yàn)，采用氣囊壓力測試儀測試壓力值，具體測試點(diǎn)如圖3所示。實(shí)驗(yàn)之前受試者將氣囊傳感器固定在受試者手部的相應(yīng)測試點(diǎn)，后依次戴上試樣進(jìn)行壓力測試，并記錄60 s的壓力數(shù)據(jù)，每位受試者測3次，每次間隔1 min，結(jié)果取平均值。

圖3 實(shí)驗(yàn)測試點(diǎn)Fig.3 Test points

1.6 模糊綜合評(píng)價(jià)方法

1.6.1定義模糊集合并確定權(quán)重

為了檢驗(yàn)受試者的評(píng)判是否具有可靠性，對主觀評(píng)價(jià)采用Kendall協(xié)同系數(shù)進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，結(jié)果具有較顯著的一致性。模糊綜合評(píng)價(jià)具體步驟如下：

1)確定對象集：25個(gè)護(hù)腕樣品構(gòu)成模糊綜合評(píng)價(jià)對象集：W={W1,W2,W3,W4,W5,W6,W7,W8,W9,W10,W11,W12,W13,W14,W15,W16,W17,W18,W19,W20,W21,W22,W23,W24,W25}。

2)定義舒適性因素：U={U1,U2,U3，U4}={靜止，屈伸，收展，內(nèi)外旋}。

3)定義評(píng)語集：V={V1,V2,V3,V4,V5}={很差，較差，中等，較好，很好}，評(píng)語賦值QZ={1, 2, 3, 4, 5}。

1.6.2確定各評(píng)價(jià)因素權(quán)重系數(shù) 由5名從事服裝人體工程學(xué)、服裝舒適性、針織服裝工藝研究與教學(xué)的教授、副教授及相關(guān)專家對主客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重系數(shù)確定。根據(jù)層次分析法，分值1，3，5，7，9分別對應(yīng)同等重要、稍微重要、較強(qiáng)重要、強(qiáng)烈重要、極端重要，對指標(biāo)之間進(jìn)行兩兩比較并打分，得到判斷矩陣，歸一化處理后，經(jīng)過一致性檢驗(yàn)，得到舒適性各指標(biāo)權(quán)重為A={靜止，屈伸，收展，內(nèi)外旋}={0.082 6，0.495 8，0.267 1，0.154 4}。

2 結(jié)果與分析

2.1 模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

由于試樣過多，以試樣W1為例，由W1各評(píng)價(jià)指標(biāo)的主觀得分可以得出試樣W1的主觀評(píng)價(jià)矩陣，歸一化處理為

加權(quán)評(píng)價(jià)值為Y=A·R。

式中：Y為主觀模糊綜合評(píng)價(jià)矩陣；A為指標(biāo)權(quán)重系數(shù)向量；R為主觀評(píng)價(jià)矩陣。

由此得到W1的主觀模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果為

YW1=A·RW1={0 0.138 0.719 0.143 0}。

式中：S為主觀綜合評(píng)價(jià)得分；ai為評(píng)語賦值向量QZ的元素；Yi為主觀模糊綜合評(píng)價(jià)向量Y的元素，n為元素?cái)?shù)目。

由此得到護(hù)腕試樣W1的主觀綜合評(píng)價(jià)得分為：SW1=1×0+2×0.138+3×0.719+4×0.143+5×0=3.005。

同理得到所有試樣W1～W25的主觀綜合評(píng)價(jià)得

分(3.005 3.579 4.647 4.205 3.050 2.842

3.981 4.384 4.141 3.215 2.900 3.308

4.105 4.080 3.040 2.848 3.514 4.282

3.629 2.644 2.854 3.678 4.364 4.0612.817)。

據(jù)此初步判斷，在主觀舒適性評(píng)分中最優(yōu)的護(hù)腕試樣為W3，其編制方案為A1，B3，C1，模糊綜合評(píng)分為4.647。

2.2 單因素方差分析

將主觀評(píng)分結(jié)果與3個(gè)因素進(jìn)行單因素方差分析，得到因素A與因素B的p值<0.05，說明紗線、原料、送紗速度因素對主觀評(píng)分結(jié)果的影響具有顯著性，因素C的p=0.118>0.05，不顯著。為了直觀顯示因素A和B對主觀結(jié)果的影響，繪制折線如圖4所示。

圖4 因素A和B主觀評(píng)分得分折線示意Fig.4 Line plot of the subjective score of factor Aand B

由圖4可知，因素B送紗速度中間水平的主觀評(píng)分較高，B3和B4兩個(gè)水平的主觀評(píng)價(jià)綜合得分基本在4以上，說明收口的送紗速度設(shè)置為850～900 m/min之間，起口的送紗速度設(shè)置為650～700 m/min之間是合適的，低于或高于這個(gè)水平時(shí)主觀模糊綜合評(píng)價(jià)得分驟減。因素A的主觀評(píng)價(jià)綜合得分排序?yàn)锳1>A2>A5>A3>A4，說明紗線原料舒適性排序?yàn)殄\綸>滌綸>遠(yuǎn)紅外發(fā)熱纖維>棉>羊毛。

2.3 正交實(shí)驗(yàn)綜合評(píng)價(jià)

計(jì)算每個(gè)試樣5個(gè)測試點(diǎn)的平均壓力，并計(jì)算各因素水平的主觀綜合評(píng)價(jià)得分與極差，通過極差分析法進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，具體見表3。

表3 主觀評(píng)分正交分析

由表3可知，主觀評(píng)價(jià)時(shí)，3 個(gè)因素對主觀舒適性影響程度從大到小依次為B>A>C。由此可知，送紗速度對主觀評(píng)分影響較大，紗線原料次之，組織結(jié)構(gòu)影響最小。因此，手部號(hào)型160/70F的護(hù)腕最優(yōu)針織工藝參數(shù)方案為錦綸紗線，起口送紗速度650 m/min,收口送紗速度850 m/min，1×1羅紋組織，與模糊綜合評(píng)分最佳的W3試樣方案一致。

主觀評(píng)分散點(diǎn)如圖5所示。由圖5可知，主觀模糊綜合評(píng)價(jià)得分在4以上的樣品對應(yīng)的平均壓力基本在15.5～17 kPa，據(jù)此可以判斷無縫針織護(hù)腕的壓力舒適閾值大致在15.5～17 kPa。

圖5 主觀評(píng)分散點(diǎn)Fig.5 Subjective score scatter plot

3 結(jié)語

文中設(shè)置紗線原料、送紗速度與組織結(jié)構(gòu)3個(gè)針織工藝參數(shù)因素進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，主觀模糊綜合評(píng)價(jià)得到手部號(hào)型160/70F無縫針織護(hù)腕的最優(yōu)針織工藝參數(shù)為：A1水平錦綸紗線原料最優(yōu)；B3水平送紗速度中起口送紗速度為650 m/min、收口送紗速度850 m/min最優(yōu)；C1水平1×1羅紋組織最優(yōu)。在客觀壓力實(shí)驗(yàn)的輔助評(píng)價(jià)下，得到無縫針織護(hù)腕的壓力舒適性閾值在15.5～17 kPa之間。本次正交實(shí)驗(yàn)尚有以下不足之處：

1)僅選取了手部號(hào)型為160/70F的女性受試者，未體現(xiàn)不同手部號(hào)型與男女間的差異。

2)由于本次正交實(shí)驗(yàn)組織結(jié)構(gòu)僅選擇了3個(gè)水平，因素C組織結(jié)構(gòu)對主觀評(píng)價(jià)綜合得分的影響不顯著并不能說明組織結(jié)構(gòu)不影響無縫針織護(hù)腕的主觀舒適性評(píng)分，還需要加入更多具有代表性的組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。