潘 洪,郭培琳
(北京毛紡織科學(xué)研究所檢驗(yàn)中心, 北京 100026)
織物刺癢感是織物受到一定外力作用時(shí),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(yīng)[1]。刺癢感由人體的觸覺(jué)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(yīng)[2-3]有關(guān)。Naylor等[4]對(duì)布面毛羽作為刺癢感刺激源的力學(xué)條件的研究成果表明,一根長(zhǎng)度為2 mm的伸直狀態(tài)的纖維達(dá)到觸發(fā)皮膚痛覺(jué)感受器的臨界彎曲載荷應(yīng)不小于0.75 mN,但該值會(huì)因人而異[5-6]。Veitch等[7]證明布面毛羽在臨界彎曲載荷超過(guò)激發(fā)閾值時(shí)會(huì)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(guò)一定細(xì)度的化學(xué)纖維容易產(chǎn)生刺癢感。織物刺癢感產(chǎn)生于纖維的刺扎作用,因而試驗(yàn)表征應(yīng)集中于單纖維的刺扎力學(xué)行為和皮膚的微區(qū)神經(jīng)刺激作用。
本文用正交試驗(yàn)法對(duì)實(shí)驗(yàn)室之間刺癢感測(cè)試過(guò)程中,可能存在的不同試驗(yàn)操作步驟對(duì)刺癢感測(cè)試值的影響做了研究。通過(guò)研究結(jié)果確定了刺癢感測(cè)試方法中各步驟的具體操作方法,從而保證了刺癢感測(cè)試的穩(wěn)定性、可重現(xiàn)性,并保證了各實(shí)驗(yàn)室間刺癢感測(cè)試結(jié)果的可比性。
以往對(duì)刺癢感的評(píng)價(jià)主要是主觀評(píng)價(jià)法,根據(jù)測(cè)試部位不同有:前臂評(píng)價(jià)、頸部評(píng)價(jià)、肩背評(píng)價(jià)等[8-9],隨著人們對(duì)刺癢感的認(rèn)知和研究的不斷深入[10],國(guó)外有不少機(jī)構(gòu)學(xué)者研發(fā)了刺癢感測(cè)試儀器,并對(duì)儀器不斷升級(jí)改造,逐步應(yīng)用于市場(chǎng)。目前國(guó)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(yàn)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(guó)內(nèi)生產(chǎn)研發(fā)舒適性紡織品主要參考使用IWTO—66—2017進(jìn)行織物刺癢感性能試驗(yàn)。試驗(yàn)過(guò)程中多個(gè)因素會(huì)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響,為了確定各因素對(duì)刺癢感試驗(yàn)數(shù)據(jù)的影響,本文做了以下研究。
調(diào)濕及試驗(yàn)均在GB/T 6529—2008《紡織品 調(diào)濕和試驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)大氣》規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)大氣中進(jìn)行。整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程均在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下進(jìn)行,溫度(20±2) ℃,相對(duì)濕度(65±4)%。
三級(jí)水,羊毛/棉/65/35針織物,羊毛/棉/65/35平紋機(jī)織物;測(cè)試5塊試樣取其平均值為測(cè)試結(jié)果,每5塊試樣為1個(gè)編號(hào),依次編號(hào)為1#、2#、…、16#。試樣規(guī)格尺寸為30 cm×30 cm。
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(jī)(寧波海曙杲壹電子科技有限公司),調(diào)濕架。
1.5.1 正交試驗(yàn)
試驗(yàn)分為3個(gè)階段:試樣準(zhǔn)備階段、測(cè)試階段和數(shù)據(jù)處理階段。織物刺癢感性能在測(cè)試過(guò)程中受到很多因素的影響,如樣品蒸燙的時(shí)間長(zhǎng)短、蒸燙的方向、調(diào)濕的時(shí)間以及試樣調(diào)濕時(shí)的放置方式等。
IWTO—66—2017中對(duì)織物刺癢感的測(cè)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(duì)蒸燙時(shí)間A、蒸燙方向B、調(diào)濕時(shí)間C設(shè)計(jì)了3因素2水平正交試驗(yàn)??椢锎贪W感影響因素水平表見(jiàn)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?yàn)椤按怪薄钡?,表示在試樣緯?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?yàn)椤捌叫小钡模硎驹谠嚇泳曄?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(cè)試面(織物貼身穿著面)應(yīng)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(yàn)
根據(jù)正交試驗(yàn)結(jié)果,得到最優(yōu)的蒸燙時(shí)間、蒸燙方向、調(diào)濕時(shí)間參數(shù)。在該最優(yōu)參數(shù)條件下,對(duì)比試樣測(cè)試面朝上放置調(diào)濕、朝下放置調(diào)濕后的2個(gè)刺癢感測(cè)試值,并對(duì)比單片試樣測(cè)試面刺癢感值和成品試樣先后測(cè)試2個(gè)測(cè)試面的刺癢感值,來(lái)進(jìn)一步規(guī)范測(cè)試步驟。
用毛紡織品舒適度儀按照使用說(shuō)明測(cè)試每個(gè)試樣的刺癢感值,以每個(gè)編號(hào)中5個(gè)試樣的測(cè)試值的平均值作為該編號(hào)的刺癢感值。
針織物和機(jī)織物在正交試驗(yàn)中刺癢感均只測(cè)試織物的橫向(緯向),針織物正交設(shè)計(jì)試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2,機(jī)織物正交試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。
表2 針織物正交試驗(yàn)結(jié)果Tab.2 Orthogonal test table for knitted fabric
表3 機(jī)織物正交試驗(yàn)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(shí)間的延長(zhǎng)數(shù)值變小,這表明蒸燙能夠有效釋放試樣中纖維由于運(yùn)輸、貯存等產(chǎn)生的應(yīng)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(yàn)數(shù)據(jù)也更小。由于刺癢感試驗(yàn)中規(guī)定了測(cè)試方向,即測(cè)試頭掃描運(yùn)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(shí)的刺癢感測(cè)試值明顯小于蒸燙方向?yàn)榇怪睍r(shí)的刺癢感測(cè)試值。該結(jié)論符合織物刺癢感的產(chǎn)生機(jī)制,測(cè)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(dāng)測(cè)試頭來(lái)回掃描試樣表面時(shí),突出纖維變少,產(chǎn)生刺癢信號(hào)源變少,其測(cè)試值自然也小。
表2、3中調(diào)濕時(shí)間有2個(gè)水平,分別為4和8 h,從試驗(yàn)結(jié)果可以看出,調(diào)濕時(shí)間越長(zhǎng),刺癢感測(cè)試值越小。試樣經(jīng)過(guò)蒸汽蒸燙,其表面的明顯褶皺等會(huì)被熨平,試樣會(huì)不同程度的被潤(rùn)濕,不均勻的水分分布,使得纖維的伸展?fàn)顟B(tài)未達(dá)到穩(wěn)態(tài),這些都會(huì)導(dǎo)致試樣刺癢感值受干擾。未達(dá)到調(diào)濕平衡的試樣,在織物的臨界面上,細(xì)微的突出纖維端未達(dá)到紡織品的正常狀態(tài)。所以在刺癢感的測(cè)試中,試樣必須經(jīng)過(guò)適當(dāng)時(shí)間的調(diào)濕。
為了提高試驗(yàn)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性、重現(xiàn)性以及各試驗(yàn)室間數(shù)據(jù)的可比性,必須對(duì)試樣的蒸燙時(shí)間、蒸燙方向、試驗(yàn)方向、調(diào)濕時(shí)間等做出一致的規(guī)定,通過(guò)上述試驗(yàn)結(jié)果分析,推薦采用120 s的蒸燙時(shí)間,蒸燙方向?yàn)槠叫性嚇訖M向蒸燙,調(diào)濕時(shí)間為8 h以上。
由上述正交試驗(yàn)得出最優(yōu)參數(shù)條件:蒸燙時(shí)間為120 s,蒸燙方向平行于測(cè)試方向,調(diào)濕時(shí)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(cè)試面調(diào)濕時(shí)朝上/朝下放置狀態(tài)條件下,以試樣的緯向/橫向?yàn)闇y(cè)試方向(除下表試驗(yàn)條件I和J外),進(jìn)行單因子試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。
表4 單因子試驗(yàn)結(jié)果Tab.4 Single factor experimental results
表4中9#~14#為針織物,15#~16#為機(jī)織物。不同單因子試驗(yàn)條件含義如下:
D:調(diào)濕時(shí),測(cè)試面朝上放置于調(diào)濕架上,表層無(wú)任何覆蓋。
E:調(diào)濕時(shí),測(cè)試面朝下放置于調(diào)濕架上,表層無(wú)任何覆蓋。
F:?jiǎn)纹嚇?,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(jiǎn)單裁剪成衣片,縫合成成衣大身,測(cè)試時(shí)為織物的貼身穿著面,即織物的反面,縫合時(shí)前后身衣片反面對(duì)反面縫合。尺寸大小滿足有效測(cè)試面積30 cm×30 cm。調(diào)濕時(shí)測(cè)試面朝上。
H:G中成品具有2個(gè)測(cè)試面,調(diào)濕中被壓于下側(cè)的面為試驗(yàn)條件H,調(diào)濕時(shí)測(cè)試面朝上一側(cè)的為試驗(yàn)條件G。
I:調(diào)濕時(shí),測(cè)試面朝上放置于調(diào)濕架上,表層無(wú)任何覆蓋,測(cè)試方向?yàn)樵嚇拥目v向。
J:測(cè)試方向?yàn)闄C(jī)織物的經(jīng)向。
K:測(cè)試方向?yàn)闄C(jī)織物的緯向。
由表4中試驗(yàn)條件D、E對(duì)應(yīng)的刺癢感值可知,試樣調(diào)濕時(shí)測(cè)試面朝上放置的刺癢感數(shù)值比測(cè)試面朝下放置的刺癢感數(shù)值要小,這是由于調(diào)濕過(guò)程中測(cè)試面朝上放置,其表面的纖維充分松弛,內(nèi)部應(yīng)力處于平衡狀態(tài),而調(diào)濕過(guò)程測(cè)試面朝下放置于調(diào)濕架上,測(cè)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(cè)試時(shí)織物表面的纖維受力處于非穩(wěn)定狀態(tài),測(cè)試時(shí)測(cè)試面朝上,其表面纖維在壓力解除時(shí)的伸直過(guò)程剛好被刺癢感測(cè)試儀的傳感裝置讀取,從而導(dǎo)致刺癢感測(cè)試值偏大。
由表4中試驗(yàn)條件G、H對(duì)應(yīng)的刺癢感結(jié)果可知,成品試樣在準(zhǔn)備階段,蒸燙時(shí)為雙層面料,水汽較單層面料而言,不容易穿透試樣,試樣測(cè)試面上的纖維被蒸燙的程度不一致,測(cè)試面表面的纖維末端更雜亂,從而刺癢感的測(cè)試值也偏高,試驗(yàn)條件F、G、H對(duì)應(yīng)的刺癢感結(jié)果同樣表明了試樣調(diào)濕時(shí)測(cè)試面的放置方向?qū)y(cè)試結(jié)果有影響,影響結(jié)果和試驗(yàn)條件D、E對(duì)應(yīng)的刺癢感結(jié)果一致。
由表4中試驗(yàn)條件D、G、E、H對(duì)應(yīng)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(cè)臺(tái)的尺寸,因此測(cè)試過(guò)程更平順。
由表4中試驗(yàn)條件D、I對(duì)應(yīng)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(méi)有明顯差異。貼身穿著的針織物組織結(jié)構(gòu)通常較為簡(jiǎn)單,一般采用同一個(gè)紗線系統(tǒng)圈套而成,測(cè)試針織物的橫向刺癢感基本能代表該織物的刺癢感等級(jí)。
由表4中試驗(yàn)條件J、K對(duì)應(yīng)的刺癢感結(jié)果可知,機(jī)織物經(jīng)向和緯向的刺癢感數(shù)值有明顯差異,通常機(jī)織物經(jīng)向和緯向由2個(gè)不同的紗線系統(tǒng)構(gòu)成,所以其織物測(cè)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(cè)定機(jī)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。
織物刺癢感檢測(cè)方法中的主要影響因素有試樣的形式(成品雙層測(cè)試或織片單片測(cè)試),蒸汽蒸燙時(shí)間、蒸燙方向、調(diào)濕放置方式、調(diào)濕時(shí)間、測(cè)試方向等,為了提高試驗(yàn)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(guò)以上的試驗(yàn)及數(shù)據(jù)分析可以得出以下結(jié)論:
①刺癢感試驗(yàn)中應(yīng)規(guī)定試樣大小為30 cm×30 cm,同一塊試樣不能重復(fù)測(cè)試。
②試樣準(zhǔn)備階段,蒸汽蒸燙時(shí)間推薦采用2 min,能夠有效去除試樣在貯存、運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)造成的褶皺及內(nèi)應(yīng)力不均衡等。
③蒸燙方向應(yīng)平行于測(cè)試方向。
④調(diào)濕時(shí),測(cè)試面應(yīng)朝上放置,并保證其上方無(wú)任何覆壓。
⑤調(diào)濕時(shí)間至少為8 h。
⑥針織物可只測(cè)試試樣的橫向,機(jī)織物應(yīng)分別制取經(jīng)向和緯向2個(gè)方向的試樣,并分別測(cè)試。