基于平板和球形压缩特征参数的间隔织物缓压舒适性表征 (1).pdf

纺织科学与工程学报 第 卷第 期(总第 期)年 月 ()收稿日期:基金项目:国家自然科学基金项目()中央高校基本科研业务费专项基金项目()上海市科技创新行动计划自然科学基金项目()福建省纺织品检测技术重点实验室(福建省纤维检验中心)()第一作者简介:邵一怡()女硕士研究生研究方向:功能缓压纺织材料的结构与性能表征通信作者简介:杜赵群()男博士教授博士生导师:/基于平板和球形压缩特征参数的间隔织物缓压舒适性表征邵一怡刘 贵黄 华杜赵群(.东华大学纺织面料技术教育部重点实验室上海.东华大学纺织学院上海.福建省纺织产品检测技术重点实验室(福建省纤维检验中心)福建 福州)摘 要:间隔织物因高中空和高弹性的中间层结构拥有优异的减震缓压性能成为床垫和坐垫产品的新材料 为了研究间隔织物用于坐垫及床垫时的缓压舒适性选用经编间隔织物作为研究对象对试样进行基本结构以及循环压缩的变参数平板压缩和球形压缩实验分析各参数间关系并将主观舒适度评价结果与客观试验中的特征参数进行相关性分析建立缓压性能的统计模型 实验结果表明所建立的模型可以评价间隔织物的缓压性能可用于预测间隔织物运用于人体坐时的舒适程度关键词:间隔织物 球形压缩 缓压性能 回归模型 舒适度中图分类号:.文献标志码:文章编号:()间隔织物是由若干组纱线组成两层及两层以上的表层织物再由另外一组纱线将各表层织物连接起来而形成的高中空结构织物是一种新型三维结构织物从空间形态上可分为上、中、下三层中间层是近似直立的间隔丝参与连接表层织物的织造从而将上、下两个表层牢牢地连接起来使织物具有由许多小孔隙连通形成的高空隙 由于间隔织物特有的三维结构使其具有良好的透湿透气、减压缓震、过滤隔音等性能所以在服装、家居、汽车配件、复合材料等领域应用广泛 间隔织物的缓压性能在很大程度上取决于间隔层的厚度织物中蓄存的气体形成了特别的微气候环境也提高了其回弹率 与传统复合材料相比具有一次成型的特性因此其生产效率大大提高层间强力也得到改善国内外已有诸多学者对间隔织物的基本结构性能进行研究尤其是压缩性能和回弹性能的研究主要集中于单层间隔织物的压缩性能研究缺乏对于多层间隔织物压缩性能的探究压缩主要集中进行平板压缩性能探究没有过多研究用何种方式表征间隔织物的缓压性能好坏且没有一个相对准确的模型能用织物的压缩性能特征参数来量化预测人体使用间隔织物作为坐垫用时坐卧的主观舒适度 本文为研究间隔织物用于坐垫及床垫时的缓压性能选用经编间隔织物坐垫作为研究对象对试样进行基本结构性能测试及平板和球形压缩实验与主观评测实验结果结合侧重研究间隔织物特征参数与人体坐卧主观舒适度的相互关系建立回归模型验证模型的可行性 平板与球形压缩实验.原料选择选取 种间隔织物(常熟市康家家纺科技有限公司和苏州市您好纺织科技有限公司)各结构参数不尽相同按照各自特点分为、三组每纺织科学与工程学报 年 月组 种结构分别命名为、在叠加层数实验时后缀为叠加的层数如 为 织物叠加 层 图 是间隔织物的三维结构图及典型织物试样图试样的参数见表 图 间隔织物的三维结构图及典型织物试样图表 间隔织物试样规格试样编号原料间隔丝直径/表层厚度间隔丝排列方式面密度涤纶.测试仪器及方法本试验使用南通宏大公司 压缩仪对上述 种间隔织物层叠后的试样进行平板和球面压缩性能试验其参考的标准/.纺织品压缩性能的测试中的定压缩率测试方法参数设置情况为:压缩速度/轻压压力 回复速度/压脚面积 将隔距调至合适位置校准后设置实验次数和压缩率压缩率设为 所有实验均在标准大气环境下进行温度为()相对湿度为()将选出的试样按照坐垫的试验方法分别裁剪成 的样品试样要避免产生折叠和弯曲 在剪裁织物时尽量不要破坏间隔丝尽可能保证间隔丝的完整图 为平板和球形压缩实验示意图图 平板和球形压缩示意图对于每种试样根据需要分别进行单层、双层、三层、四层或最多五层的的平板压缩实验共 组试样为了减少实验误差每种试样需循环测试五次取五次数据的平均值作为测试结果 通过实验可以得到间隔织物的压力位移数据曲线提取试样压缩参数包括压缩功、最大压力、恢复功等参数研究相关参数对于间隔织物压缩性的影响.压缩实验结果与分析对 种间隔织物试样进行平板和球形压缩试验其典型平板和球形压缩曲线如下页图 所示得到两种压缩方式的压缩特征参数统计结果见表 所示表 间隔织物平板和球形压缩特征参数表压缩特征参数平板压缩球形压缩均值最大值最小值/均值最大值最小值/最大压力/.压缩功/.恢复功/.回复率/.厚度/.压强/.线性度/.第 期基于平板和球形压缩特征参数的间隔织物缓压舒适性表征图 间隔织物典型平板和球形压缩曲线由图 的平板和球形压缩曲线分析可知平板压缩时压力位移曲线可分为三个阶段第一个阶段是起始阶段压力随着压缩率的增大而急剧增大是因为该阶段隔织物受力部分是近乎直立的间隔丝承受着沿间隔丝方向的力因此间隔丝的弯曲模量是影响压缩性能的主要因素但第一个阶段往往占整个压缩过程中很小的一部分第二阶段压力开始增加缓慢曲线较为平缓此阶段织物间隔层的间隔丝开始倒伏压缩时主要是间隔丝相互挤压靠近间隔丝之间接触变多更多的是间隔层空隙的减少间隔织物产生厚度变化最主要是在这个阶段第三阶段压力又开始急剧上升并且上升速度比第一阶段快说明间隔层中的间隔丝靠得很近没有比较大的空隙使间隔织物厚度产生很大的变化主要是间隔丝之间接触挤压该阶段继续施压会容易破坏间隔织物球形压缩曲线表明随着压缩率增大压力是一直增大的呈非线性增加所以球形压缩时压力的增长要比平板增长的更加平稳一些压力不会发生太大突变 根据实验曲线可以看出同一织物在其他条件都相同时平板压缩中的最大压力比球形压缩要大说明间隔织物能将力分散于各个方向使应力集中减小缓解人体坐卧压力 也说明在同样压力情况下人体臀部接触织物时下陷程度会更大因此在坐垫和床垫中使用间隔织物要确保软硬适中厚度足够 主观评测实验对于间隔织物舒适性能的主观评价是采用分档评分的方法主要步骤就是首先设计好舒适性调查表如表 所示 然后在参与者不清楚坐垫材料以及类型的前提下感受坐在间隔织物上的舒适度以是否舒适、压力集中的感觉及压迫感是否强烈为判定依据并且对主观感受进行定量打分这样便可以对间隔织物舒适性能进行主观评价更加贴近于人的真实状态以求逼真描述舒适性本文主要是对上述的 种间隔织物进行叠加层数和相互组合后的 种试样进行舒适性评价考虑到在实际使用中坐垫层数不宜过多或过厚因此比较薄的织物最多叠加测试至 层比较厚的织物最少测试两层试验完成后对测试者的打分进行统计和处理最后得出的数据如表 所示表 试样主观舒适评分尺度表分数主观评价不太舒适压迫感很强一般舒适有一定压迫感舒适压迫感很小特别舒适几乎感觉不到压迫感表 主观测试结果分数表平均分数段对应试样.、.、.、.、.、.、综合上面 名参与者的主观评价分数数据可以看出 和 织物是舒适度整体评分最高的两种织物且随着层数叠加的变化参与测试者的舒适度会发生变化舒适度整体会随层数增加而增加 几乎所有测试者都认为 二层和 织物五层特别舒适压迫感很小几乎没有因此这两种织物比较适合做坐垫或床垫且需要一定的厚度才会让使用者舒适 缓压性能表征模型.主观与压缩特征值间相关性分析根据压缩曲线和压缩特征值数据表以及主观评测分数可以看到压缩特征值与主观舒适度有一定相关性 主观评测时将压力是否集中压迫感是否强烈作为评判依据如果织物缓压好那么人坐在上面应力集中应该比较低不会有很强的压迫感但满足压力集中低压迫感小的织物不一定都适合做坐垫 因此运用 软件结合客观实验和主观评测用平板和球形压缩的特征参数作为自变量用主观评价分数作为因变量研究其因变量与自变量之间的多重线性关系及线性回归性建立纺织科学与工程学报 年 月织物压缩特征值与主观舒适度的线性回归模型并验证将平板压缩特征值变量名称前面加上 球形压缩特征值变量名称前面加 得到表 的相关性结果表 压缩特征参数与主观舒适性的相关性结果表 最大压力压缩功恢复功回复率厚度压强线性度 最大压力压缩功恢复功回复率厚度压强线性度主观舒适评分 最大压力.压缩功.恢复功.回复率.厚度.压强.线性度.最大压力.压缩功.恢复功.回复率.厚度.压强.线性度.主观舒适评分.在.级别(双尾)相关性显著.在.级别(双尾)相关性显著 由表 可知压缩特征参数存在较好的相关性平板和球形的最大压力与压强相关性都比较高是因为压力与压强的关系(压强)(压力)/(面积)压力与压强呈正相关 与人体舒适度相关较好的压缩特征包括最大压力、回复率、厚度及压强是由于人体坐卧时接触点压力越大压强越大身体部位所承受的应力越集中越不舒适回复率高说明织物的弹性越好对人体整体的支撑也比较好变形相对较小人体越舒适 当压缩至同样的压缩率时球形的最大压力要比平板小得多说明球面更容易将织物表面压陷因此当人的臀部与织物接触时需要织物有足够的厚度能让臀部下陷深度小否则臀部对织物压缩深度太大就会因为压力过于集中造成人体不适因此增加厚度在一定程度上可以增加织物的缓压性能.缓压性能的多元线性回归模型根据压缩特征参数与主观舒适性的相关性分析对各变量进行线性回归分析将压缩参数变量设为自变量设 最大压力、压缩功、恢复功、回复率、厚度、压强、线性度、最大压力、压缩功、恢复功、回复率、厚度、压强、线性度分别为、主观评分设为因变量为 得到回归分析的结果如公式()进行多元回归回归模型后:主观评分与 个参数变量多元线性回归模型的 大于.说明模型拟合较好.().回归模型验证基于多元线性回归模型公式()选取 个试样对模型进行验证 首先对 种织物进行主观评定评测方式与前面主观评定一样将十位测试者对织物经过主观评测后的平均值作为其主观舒适第 期基于平板和球形压缩特征参数的间隔织物缓压舒适性表征评分 再对织物实施球形和平板压缩试验将压缩率设为 每个织物做五次压缩实验后取平均值将各织物得出的平板、球形压缩特征值带入公式()中求出其理论评分结果选取的 种织物压缩数据测量结果如表 主观测试与理论计算的舒适度评分对比结果如表 所示表 间隔织物压缩特征值测量结果特征参数织物 织物 织物 织物 最大压力.压缩功.恢复功.回复率.厚度.压强.线性度.最大压力.压缩功.恢复功.回复率.厚度.压强.线性度.表 间隔织物主观测试与理论结果对比表试样主观测试分数.模型计算分数.相对误差/.将表中的数据带入回归模型()中由表 可知计算得出的 块织物的主观评分与理论数值有细小误差但整体趋势是符合实际情况的可以发现主观和理论的评分大小较吻合说明回归模型可以在一定条件下表征织物的缓压性能 结论围绕间隔织物的缓压性能采取平板压缩和球形压缩实施间隔织物压缩基于测试提取的压缩特征值与主观缓压舒适度的关系实施基于人体舒适程度的间隔织物缓压性能表征 实验选取了 种变结构参数的间隔织物通过改变层数构造 种织物对其进行平板压缩和球形压缩性能测试通过间隔织物的压缩压力位移曲线提取压缩功、最大压力等多个压缩特征参数分析曲线形成原因和影响因素 通过主观评测得到人体就坐时主观舒适度的评分运用 软件对压缩的特征参数值和主观评测舒适分数进行相关性分析分析了各变量之间的相关性并建立了以压缩特征值为自变量主观评测分数为因变量的多元线性回归分析模型最后通过 种间隔织物的验证试验证明其理论值与实际情况相吻合验证了本模型可以一定程度地表征间隔织物缓压性能参考文献 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