CN102707040B - 面料湿态贴体性快速客观测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种面料湿态贴体性快速客观测试装置和方法，装置包括计算机控制系统，力值测量系统，机械传动系统，试样夹持系统和装载人造皮肤的皮肤装置，所述试样夹持系统设置在所述皮肤装置的对立侧；所述试样夹持系统还与机械传动系统相连；计算机控制系统通过所述机械传动系统控制试样夹持系统移动从而令面料试样与人造皮肤贴附或远离，并通过力值传感器进行实时检测；所述力值传感器与计算机相连；所述计算机控制系统用于实时检测、控制并显示贴附力—位移曲线，计算最大贴附力，单位面积贴附力，贴附功和黏着距离指标。本发明能够客观表征服用面料浸湿条件下对皮肤的贴附性能，直接反映人体对相应面料的湿态贴体程度的主观触觉感受。

Description

面料湿态贴体性快速客观测试装置及方法

技术领域

本发明涉及纺织面料测试技术领域，特别是涉及一种面料湿态贴体性快速客观测试装置及方法。

背景技术

人体在剧烈运动中或夏季大量出汗时，或被雨水淋湿后，内衣、运动衫等贴身服装面料在湿态下贴附于人体常令人倍感不适。为解决贴身服装的汗湿贴体问题，国内外研究人员在面料开发方面做了大量研究，先后开发了系列吸湿、导汗、快干的功能性面料，然而当前对于如何客观、有效的评价各种不同面料在汗湿情况下的服用贴体舒适性尚缺乏有效的方法。

目前在纺织面料测试领域多通过测试面料在设定气候下的热湿传递性来表征其热湿服用舒适性，但这种测试方法仅反映隐汗（气态）情况下面料对水汽的吸收传输程度，不能反映和表征大量显汗条件下湿态面料对人体的贴体舒适性差异；第二种滴液方法以接触角、扩散面积和扩散速度等来表征面料对液滴的吸收程度和传递速率，液态水在织物结构体中的传输及扩散现象与湿态织物对皮肤的贴附现象虽有大致相同的影响因素，但却是两种不同的物理现象，因此这种方法所得到的数据仍难以客观反映液体浸润的面料贴附于皮肤对人体所造成的不适感觉；另有方法测试织物在湿态下与皮肤（或人造皮肤）的相互摩擦阻力，以摩擦系数或黏腻指数指标来表征或比较湿态织物对皮肤的贴附性能，然而，因织物浸湿后沿皮肤表面运动需克服相当大的阻力，所以该相对“摩擦”运动的现象仅在少数剧烈运动情况下才发生，日常生活中更多的是呈现一种法向的湿贴附现象，即面料贴附于皮肤阻碍皮肤伸张运动对人体造成不适，并且法向贴附力的存在是切向摩擦阻力存在的前提，因此对湿态面料与人体表面的法向贴附力的测试和表征是准确反映并客观描述面料湿态贴体舒适性的前提和基本条件。

除以上采用仪器的客观检测方法外，还有着装试验检测方法，该方法对参与试穿测试的人员有体形、体质等要求，测试过程繁琐耗时长，成本高，测试结果受试验者个体影响较大，数据离散性大，而准确性和可重复性差。因此目前尚未有合理可行的针对面料汗湿后法向贴体性质的仪器检测方法，更无相应检测标准。市场上，检测手段的缺失也使得功能性、舒适性面料的开发缺乏有效的监督监管和制度保障。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种面料湿态贴体性快速客观测试装置及方法，能够客观表征服用面料浸湿条件下对皮肤的贴附性能，直接反映人体对相应面料的湿态贴体程度的主观触觉感受。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种面料湿态贴体性快速客观测试装置，包括用于夹持面料试样的试样夹持系统和装载人造皮肤的皮肤装置，所述试样夹持系统设置在所述皮肤装置的对立一侧，所述皮肤装置包括C型架和T型台；所述C型架套装在T型台上；所述C型架的平面处固定有皮肤托台；所述皮肤托台上包覆有人造皮肤；所述T型台上固定有力值传感器；所述力值传感器与计算机控制系统相连；所述计算机控制系统用于实时检测、控制并显示贴附力—位移曲线，计算最大贴附力，单位面积贴附力，贴附功和黏着距离指标；所述试样夹持系统还与机械传动系统相连；所述计算机控制系统通过所述机械传动系统控制所述试样夹持系统移动从而使面料试样与人造皮肤贴附或远离。

所述试样夹持系统包括试样夹持器和可抽取式试样夹框，所述试样夹持器上固装有两根上固定条和两根下固定条，所述上固定条和下固定条用于固定所述可抽取式试样夹框。

所述可抽取式试样夹框上下两端分别装有上夹持条和下夹持条，所述上夹持条和下夹持条通过螺钉固定面料试样的上下两端；所述可抽取式试样夹框的上端和上夹持条之间设有进水口。

所述试样夹持系统还包括用于在将面料试样放入所述可抽取式试样夹框时对面料试样施加初始张力的张力夹。

所述力值传感器与计算机控制系统之间还连有放大器。

所述机械传动系统包括脉冲分配器、步进电机、传动齿轮、同步齿轮带、螺杆和螺块；所述脉冲分配器用于接收所述计算机控制系统发出的脉冲控制信号，并将该脉冲控制信号传输给所述步进电机；所述步进电机通过传动齿轮和同步齿轮带带动所述螺杆使螺杆做旋转运动；所述螺杆上套有与所述试样夹持系统连接的螺块。

所述螺杆两端各设有一个限位块。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：还提供一种面料湿态贴体性快速客观测试方法，包括以下步骤：

（1）剪取面料试样，将面料试样充分浸润5分钟，取出后悬挂面料试样，直至5秒内无连续2次滴水现象；

（2）将面料试样夹持在试样夹持系统上；

（3）通过机械传动系统带动试样夹持系统使得面料试样与皮肤装置上的人造皮肤贴附，再通过机械传动系统带动试样夹持系统使得面料试样与皮肤装置上的人造皮肤逐步脱开，直至完全分离；

（4）力值传感器实时检测力值，将信号传输至计算机，试样与人造皮肤完全分离后软件自动计算并显示最大贴附力值F_m，单位面积贴附力值F_a，贴附功W和黏着距离L_a指标。

所述步骤（4）中计算机控制系统还发出脉冲控制信号，所述脉冲控制信号经机械传动系统控制所述试样夹持系统平移运动；所述计算机控制系统同时控制位移量值，在主测试界面上画出贴附力—位移曲线。

所述步骤（2）和步骤（3）之间还包括补充浸液直至面料试样吸收饱和的步骤。有益效果

由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

（1）本发明填补了面料湿态法向贴体舒适性仪器检测方法的空白。本发明的测试手段和测试过程针对服用面料在浸湿条件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值动态变化曲线及贴附力、贴附功等指标直接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。

（2）采用本发明的方法及实验装置，单次试验1分钟以内完成，测量快速；操作方便，对实验操作人员的技术要求低，人为测量误差低，测试过程及结果可重复性好；测试系统的力值及位移测量分辨率高，数据准确；以时间曲线显示贴附力值的动态变化，并以具体指标对重要信息进行表述，因此该方法的评价体系给出的信息直观、综合且代表性特征突出。

（3）本发明的面料湿态贴体性快速客观测试方法，适应于各种原料及组织结构的纺织面料，对其汗湿/淋湿后的贴体舒适性进行客观、有效的测试和定量表征，测试数据对于贴体舒适性面料的设计开发具有重要的指导意义；同时对于面料贴体舒适性的相关理论研究提供了基础实验支持。相对于着装测试方法，本发明的方法避免了采用感官检验方法造成的主观性误差和试验个体差异造成的数据离散性，因此具有巨大的优势和推广潜力。

（4）采用本发明所用方法，可对机织、针织和非织等各类型纺织面料的湿态贴体舒适性进行测试和分析，从而对相应面料的湿态着装舒适性进行客观表征，并据此给出定性和定量评价，测试结果可作为纺织品检测机构对织物和服装的功能性和舒适性程度做出合理评判的有效根据，因此有利于合理引导消费者并建立规范加强市场监管，从而对具有有效功能性的新型纺织品给予保护，同时避免各类不实宣传对纺织品市场可能造成的混乱和误导消费。

附图说明

图1是本发明的测试装置结构示意图；

图2A是本发明中试样夹持系统的结构示意图，图2B是图2A的侧视图；图2C是图2A中可抽取式试样夹框的平视图；

图3是本发明中人造皮肤装置的结构示意图；

图4是本发明主测机箱操作面板示意图；

图5是本发明中面料湿态贴体性表征指标定义示意图；

图6是本发明中实施例1的贴附试验数据曲线图；

图7是本发明中实施例2的贴附试验数据曲线图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明的实施方式涉及一种面料湿态贴体性快速客观测试装置，如图1所示，包括计算机控制系统，力值测量系统，机械传动系统，试样夹持系统和装载人造皮肤的皮肤装置，所述试样夹持系统设置在所述皮肤装置的对立侧。如图3所示，所述皮肤装置包括C型架27和T型台28；所述C型架27套装在T型台28上；所述C型架27的平面处固定有皮肤托台25；所述皮肤托台25上包覆有人造皮肤2；所述T型台28上固定有力值传感器3。使用时，人造皮肤2包覆皮肤托台25，固定螺钉26将皮肤托台25固装在C型架27上，C型架27套装在T型台28上，并可方便拆卸。若准备换肤，可先将C型架27从T型台28上取下，松开C型架27上的固定螺钉26，取下皮肤托台25，取下外层包覆的人造皮肤2；用新的皮肤包覆皮肤托台25并用C型架27压住，拧紧固定螺钉26，然后将C型架27重新套到T型台28上，完成换肤。所述力值传感器3与计算机控制系统5相连，所述力值传感器3与计算机控制系统5之间还连有放大器4，通过放大器4可对测得的信号进行放大。所述计算机控制系统5用于实时检测、控制并显示贴附力—位移曲线，计算最大贴附力，单位面积贴附力，贴附功和黏着距离指标；所述试样夹持系统还与机械传动系统相连；计算机控制系统通过所述机械传动系统控制试样夹持系统移动从而令面料试样1与人造皮肤2贴附或远离。本发明设计的测量力值分辨率为0.01cN，力值测量范围0～100cN；位移测量误差≤0.05mm。

其中，所述机械传动系统包括脉冲分配器6、步进电机7、传动齿轮9和10、同步齿轮带8、螺杆13和螺块14；所述脉冲分配器6用于接收所述计算机控制系统5发出的脉冲控制信号，并将该脉冲控制信号传输给所述步进电机7；所述步进电机7通过传动齿轮9与10和同步齿轮带8带动所述螺杆13以螺杆13的轴线做旋转运动；所述螺杆13上套有与所述试样夹持系统连接的螺块14。所述螺杆13两端各设有一个限位块11和12。

如图2A、图2B和图2C所示，所述试样夹持系统包括试样夹持器16和可抽取式试样夹框17，所述试样夹持器16上固装有两根上固定条21和两根下固定条22，所述上固定条21和下固定条22用于固定所述可抽取式试样夹框17，同时方便可抽取式试样夹框17的进出。所述可抽取式试样夹框17上下两端分别装有上夹持条19和下夹持条20，所述上夹持条19和下夹持条20通过螺钉23固定面料试样1的上下两端；所述可抽取式试样夹框17的上端和上夹持条19之间设有四个截面为梯形的进水口24，用于在测试前对面料试样补充浸液，使面料试样达到规定的浸润状态。所述试样夹持系统还包括用于在将面料试样1放入所述可抽取式试样夹框17时对面料试样1施加初始张力的张力夹18，该张力夹18的质量可以是30.0g。

如图4所示，面料湿态贴体性测试装置的主测机箱操控面板36上有如下装置和控件：试样夹持系统和人造皮肤装置；试样夹持器16背后的主测机箱操控面板上设有螺块滑槽30，便于螺块14左右移动；试样夹持器16下面设有接水槽29；控件“左移”按钮32，“停止”按钮33和“右移”按钮34，分别用于控制试样夹持器16的左移，停止和右移；主测机箱操控面板36上还设有电源开关35和校准旋钮31。

图5是本发明中面料湿态贴体性表征指标定义示意图，其中，l-试样夹持器16相对于初始位置的位移，mm；F_m—最大贴附力，cN；F_a-单位面积贴附力，cN/cm²；

其中S_a—贴附面积，cm²；L_a—黏着距离，mm；W-贴附功，mJ；

本发明还提供一种面料湿态贴体性快速客观测试方法，该方法首先使面料经浸液浸润后竖直贴附于人造皮肤表面，然后将面料从皮肤表面缓慢匀速揭离，由仪器画出贴附力随时间或相对位移的实时变化曲线，并计算揭离过程中的最大贴附力，单位面积贴附力，贴附功和黏着距离指标。其具体步骤如下：

（1）打开面料湿态贴体性测试装置的电源开关35，和计算机5电源开关，预热半小时。

（2）双击打开计算机5中的测试软件应用程序，进入主测试界面。

（3）剪取（8~10）cm×15cm的矩形面料试样若干块，将试样浸入准备好的浸液中充分浸润5分钟，取出悬挂至5秒内无连续2次滴水现象。

（4）在主测试界面上单击“校准”打开校准窗口，对仪器进行负荷校准，校准后选择“确定”返回主测试界面。

（5）在主测试界面上单击“设置”打开参数设置窗口，对“贴附面尺寸”、“分离速度”、“定位方式”、“负荷范围”、“位移范围”等试验参数进行设置，选择“确定”或“取消”返回主测试界面。

（6）将试样夹框17从试样夹持器16上抽取下来，然后将试样1固定于试样夹框17与上、下夹持条19,20之间，具体做法是：首先将试样1的上端通过试样夹框17与上夹持条19之间的空隙，旋紧上夹持条19上的两个螺钉23；试样1下端通过试样夹框17与下夹持条20之间的空隙，然后底端挂上张力夹18，旋紧下夹持条20上的两个螺钉23，取下张力夹。

（7）将装上试样的试样夹框17推回到试样夹持器16上，由上、下固定条21，22固定住；通过试样夹框17的进水口24对试样1补充浸液，直至试样吸收饱和。

（8）按主测机箱操控面板36上的“右移”按钮34，试样夹持器16带动试样1向右平移至零位移位置，与人造皮肤2贴附。

（9）按“左移”按钮32，试样夹持器16带动试样1向左平移，与人造皮肤2逐步脱开，至完全分离后停下。该过程克服面料对皮肤的贴附力做功，贴附力值随时间/位移动态变化，力值传感器3实时检测力值，将信号通过放大器4传输至计算机5的软件系统；计算机5的控制系统发出脉冲信号，经脉冲分配器6传送至步进电机7控制步进电机转动，该转动量经传动齿轮9、同步齿轮带8、传动齿轮10、螺杆13及螺块14转换为试样夹持器16的平移运动；计算机控制系统实时检测贴附力值同时控制位移量值，在主测试界面上画出贴附力—位移曲线；试样1与人造皮肤2完全分离后软件自动计算并显示最大贴附力值F_m（单位：cN），单位面积贴附力值F_a(单位：cN/cm²)，贴附功W（单位：mJ）和黏着距离L_a（单位：mm）指标。

（10）重复[3]～[9]过程，进行下一个试样的测试。

（11）测试结果以EXCEL文件形式保存在计算机存储器上，可在计算机主测试界面上显示，或由打印机打印输出，测试结果包括：各次测试的数据曲线，计算得到的指标F_m，F_a，W，L_a，以及多次测试数据的统计值。

实施例1：

涤棉混纺针织面料，双罗纹组织，横密72.2（/5cm），纵密84.0（/5cm），在15.0cN/cm²压强下的厚度为0.88mm，单位面积克重为211g/cm²，剪取6份矩形试样，尺寸均为8.0cm×15.0cm。

对各块试样按步骤[3]～[9]进行测试，其中在步骤[5]中设置的试验参数为：贴附面尺寸5.0cm×6.0cm，分离速度50mm/min，定位方式为“按负荷定位”，负荷范围0~30cN，位移范围0~25mm。待6份试样测试完毕，计算机主测试界面上显示的测试曲线如图6所示，测试指标及统计数据如表1所示。

表1

实施例2：

双罗纹组织纯棉纱线针织面料试样，横密76.6（/5cm），纵密79.6（/5cm），在15.0cN/cm²压强下的厚度0.97mm，单位面积克重195g/cm²，剪取10份矩形试样，尺寸8.0cm×15.0cm 。

对各块试样按步骤[3]～[9]进行测试，其中在步骤[5]中设置的试验参数为：贴附面尺寸5.0cm×6.0cm，分离速度50mm/min，定位方式为“按负荷定位”，负荷范围0~30cN，位移范围0~25mm。待10份试样测试完毕，计算机主测试界面上显示的测试曲线如图7，测试指标及统计数据如表2所示。

表2

Claims (9)

1.一种面料湿态贴体性快速客观测试装置，包括用于夹持面料试样（1）的试样夹持系统和装载人造皮肤的皮肤装置，所述试样夹持系统设置在所述皮肤装置的对立一侧，其特征在于，所述皮肤装置包括C型架（27）和T型台（28）；所述C型架（27）套装在T型台（28）上；所述C型架（27）的平面处固定有皮肤托台（25）；所述皮肤托台（25）上包覆有人造皮肤（2）；所述T型台（28）上固定有力值传感器（3）；所述力值传感器（3）与计算机控制系统（5）相连；所述计算机控制系统（5）用于实时检测、控制并显示贴附力—位移曲线，计算最大贴附力，单位面积贴附力，贴附功和黏着距离指标；所述试样夹持系统还与机械传动系统相连；所述计算机控制系统（5）通过所述机械传动系统控制所述试样夹持系统移动从而使面料试样（1）与人造皮肤（2）贴附或远离；所述力值传感器（3）与计算机控制系统（5）之间还连有放大器（4）。

2.根据权利要求1所述的面料湿态贴体性快速客观测试装置，其特征在于，所述试样夹持系统包括试样夹持器（16）和可抽取式试样夹框（17），所述试样夹持器（16）上固装有两根上固定条（21）和两根下固定条（22），所述上固定条（21）和下固定条（22）用于固定所述可抽取式试样夹框（17）。

3.根据权利要求2所述的面料湿态贴体性快速客观测试装置，其特征在于，所述可抽取式试样夹框（17）上下两端分别装有上夹持条（19）和下夹持条（20），所述上夹持条（19）和下夹持条（20）通过螺钉（23）固定面料试样（1）的上下两端；所述可抽取式试样夹框（17）的上端和上夹持条（19）之间设有进水口（24）。

4.根据权利要求3所述的面料湿态贴体性快速客观测试装置，其特征在于，所述试样夹持系统还包括用于在将面料试样（1）放入所述可抽取式试样夹框（17）时对面料试样（1）施加初始张力的张力夹（18）。

5.根据权利要求1所述的面料湿态贴体性快速客观测试装置，其特征在于，所述机械传动系统包括脉冲分配器（6）、步进电机（7）、传动齿轮、同步齿轮带、螺杆（13）和螺块（14）；所述脉冲分配器（6）用于接收所述计算机控制系统（5）发出的脉冲控制信号，并将该脉冲控制信号传输给所述步进电机（7）；所述步进电机（7）通过传动齿轮（9、10）和同步齿轮带（8）带动所述螺杆（13）使螺杆（13）做旋转运动；所述螺杆（13）上套有与所述试样夹持系统连接的螺块（14）。

6.根据权利要求5所述的面料湿态贴体性快速客观测试装置，其特征在于，所述螺杆（13）两端各设有一个限位块。

7.一种使用权利要求1-6中任一权利要求所述的面料湿态贴体性快速客观测试装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）剪取面料试样，将面料试样充分浸润5分钟，取出后悬挂面料试样，直至5秒内无连续2次滴水现象；

（2）将面料试样夹持在试样夹持系统上；

（3）通过机械传动系统带动试样夹持系统使得面料试样与皮肤装置上的人造皮肤贴附，再通过机械传动系统带动试样夹持系统使得面料试样与皮肤装置上的人造皮肤逐步脱开，直至完全分离；

（4）力值传感器实时检测力值，将信号传输至计算机，试样与人造皮肤完全分离后软件自动计算并显示最大贴附力值F_m，单位面积贴附力值F_a，贴附功W和黏着距离L_a指标。

8.根据权利要求7所述的面料湿态贴体性快速客观测试方法，其特征在于，所述步骤（4）中计算机控制系统还发出脉冲控制信号，所述脉冲控制信号经机械传动系统控制所述试样夹持系统平移运动；所述计算机控制系统同时控制位移量值，在主测试界面上画出贴附力—位移曲线。

9.根据权利要求7所述的面料湿态贴体性快速客观测试方法，其特征在于，所述步骤（2）和步骤（3）之间还包括补充浸液直至面料试样吸收饱和的步骤。

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