織物吸濕性對(duì)織物和皮膚間動(dòng)摩擦力的影響

王 旭， 馮向偉， 李亞娟(. 河南工程學(xué)院 服裝學(xué)院， 河南 鄭州 450007； . 河南工程學(xué)院 紡織學(xué)院， 河南 鄭州 450007)

織物吸濕性對(duì)織物和皮膚間動(dòng)摩擦力的影響

王 旭1， 馮向偉2， 李亞娟1
(1. 河南工程學(xué)院 服裝學(xué)院， 河南 鄭州 450007； 2. 河南工程學(xué)院 紡織學(xué)院， 河南 鄭州 450007)

為探明含水率不同織物與皮膚間的動(dòng)摩擦力變化趨勢，選取18種機(jī)織面料和9種針織面料與同一女性青年志愿者的前臂內(nèi)側(cè)皮膚進(jìn)行摩擦實(shí)驗(yàn)，利用織物-皮膚摩擦測試儀測試濕態(tài)條件下織物與皮膚間的動(dòng)摩擦力。針對(duì)不同濕態(tài)條件的織物試樣，采用完全浸潤織物后懸掛自然晾置的方式，以織物的含水率定量表征織物的潤濕程度。結(jié)果表明：相同原料的織物和皮膚間的動(dòng)摩擦力變化趨勢相似，反之亦然；織物含水率在10%～60%的范圍內(nèi)，隨著織物含水率的增大，不同原料的織物與皮膚間的動(dòng)摩擦力變化普遍存在先增大后減小的趨勢；濕態(tài)條件下織物和皮膚間的動(dòng)摩擦力達(dá)到峰值時(shí)，織物的含水率與纖維的公定回潮率存在正相關(guān)關(guān)系。

織物； 皮膚； 動(dòng)摩擦力； 吸濕性

日常生活中，皮膚經(jīng)常要與服裝發(fā)生直接接觸和交互作用，產(chǎn)生諸如撓癢、沖擊和起泡等皮膚疾病，這種現(xiàn)象在體育競賽和軍事作業(yè)中表現(xiàn)得尤為突出，嚴(yán)重影響服裝的穿著舒適性。在淋雨、運(yùn)動(dòng)出汗等情況下，由于自身具有一定的吸濕性，服裝面料被汗液浸濕進(jìn)而黏貼在皮膚上，織物和皮膚間的摩擦力隨之急劇增大，輕者會(huì)引起人體不適，重者甚至?xí)斐善つw的損傷。

20世紀(jì)80年代起，Gwosdow等[1]開始著手探討該領(lǐng)域的問題。自此之后，國內(nèi)外專家學(xué)者對(duì)織物與皮膚間摩擦特性進(jìn)行了大量的研究。結(jié)果表明，織物與皮膚間的摩擦性與紡織材料本身的類型及結(jié)構(gòu)特征、環(huán)境溫濕度、皮膚表面水分含量、相對(duì)運(yùn)動(dòng)種類、摩擦速度、壓力、皮膚表面形貌等因素均有一定的關(guān)系。在濕態(tài)環(huán)境中，織物和皮膚間的摩擦力會(huì)成倍增大[2-3]。Ramalho等[4]研究發(fā)現(xiàn)，親水性好的織物與皮膚間的摩擦系數(shù)較小。隨著織物中水分含量的增大，織物與皮膚間的摩擦系數(shù)也隨之增大[5-6]。從干態(tài)到潮濕態(tài)摩擦力的增大速率要大于從潮濕態(tài)到濕態(tài)的速率[7]。然而實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，織物中的水分含量與織物和皮膚間的動(dòng)摩擦力并不是正相關(guān)的[8]?？椢镏兴值暮颗c纖維原料有著緊密的關(guān)系，纖維的吸濕性越好，織物對(duì)水分的握持能力越大，織物中的水分含量越高。

為進(jìn)一步研究濕態(tài)條件下纖維原料及其吸濕性對(duì)織物和皮膚間摩擦力的影響，探明織物中的水分含量與織物和皮膚間動(dòng)摩擦力的關(guān)系，本文采用織物的含水率定量標(biāo)定濕態(tài)條件，利用織物—皮膚摩擦測試儀[9]對(duì)濕態(tài)條件下不同原料的面料與同一皮膚間的摩擦性能進(jìn)行測試研究，并為今后的深入研究提供理論和實(shí)驗(yàn)參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 志愿者皮膚

選取一名22歲的女性青年大學(xué)生作為志愿者，身高為160 cm，體重為55 kg，基本接近標(biāo)準(zhǔn)體型。志愿者受試部位為前臂中部的外側(cè)皮膚，該部位皮膚無異常，健康狀況良好，在實(shí)驗(yàn)過程中不得涂抹化妝品或外用藥物等。實(shí)驗(yàn)前要在受試皮膚部位做好標(biāo)記，每次測試都從標(biāo)記處開始，確保實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性及可比性。測試前志愿者需要在恒定的實(shí)驗(yàn)環(huán)境(溫度為(23±2)℃，相對(duì)濕度為(50±4)%)中靜坐30 min，保持全身放松，心態(tài)平穩(wěn)，盡量消除可能性干擾因素。

1.2 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)材料選擇市場上常見的貼身穿著用服裝面料，共計(jì)18種機(jī)織面料和9種針織面料，原料包括棉、亞麻、羊毛、桑蠶絲、滌綸和粘膠纖維，織物結(jié)構(gòu)參數(shù)見表1、2。樣品尺寸為500 mm×100 mm，沿經(jīng)向裁剪5塊，注意裁剪后的樣品無破損、臟污，沒有毛邊，以保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的精度。

表1 機(jī)織面料的結(jié)構(gòu)參數(shù)Tab.1 Structural parameters of woven fabric

表2 針織面料的結(jié)構(gòu)參數(shù)Tab.2 Structural parameters of knitted fabric

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

為模擬織物不同的濕態(tài)條件，實(shí)驗(yàn)通過浸潤并晾置的方法得到不同含水量的濕態(tài)織物。

實(shí)驗(yàn)之前，首先使用YG747通風(fēng)式快速八籃烘箱將織物試樣烘干至質(zhì)量穩(wěn)定，求得織物干態(tài)質(zhì)量，以便在實(shí)驗(yàn)過程中計(jì)算含水率。根據(jù)GB/T 9995—1997《紡織材料含水率和回潮率的測定 烘箱干燥法》，烘干稱量計(jì)算棉、麻織物的烘干時(shí)間為35 min，溫度為(105±2)℃；滌綸織物的烘干時(shí)間為25 min，溫度為(105±2)℃；羊毛和粘膠織物的烘干時(shí)間為1 h，溫度為(105±2)℃；桑蠶絲織物的烘干時(shí)間為35 min，溫度為(140±2)℃。

為保證面料完全潤濕，將試樣完全浸泡于15～20 ℃水中，浸潤初期適當(dāng)輕揉以便快速浸潤，60 min后將完全潤濕的織物樣品取出，在溫度為(23±2)℃，相對(duì)濕度為(50±4)%的恒定環(huán)境中沿試樣長度方向(經(jīng)向)懸掛自然晾置。在晾置過程中對(duì)織物試樣進(jìn)行稱量，待樣品的含水率達(dá)到10%、20%、30%、40%、50%、60%時(shí)，迅速夾好試樣，分別進(jìn)行摩擦實(shí)驗(yàn)。依據(jù)織物-皮膚摩擦測試儀的參數(shù)設(shè)置方式[10]，機(jī)織物的預(yù)加張力為 200 cN，針織物的預(yù)加張力為50 cN，摩擦速度均為 500 mm/min。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

圖1、2分別示出不同含水率的機(jī)織物、針織物與皮膚間的動(dòng)摩擦力。

由圖可見，隨著織物含水率的增大，相同原料的織物和皮膚間的動(dòng)摩擦力變化趨勢相似，不同原料的織物與皮膚間動(dòng)摩擦力的變化趨勢不盡相同。在織物含水率為10%～60%的范圍內(nèi)，織物與皮膚間動(dòng)摩擦力的變化趨勢大都呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢，動(dòng)摩擦力的最大值都出現(xiàn)在織物含水率在 30%～40% 之間(滌綸織物除外)。當(dāng)織物的含水率達(dá)到60%時(shí)，織物內(nèi)部水分較多，被擠壓出來多余的水分散布在織物表面，在摩擦過程中，織物表面的水分充當(dāng)潤滑劑的作用，從而減小了織物與皮膚間的摩擦阻力。而隨水分的散失，水分的潤滑作用減小，織物與皮膚之間的動(dòng)摩擦力隨之增大。文獻(xiàn)[7]表明，在皮膚與織物的摩擦過程中起主導(dǎo)作用的摩擦機(jī)制為黏附摩擦。實(shí)際接觸面積是黏附摩擦因數(shù)的決定性因素，接觸面積越大，摩擦因數(shù)越大，因而當(dāng)織物的含水率達(dá)到30%～40%時(shí)，摩擦過程中織物表面的水分較少，水分主要散布在纖維內(nèi)部或者織物組織間的縫隙里，填充了紗線之間的空隙，織物與皮膚間的實(shí)際接觸面積增大，皮膚的黏附摩擦不斷增加時(shí)，織物和皮膚間動(dòng)摩擦力逐漸達(dá)到最大值。隨著晾置時(shí)間的增加，織物中水分繼續(xù)散失，織物與皮膚間的黏附摩擦不斷減小，二者間的動(dòng)摩擦力也隨之減小。而滌綸織物由于吸水性較差，水分易被擠壓出來，分布在織物表面，因而滌綸的動(dòng)摩擦力峰值出現(xiàn)較早，在織物含水率為20%時(shí)，織物與皮膚間的動(dòng)摩擦力即達(dá)到峰值，隨著織物含水率的增大，水分的潤滑作用增大，動(dòng)摩擦力隨之下降。

圖1 不同含水率的機(jī)織物與皮膚間的動(dòng)摩擦力變化趨勢Fig.1 Dynamic friction trend between skin and woven fabric of different moisture content.(a)Linen fabric; (b) Cotton fabric; (c) Silk fabric; (d) Polyester fabric; (e) Rayon fabric; (f) Wool fabric

此外，相同原料的織物和皮膚間的動(dòng)摩擦力達(dá)到峰值時(shí)的織物含水率相同，不同原料的織物與皮膚間動(dòng)摩擦力達(dá)到峰值時(shí)的織物含水率不盡相同。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，動(dòng)摩擦力達(dá)到峰值點(diǎn)的織物含水率與纖維的公定回潮率有一定關(guān)系，纖維的公定回潮率越大，動(dòng)摩擦力達(dá)到峰值點(diǎn)所需織物的含水率越大。例如：10#、11#、12#滌綸機(jī)織物和22#、23#、24#滌綸針織物的纖維公定回潮率為0.4%，該類織物與皮膚間的動(dòng)摩擦力達(dá)到峰值點(diǎn)所需織物的含水率為20%，4#、5#、6#純棉機(jī)織物和19#、20#、21#純棉針織物的纖維公定回潮率為8.5%，這3種織物與皮膚間的動(dòng)摩擦力均在織物含水率為30%時(shí)達(dá)到峰值點(diǎn)，而樣品中13#、14#、15#粘膠機(jī)織物和25#、26#、27#粘膠針織物的纖維公定回潮率為15%，其動(dòng)摩擦力均在織物含水率為40%時(shí)達(dá)到峰值點(diǎn)。

纖維的公定回潮率是表征織物吸濕能力的指標(biāo)，纖維的公定回潮率越大，織物吸收水分的能力越強(qiáng)，織物達(dá)到內(nèi)部飽和時(shí)所含的水分越多。依據(jù)前文分析，當(dāng)織物內(nèi)部水分達(dá)到飽和時(shí)，織物與皮膚間的實(shí)際接觸面積和黏附摩擦達(dá)到峰值，動(dòng)摩擦力達(dá)到最大值，因而纖維的公定回潮率越大，織物和皮膚間動(dòng)摩擦力達(dá)到峰值點(diǎn)時(shí)，織物的含水率越大。

圖2 不同含水率的針織物與皮膚間的動(dòng)摩擦力變化趨勢Fig.2 Dynamic friction trend between skin and knitted fabric of different moisture content.(a) Cotton fabric; (b) Polyester fabric; (c)Rayon fabric

為探明纖維的公定回潮率和動(dòng)摩擦力峰值點(diǎn)時(shí)織物含水率的關(guān)系，對(duì)二者進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果如表3和圖3所示。纖維的公定回潮率和織物和皮膚間動(dòng)摩擦力達(dá)到峰值點(diǎn)時(shí)織物的含水率確實(shí)存在一定線性關(guān)系，二者呈現(xiàn)顯著的正相關(guān)關(guān)系。由此可知，無論針織物還是機(jī)織物，纖維的公定回潮率越大，濕態(tài)條件下織物和皮膚間最大動(dòng)摩擦力達(dá)到峰值點(diǎn)時(shí)，織物的含水率越大。今后對(duì)于濕態(tài)條件下織物和皮膚間摩擦性能的研究，在已知原料公定回潮率的情況下，可根據(jù)圖3中的擬合方程近似求取織物和皮膚間動(dòng)摩擦力達(dá)到峰值時(shí)所需的織物含水率。

表3 不同原料的公定回潮率及其對(duì)應(yīng)動(dòng)摩擦力峰值點(diǎn)的織物含水率Tab.3 Moisture regain of different materials andfabric moisture content at peak dynamic friction

圖3 公定回潮率與動(dòng)摩擦力峰值點(diǎn)的織物含水率的關(guān)系Fig.3 Relationship between moisture regain and fabric moisture content at peak dynamicfriction

由圖1、2的測試結(jié)果可知，濕態(tài)條件下，各原料織物和皮膚間的最大動(dòng)摩擦力均較高，在200 cN的預(yù)加張力下，機(jī)織物和皮膚間的動(dòng)摩擦力最高可達(dá)2 400 cN左右，在50 cN的預(yù)加張力下，針織物和皮膚間的動(dòng)摩擦力最高可達(dá)1 300 cN左右。為避免織物和皮膚間的摩擦力過大給皮膚造成的傷害，日常穿著中盡量避免出現(xiàn)衣服潮濕狀態(tài)，尤其是當(dāng)織物內(nèi)部水分達(dá)到飽和狀態(tài)，織物與皮膚間的實(shí)際接觸面積和表面張力增大，動(dòng)摩擦力即將達(dá)到峰值的情況。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，纖維的公定回潮率越大，該原料的織物和皮膚間的動(dòng)摩擦力越難達(dá)到峰值。對(duì)于滌綸、腈綸等吸濕性差的化纖織物，由于其公定回潮率低，織物內(nèi)部存儲(chǔ)水分的能力不足，易達(dá)到飽和狀態(tài)，使得織物和皮膚間的動(dòng)摩擦力達(dá)到峰值，造成皮膚不適。相反，對(duì)于粘膠、羊毛等吸濕性較好的織物，織物的含水率要達(dá)到40%，織物和皮膚間的動(dòng)摩擦力才會(huì)達(dá)到峰值。基于此，日常穿著過程中，對(duì)于貼身穿用的服裝面料建議使用吸濕性較好的纖維原料，降低織物和皮膚間動(dòng)摩擦力達(dá)到峰值的幾率。

3 結(jié) 論

1)隨著織物含水率的增大，相同原料的織物和皮膚間的動(dòng)摩擦力變化趨勢相似，不同原料的織物與皮膚間動(dòng)摩擦力的變化趨勢不盡相同?？椢锖试?0%～60%的范圍內(nèi)，織物與皮膚間的動(dòng)摩擦力變化趨勢普遍存在先增大后減小的趨勢。當(dāng)織物含水率為20%時(shí)，滌綸織物與皮膚間的動(dòng)摩擦力達(dá)到最大值，當(dāng)織物含水率為30%時(shí)，棉織物與皮膚間的動(dòng)摩擦力達(dá)到最大值，當(dāng)織物含水率為40%時(shí)，毛、絲、麻和粘膠織物與皮膚間的動(dòng)摩擦力達(dá)到最大值。

2)濕態(tài)條件下織物和皮膚間動(dòng)摩擦力達(dá)到峰值時(shí)，織物的含水率與纖維的公定回潮率存在正相關(guān)關(guān)系。纖維的公定回潮率越大，纖維的吸濕性越好，織物和皮膚間動(dòng)摩擦力達(dá)到峰值時(shí)所需的織物含水率越高。為降低織物與皮膚間的動(dòng)摩擦力，減緩對(duì)皮膚的傷害，對(duì)于貼身穿用的服裝面料建議選用吸濕性較好的纖維原料，日常生活中盡量避免貼身穿著比較潮濕的衣物。

FZXB

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Influenceoffabrichygroscopicityondynamicfrictionbetweenfabricandskin

WANG Xu1， FENG Xiangwei2， LI Yajuan1
(1.SchoolofFashion,HenanUniversityofEngineering,Zhengzhou,Henan450007,China; 2.SchoolofTextiles,HenanUniversityofEngineering,Zhengzhou,Henan450007,China)

In order to investigate the relationship between fabric hygroscopicity and the dynamic friction between fabric and skin, 18 kinds of woven fabrics and 9 kinds of knitted fabrics were chosen to carry out the friction experiment with the same female volunteers′ inner forearm skin. The dynamic friction between fabric and skin were tested by fabric-skin friction tester under wet condition. Aiming at the fabric sample under different wet conditions, the samples were completely infiltrated and then hung for naturally drying. The moisture content was used to quantitatively represent the wetting degree of the fabric. It is found that the dynamic friction change trends between the same raw material fabrics and skin are similar, and vice versa. The dynamic friction change trends between different kinds of fabric and skin generally increases and then decreases along with the increase of the fabric moisture content from 10% to 60%. It′s a positive correlation between fiber moisture regain and the fabric moisture content at the peak dynamic friction between fabric and skin under wet condition.

fabric; skin; dynamic friction; hygroscopicity

10.13475/j.fzxb.20170202406

TS 101.2； TS 941.17

A

2017-02-22

2017-04-24

河南工程學(xué)院博士基金資助項(xiàng)目(D2012022)

王旭(1981—)，女，副教授，博士。主要研究方向?yàn)榭椢锖推つw間的摩擦性及其舒適性。E-mail：wangxu0086@126.com。