織物手感影響因素及評(píng)估方法的研究進(jìn)展

文｜王一萌

織物的手感指織物表面紋理與人體肌膚相互作用時(shí)產(chǎn)生的感覺(jué)，最初被稱為織物的質(zhì)量?？椢锸指惺侨送ㄟ^(guò)觸覺(jué)、視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)對(duì)織物表面紋理進(jìn)行綜合感受產(chǎn)生，是織物表面特征的重要組成部分。觸覺(jué)紋理的研究是本文的主要部分，除了主觀人手觸覺(jué)外，它與織物本身結(jié)構(gòu)密切相關(guān)?？椢锸指泻捅砻嫣卣饕殉蔀橛绊懴M(fèi)者購(gòu)買決策的重要因素。因此，近年來(lái)品牌和研究人員加強(qiáng)了對(duì)織物的手感評(píng)估，以提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力和功能性。

本文從人體對(duì)織物手感的產(chǎn)生過(guò)程入手，分析了纖維與紗線、織物結(jié)構(gòu)和表面整理對(duì)織物手感的影響，并回顧了織物表面摩擦性能評(píng)估方法的發(fā)展過(guò)程，對(duì)未來(lái)紡織表面摩擦性能評(píng)估領(lǐng)域的發(fā)展方向進(jìn)行了展望。

1 織物表面的人體觸覺(jué)感知

人體對(duì)織物粗糙度和紋理的感知相對(duì)復(fù)雜，包括生理學(xué)和神經(jīng)科學(xué)。CHEN等將觸感分為 3 個(gè)步驟，具體如圖1所示：（1）手指在樣品表面滑動(dòng)，在皮膚層中產(chǎn)生接觸變形和振動(dòng)，皮膚中的感覺(jué)受體將其編碼為動(dòng)作電位；（2）包含織物表面紋理信息的動(dòng)作電位通過(guò)神經(jīng)纖維傳輸?shù)酱竽X的體感皮層；（3）產(chǎn)生對(duì)接觸材料表面結(jié)構(gòu)的認(rèn)知。

圖1 觸覺(jué)感知過(guò)程

關(guān)于織物的觸覺(jué)特性，GRIGORII等發(fā)現(xiàn)織物紋理由精細(xì)紋理和粗糙紋理組成，這后來(lái)被稱為觸覺(jué)紋理感知的雙重理論。首先，精細(xì)紋理與振動(dòng)有關(guān)。BOCHEREAU等發(fā)現(xiàn)，當(dāng)材料表面的顆粒小于100 μm時(shí)，沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的受試者對(duì)表面粗糙度的分辨率會(huì)降低。其次，粗糙紋理與周期性關(guān)系更密切，不依賴于動(dòng)態(tài)感知。WIERTLEWSKI等進(jìn)一步證實(shí)，對(duì)精細(xì)紋理和粗糙紋理的感知由不同神經(jīng)機(jī)制介導(dǎo)，兩者之間沒(méi)有相關(guān)性。

2 織物手感影響因素研究

織物的精細(xì)紋理主要與纖維和紗線有關(guān)，粗糙紋理則主要與織物結(jié)構(gòu)有關(guān)。以下將分析纖維與紗線、織物結(jié)構(gòu)和整理工藝對(duì)手感的影響。

2.1 纖維與紗線

纖維和紗線材料表面的毛羽影響人體對(duì)紡織品的粗糙度感知。MOORTHY等測(cè)量了不同纖維制成的織物的摩擦系數(shù)，發(fā)現(xiàn)短纖維織物的摩擦系數(shù)高于長(zhǎng)絲織物，因?yàn)槎汤w維會(huì)導(dǎo)致更多的毛羽，從而影響表面粗糙度。對(duì)紗線來(lái)說(shuō)，KILIC等通過(guò)測(cè)試不同種類纖維制成的單面和多層針織物發(fā)現(xiàn)，紗線的直徑和形狀等結(jié)構(gòu)特征會(huì)影響織物的表面粗糙度。ATALIE等發(fā)現(xiàn)，高捻度紗線消除了部分毛羽的影響而使表面更加緊密光滑。

許多研究忽略了纖維和紗線對(duì)織物結(jié)構(gòu)的變化而導(dǎo)致對(duì)織物表面性能的改變。例如，對(duì)于織物表面摩擦與接觸面積呈正相關(guān)的機(jī)理分析，TANG等認(rèn)為接觸面積增加是由于纖維和紗線細(xì)度的增加，MOORTHY等則強(qiáng)調(diào)織物結(jié)構(gòu)的緊密性影響織物的接觸面積。因此，弄清不同階段對(duì)最終產(chǎn)品表面摩擦特性的影響非常重要。

2.2 織物結(jié)構(gòu)

織物結(jié)構(gòu)的變化主要通過(guò)改變編織結(jié)構(gòu)和織物線密度來(lái)實(shí)現(xiàn)，目前織物結(jié)構(gòu)對(duì)織物表面手感的定性影響仍相對(duì)模糊。KIM等發(fā)現(xiàn)更緊密的織物結(jié)構(gòu)手感更硬；HU等發(fā)現(xiàn)單位面積內(nèi)紗線交叉數(shù)量的增加將增加摩擦過(guò)程中的阻力點(diǎn)和起伏而給人更明顯的紋理感；對(duì)于非織造布這種結(jié)構(gòu)取向隨機(jī)的紡織材料，F(xiàn)ONTAINE等證實(shí)纖維取向與表面摩擦的變化密切相關(guān)，與前文對(duì)纖維的分析結(jié)論相似。

如今，織物結(jié)構(gòu)從簡(jiǎn)單的2D平面發(fā)展到3D立體，紡織產(chǎn)品也開(kāi)始采用多種織物結(jié)構(gòu)復(fù)合的模式以獲得更豐富的功能，仍需要新的解決方案來(lái)測(cè)試和表征新興織物結(jié)構(gòu)及產(chǎn)品的表面紋理。

2.3 整理工藝

織物整理是通過(guò)物理或化學(xué)方法改變織物表面特性以達(dá)到某種功能的過(guò)程。通過(guò)機(jī)械整理或化學(xué)品整理主要改變紗線表面和織物結(jié)構(gòu)，其分析方式與前文相同；而涂層整理由于覆蓋了紗線或織物的表面形態(tài)，對(duì)織物表面特性變化影響更明顯。LI等發(fā)現(xiàn)涂層精加工有助于降低織物表面粗糙度和織物本身的紋理感；ZHENG等則發(fā)現(xiàn)摩擦產(chǎn)生的涂層磨損會(huì)增加織物表面粗糙度和摩擦系數(shù)。因此對(duì)于涂層織物來(lái)說(shuō)，耐摩擦牢度是考察織物表面摩擦性能必須要考慮的問(wèn)題。

常見(jiàn)的家庭護(hù)理方式如水洗、干洗和熨燙等對(duì)織物手感的影響是服裝和紡織品品牌關(guān)注的重點(diǎn)，因?yàn)橄M(fèi)者的使用體驗(yàn)直接影響他們是否會(huì)再次購(gòu)買。RATHINAMOORTHY等通過(guò)對(duì)平紋棉織物進(jìn)行定期柔軟劑漂洗處理發(fā)現(xiàn)，柔軟劑在織物表面形成疏水涂層而降低了織物的表面粗糙度，這些特性的變化將影響織物的表面特性，進(jìn)而影響手感和穿著舒適性。

3 織物表面評(píng)估方法

織物表面評(píng)估能夠?qū)⒖椢锉砻嫣匦苑诸惡土炕?，有助于服裝品牌和研究者分析織物手感并提供解決方案。本節(jié)將回顧織物表面評(píng)估研究的發(fā)展歷程，并展望虛擬渲染織物觸覺(jué)的發(fā)展方向。

3.1 主觀評(píng)估方法

在對(duì)紡織品手感的影響因素進(jìn)行研究之前，早期對(duì)織物質(zhì)地和觸感的分類主要是通過(guò)消費(fèi)者、紡織品生產(chǎn)商和紡織研究人員觀察和觸摸織物來(lái)實(shí)現(xiàn)。主觀評(píng)價(jià)能更直接反映人對(duì)織物質(zhì)感的感知，但結(jié)果不夠準(zhǔn)確：首先，研究發(fā)現(xiàn)評(píng)估結(jié)果存在國(guó)家差異，這可能與不同國(guó)家對(duì)于服裝面料的不同加工偏好有關(guān)；其次，人的皮膚狀況和情緒變化也會(huì)影響結(jié)果；最后，主觀評(píng)估結(jié)果很難使用具體的數(shù)字而通常用等級(jí)和詞匯來(lái)表示。隨著紡織產(chǎn)品制造工藝的發(fā)展，評(píng)估中考慮因素的增加使主觀評(píng)價(jià)方法更難滿足當(dāng)前要求。因此，從20世紀(jì)20年代初開(kāi)始，使用客觀表征和測(cè)量方法來(lái)定性和定量地測(cè)試紡織品手感特性已成為紡織行業(yè)研究人員的主要目標(biāo)。

3.2 客觀評(píng)估方法

1955年至今，已經(jīng)開(kāi)發(fā)了三大類織物手感測(cè)試儀：織物固定式、測(cè)試裝置固定式和非接觸式。第一類測(cè)試儀可防止在測(cè)試中因織物卷曲和滑動(dòng)對(duì)結(jié)果產(chǎn)生的影響。法國(guó)奧爾良大學(xué)設(shè)計(jì)了一種織物手感測(cè)試裝置，織物和標(biāo)準(zhǔn)物分別固定在上表面和下表面，固定標(biāo)準(zhǔn)物的檢測(cè)裝置在設(shè)置參數(shù)下通過(guò)移動(dòng)來(lái)測(cè)量織物在不同條件下的手感。但由于織物表面相對(duì)不均勻，固定織物容易忽略織物其他部分的特性變化，且織物的拉伸變形也可能影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

實(shí)際上，更多研究人員選擇開(kāi)發(fā)第二類測(cè)試儀，其通過(guò)在測(cè)試中移動(dòng)織物盡可能減少織物變化。1972年，川端等開(kāi)發(fā)了一套男士西服客觀手部評(píng)估系統(tǒng)（KES-F），旨在測(cè)量紡織品摩擦系數(shù)和表面粗糙度。然而，KES的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)基于專家評(píng)估結(jié)果，沒(méi)有改變主觀評(píng)估事實(shí)。1990年，聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織（CSIRO）開(kāi)發(fā)了織物簡(jiǎn)單測(cè)試儀（FAST）以快速測(cè)量織物觸感。FAST與織物表面性能相關(guān)的唯一參考內(nèi)容是提升織物時(shí)所施加力的變化圖，對(duì)織物表面性能測(cè)試系統(tǒng)的研究及評(píng)價(jià)仍有限。

2012年，英國(guó)利茲大學(xué)的毛寧濤教授開(kāi)發(fā)出織物手感評(píng)估系統(tǒng)（LUFHES），旨在解決現(xiàn)有織物觸感評(píng)估的局限性。LUFHES使用探針在織物表面滑動(dòng)，通過(guò)織物的不同變形試驗(yàn)收集剛度、柔軟度等織物風(fēng)格屬性。與前兩種系統(tǒng)相比，LUFHES避免了主觀因素影響且考慮到了不同形變下織物的表面特性，但仍受限于實(shí)驗(yàn)室科研階段。

2014年，SDL Atlas公司和香港理工大學(xué)合作開(kāi)發(fā)了織物觸感測(cè)試儀（FTT）。FTT通過(guò)測(cè)量織物的壓縮、彎曲、表面摩擦、表面粗糙和熱學(xué)性能等要素，生成13種織物性能指標(biāo)，并通過(guò)統(tǒng)計(jì)模型計(jì)算以柔軟度、平滑度和溫暖度為結(jié)果輸出。研究表明，F(xiàn)TT可有效對(duì)織物進(jìn)行測(cè)量和鑒別，并已成為商業(yè)產(chǎn)品投入紡織品檢驗(yàn)檢測(cè)應(yīng)用。

此外，還有一些研究人員用非接觸測(cè)量方法消除接觸過(guò)程中的相互作用對(duì)織物表面的影響。1993年，RAMGURAM等首次開(kāi)發(fā)了一種通過(guò)激光傳感器測(cè)試織物表面紋理的儀器。1999年，BUENO等通過(guò)添加信號(hào)處理系統(tǒng)更直觀地顯示出光學(xué)儀器的測(cè)試結(jié)果。研究表示非接觸式測(cè)量更準(zhǔn)確，尤其是在測(cè)試織物各向異性方面，但一些人認(rèn)為接觸法更接近指尖感受，更適合測(cè)量織物手感和舒適度。

織物與人體接觸過(guò)程中振動(dòng)產(chǎn)生的聲波也可以用作一類分析方法，其有別于接觸和非接觸分析方法。YANG等通過(guò)對(duì)人體與織物接觸摩擦?xí)r聲波的傅里葉頻譜進(jìn)行Haar特征識(shí)別，分析了不同織物材料特征值，實(shí)現(xiàn)了通過(guò)摩擦聲波分析織物材料和結(jié)構(gòu)的目的。但事實(shí)上，也有一些學(xué)者質(zhì)疑使用聲波分析織物摩擦和振動(dòng)的準(zhǔn)確性和科學(xué)性。

3.3 虛擬觸覺(jué)渲染

隨著數(shù)字設(shè)計(jì)興起和虛擬技術(shù)的發(fā)展，創(chuàng)建逼真的虛擬織物成為評(píng)估織物手感的主要發(fā)展方向之一。因此，研究者建立了VisTex和ImageNet等紋理數(shù)據(jù)庫(kù)，以存儲(chǔ)和管理不同材料織物的表面紋理數(shù)據(jù)。然而，數(shù)據(jù)庫(kù)的保密性使其無(wú)法滿足全球生產(chǎn)的需求。同時(shí)，如何避免氣候和儀器差異導(dǎo)致的誤差仍需探討。

基于織物摩擦振動(dòng)測(cè)量的數(shù)據(jù)，JIAO等開(kāi)發(fā)并應(yīng)用了表面觸覺(jué)顯示器。該儀器通過(guò)超聲波振動(dòng)和靜電振動(dòng)兩種方式人工調(diào)節(jié)手指和表面之間的摩擦產(chǎn)生觸感。對(duì)于超聲波振動(dòng)方法，物理超聲振動(dòng)向接觸的人體皮膚發(fā)送振動(dòng)信號(hào)，人體觸覺(jué)神經(jīng)系統(tǒng)捕捉這種信號(hào)并產(chǎn)生觸覺(jué)；對(duì)于靜電振動(dòng)模式，當(dāng)手指在靜電屏上滑動(dòng)時(shí)，施加到引導(dǎo)體的電壓將在手指和靜電屏之間產(chǎn)生靜電力，通過(guò)調(diào)整施加的信號(hào)，可以獲得不同觸感。然而，即使發(fā)出的信號(hào)相同，人體主觀感受仍因人而異。

4 總結(jié)

紡織品表面紋理和手感作為織物表面的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)被廣泛關(guān)注。本文通過(guò)將織物紋理劃分為精細(xì)紋理和粗糙紋理，概述了在測(cè)量織物紋理時(shí)，織物的纖維、紗線、結(jié)構(gòu)和整理工藝等對(duì)織物表面紋理和手感的影響。研究得出，纖維和紗線的毛羽會(huì)改變織物表面粗糙度，但目前織物結(jié)構(gòu)改變對(duì)于表面紋理和手感的定量研究仍不明確?？椢锸指性u(píng)估和測(cè)試正在從主觀向客觀轉(zhuǎn)變和發(fā)展，雖然目前的研究還沒(méi)有對(duì)此闡明許多關(guān)系，但織物表面特性的量化和模擬在提高織物質(zhì)量和數(shù)據(jù)開(kāi)發(fā)方面仍有很大潛力。