应用响应曲面法的夜光机绣织物余辉亮度模型的建立

李 婧， 余 媛， 朱亚楠， 葛明桥

(生态纺织教育部重点实验室(江南大学)， 江苏 无锡 214122)

应用响应曲面法的夜光机绣织物余辉亮度模型的建立

李 婧， 余 媛， 朱亚楠， 葛明桥

(生态纺织教育部重点实验室(江南大学)， 江苏 无锡 214122)

为进一步扩展夜光绣线的应用范围及提高夜光机绣织物的发光亮度，结合威尔克姆9.0绣花制版软件和富仪电脑绣花机制备出一种在夜间可发出长余辉效果的机绣织物。利用Box-Behnken设计实验方案，分析工艺参数中针迹间距、针迹速度及外界激发时间对织物余辉亮度的影响规律，以这3项影响因素为因子进行正交试验设计，得到织物余辉亮度的响应曲面模型。结果表明：相比于针迹间距和针迹时间，激发时间对夜光机绣织物的影响更为显著；优化后的最佳工艺条件为激发时间20 min，针迹长度4.5 mm，针迹间距0.4 mm，适宜条件优化下的织物余辉亮度为1.621 5 cd/m2。

机绣织物； 夜光绣线； 余辉亮度； 响应曲面法

夜光诱线是用稀土发光纤维加捻制备而成，产品不仅具有传统纱线和织物的使用功能，而且还具有夜间发光的特殊效果。这种效果主要来源于纺丝过程中掺杂的稀土发光材料。稀土发光材料在吸收光照5～10 min后便可在黑暗中发出长达10 h的光[1-3]，将该材料添加到纺丝基材中进行熔融纺丝可得到稀土夜光纤维，然后对夜光纤维进行加捻制得稀土夜光绣线。稀土夜光绣线的发射波长位于520～540 nm，属于黄绿色光区，可用于制备机织、针织、玩具、刺绣及其他服装或家纺制品。但是，由于参数配置不合理，用该夜光绣线制备的机绣织物具有发光颜色单一、余辉亮度较低的缺点。

影响机绣织物发光亮度的因素较多，如绣线颜色、制版针迹密度、针迹长度、针迹手法、针迹速度以及外界激发时间等，目前对夜光刺绣织物的研究主要集中在绣线的选择上。葛明桥等[4]将夜光绣线应用到传统的家纺设计中，研发出了具有长余辉夜光效果的手工刺绣织物，探讨了夜光绣线颜色对织物发光性能的影响。但是，传统的手工刺绣工艺耗时长，随机干扰因素较大，无法快速找到最优工艺参数配置，致使制备的夜光织物发光亮度低且余辉时间相对较短。为解决此问题，本文采用电脑绣花制版技术，提前对织物的针迹间距、针迹手法、颜色配置等进行设计。以针迹间距、针迹速度及外界激发时间这3个影响因素为设计因子，采用Box-Behnken 试验进行三因子三水平正交试验设计[5-7]，利用余辉亮度测试仪对机绣织物的余辉亮度进行分析。

1 试验部分

1.1Box-Behnken试验方案设计

Box-Behnken Design (BBD)是试验设计中经常采用的建模方法，可直观地研究因子与响应因子之间的关系[8-9]。根据电脑绣花制版软件的设置和实验需求，确定了三因子的试验范围，包括对针迹间距、针迹速度及外界激发时间进行编码。其中，低参量代码设为-1，中参量代码设为0，高参量代码设为1，各代码对应的因素取值如表1所示。

表1 Box-Behnken Design因子取值与编码对照表Tab.1 Test factor value for Box-Behnken design and level code

1.2样品测试及结果

选用长余辉白色夜光绣线为原料，纱线规格为16.67 tex/36 f(由常熟江辉纤维制品科技有限公司提供)。在威尔克姆9.0绣花制版软件里统一采用他他米针法制成4 cm×4 cm的样板，并通过电脑绣花机实现样品试制。织物的余辉亮度在浙江大学三色PR-305型长余辉亮度测试仪上完成测试，照度设置为1 000 lx，光照时间为15 min，且光照结束10 s开始测量，测试时间间隔为1 s，每个样品进行5次重复试验，取其平均值作为样品的余辉亮度值。试验按照表2所示参数进行样品试制。其中，a、b分别是指针迹点向前和返回的偏移系数。采用MiniTab软件对试验结果进行分析，得出织物余辉亮度影响因素的测试结果，如表3所示。

表2 夜光机绣织物制版工艺参数配置Tab.2 Configuration of plate-making process parameters for fabric

表3 织物余辉亮度影响因素测试结果Tab.3 Experimental results for influence factors of afterglow brightness

2 结果与分析

2.1统计分析

为分析织物余辉亮度的3个影响因素，建立了二次多项式回归模型，该模型的表达方程式为

B=α0+αdd+αll+αtt+αddd2+αlll2+

αttt2+αdldl+αdtdt+αltlt+ε

(1)

式中：B为余辉亮度；d、l、t分别为针迹间距、针迹长度和针迹时间；α0为常数项，αd、αl、αt为织物余辉亮度影响因素的一次项系数，αdd、αll、αtt为影响因素的二次项系数，αdl、αdt、αlt为影响因素的交互项系数；ε为误差(包括试验误差和拟合误差)。织物各因素的估计系数及模型方差分析结果如表4所示。

表4 余辉亮度影响因素的估计系数及模型方差分析结果Tab.4 Estimated coefficient of influence factors and results of variance analysis on model

将各系数值代入式(1)，得到回归模型表达式：

B=-1.213 0-0.121 9d+0.273 9l+0.229 4t-

0.661 5d2-0.029 7l2-0.005 8t2+0.117 9dl+

0.009 4dt-0.002 4lt

(2)

根据统计学推断方法可知，P值代表实际数据与原假设之间不一致的概率[10]。其中：正系数表示指标数值随变量增大而增大，负系数表示指标数值随变量增大而减少；P值大于0.10，表明该对应项不显著；P值小于0.10，表明该对应项显著；P值小于0．01，表明该对应项高度显著。

从表4可看出：一次项t高度显著，一次项l显著；二次项t2高度显著，二次项l2显著；交互项均不显著。多元回归项系数R2为98.26%，调整后的R2(adj)为95.12%，表明该统计模型与实验结果拟合良好，仅有3.14%的误差，可作为织物余辉亮度测试的理论预测。通过去除统计模型中的不显著因素，可得到织物余辉亮度B′随各影响因素变化的二次回归方程模型

(3)

2.2工艺参数对织物余辉亮度的影响

由表3、4可知，工艺参数中激发时间和针迹长度对织物的余辉亮度显著影响，而针迹间距对其余辉亮度影响不显著，可能是样品选择的针迹间距范围变化过窄。图1示出各因素对机绣织物余辉亮度影响的响应曲面。可看出，针迹间距、针迹速度及外界激发时间对机绣织物余辉亮度的影响均为非线性，响应曲面出现弯曲。

图1 各因素对机绣织物余辉亮度影响的响应曲面Fig.1 Response curved surfaces of influence of various factors on fabric afterglow brightness.(a) Influence of stitch length and excitation time;(b)Influence of stitch spacing and excitation time; (c)Influence of stitch length and stitch spacing

图1(a)曲面随着针迹长度l和激发时间t的增大，余辉亮度B逐渐变大，说明激发时间和针迹长度对织物余辉亮度影响显著；图1(b)影响同样显著，当针迹间距d一定时，随着激发时间的增大，余辉亮度明显变大，而当激发时间固定不变，随着针迹间距d的变大，余辉亮度反而逐渐减弱；图1(c)的曲面凹陷，当针迹长度一定时，随着针迹间距d的增大，余辉亮度缓慢减弱。当针迹间距d一定时，随着针迹长度l的增大，余辉亮度B缓慢变大，且增加的范围明显低于图1(a)、(b)中激发时间对亮度的影响，符合所建模型描述。通过以上分析可进一步确定，激发时间是影响机绣织物余辉亮度较显著的因素，其次分别是针迹长度和针迹间距。通过响应曲面的优化，织物余辉亮度的最佳工艺参数为：激发时间20 min，针迹长度4.5 mm，针迹间距0.4 mm。

3 结 论

1)借助响应曲面法中的Box-Behnken方法对影响机绣织物余辉亮度的指标进行评价，得出各因素对其余辉亮度的显著性顺序为：激发时间>针迹长度>针迹间距。余辉亮度随着激发时间的延长而显著变大，同样随着针迹长度的增加而增加，但针迹间距对响应值的影响不明显，因此，在织物生产过程中，应先确定激发时间和针迹长度2个参数，再调整针迹间距，以便制备余辉亮度较高的机绣织物。

2)当激发时间为20 min，针迹长度为4.5 mm，针迹间距为0.4 mm时，机绣织物的余辉亮度最佳，可在黑暗条件下获得明显的长余辉夜光效果。

FZXB

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Establishmentofafterglowbrightnessmodelforluminouscomputer-embroideryfabricbyresponsesurfacemethodology

LI Jing， YU Yuan, ZHU Ya′nan, GE Mingqiao

(KeyLaboratoryofEco-Textiles(JiangnanUniversity),MinistryofEducation,Wuxi，Jiangsu214122，China)

In order to further expand the application scope of luminous embroidery thread and improve the luminous intensity of luminous computer-embroidery fabric, a computer-embroidery fabric which can emit the light with a long afterglow effect during the night was prepared by using Wilcom 9.0 software and FuYi computer embroidery machine. The influences of three kind of process parameters of stitch spacing, stitch speed and excitation time on afterglow brightness of fabric were investigated by using the Box-Behnken method,and a response surface model of afterglow brightness was obtained by designing the orthogonal test with the above three factors. The results indicate that compared with stitch spacing and stitch speed, the excitation time has a remarkable influence on afterglow brightness of fabric. The optimum technological conditions are: excitation time of 20 min, stitch length of 4.5 mm and stitch spacing of 0.4 mm, and the afterglow brightness under the suitable conditions is 1.621 5 cd/m2.

computer-embroidery fabric; luminous embroidery thread; afterglow brightness; response surface methodology

TS 151

：A

2016-11-22

：2017-01-26

国家自然科学基金项目(51503082)；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(JUSRP51505)

李婧(1987—)，女，博士生。主要研究方向为稀土发光材料及纤维制品。葛明桥，通信作者，E-mail: ge_mingqiao@126.com。

10.13475/j.fzxb.20161105404