基于PhabrOmeter®研究车用经编面料手感与其结构参数的关系

孙 妍，应 芬，邵慧奇，陈南梁，蒋金华

(1.东华大学产业用纺织品教育部工程研究中心，上海 201620；2.东华大学纺织学院，上海 201620；3.上海新纺联汽车内饰有限公司，上海 200090)

0 引言

面料的手感风格是衡量产品质量的重要属性，消费者经常把触觉感受到的面料质量作为是否购买产品的依据。因此，客户十分关注面料手感，对车用顶棚面料柔软度、粗糙度方面的要求也越来越高。评定织物风格的方法可分为主观评价和客观评价两类，其中主观评价无法量化评价结果，因为织物手感是人对织物触摸后产生的一种复杂反应，它将人的生理因素、物理因素及心理因素综合为一体，与客观评价相比，缺点是它有着不可避免的不稳定性和任意性。

随着测试技术的不断发展，出现的各类织物风格仪为织物手感的量化评价提供了可能。其中PhabrOmeter®织物手感评价系统[1]，它属于织物风格的客观评价系统[2-3]，它的工作原理是通过仪器模拟人手触摸织物时感官产生的评价，将抽象无形的感觉转变为具体的量化数据，优点是测试速度快、测试效率高，测试指标丰富，比如柔软度、光滑度、刚韧度、悬垂性、折皱回复性等，而且这些手感指标通过一次测试便可全部被收集。该评价系统由美国加州大学戴维斯分校的潘宁教授发明，已被美国AATCC标准收录，在2019年，它的主要内容已实现中国化，标准代号为AATCC TM 202，形成了ZFB团体标准《纺织品 相对手感值的测试 仪器法》，为各类面料的客观评价提供了可能性。然而消费者对汽车内饰面料品质的追求不断提高，需要对汽车内饰面料接触手感进行客观评价，但目前这方面的研究仍然不足，特别是织物结构参数对其手感客观指标方面缺乏系统的研究。

本文将常用在汽车顶棚内饰面料中的涤纶经编织物作为研究对象，采用PhabrOmeter®织物评价系统测试经编针织物的手感系数，包括柔软系数、刚韧系数和光滑系数，采用灰色系统理论的分析方法，得到各结构参数影响织物柔软度、刚韧度和光滑度的程度，并对其进行排序，并对主要影响因素与织物手感系数的关系进行了进一步分析，以求提高车用顶棚经编面料舒适度层面及汽车内饰产品的开发和应用提供一定的参考价值。

1 试验部分

1.1 试验样品

选取4种相同组织的涤纶针织物作为试验样品，测试并分析相应的织物结构参数，如纤维线密度、织物厚度和面密度、织物的经纬密度。织物的垫纱运动图如图1所示，采用3把梳栉编织，GB1和GB2的穿纱方式为1穿1空，GB3的穿纱方式为满穿，形成的织物组织结构的仿真模拟图，如图2所示:

图1 织物垫纱运动图

图2 织物组织结构仿真模拟图

1.2 试验仪器

法宝仪(Phabr Ometer 3)、数字式织物厚度仪、电子天平。

1.3 试验方法

将每个试样使用圆盘取样器裁取5个面积均为100cm2的平行样，而后将试验样品置于恒温恒湿(恒温温度(20±2)℃，相对湿度(65±3)%)环境4小时以上，完成平衡调湿。通过数字式织物厚度仪收集样品的厚度，使用电子天平收集样品质量的测试数据，并计算同一试样的平均厚度以及单位面积质量(面密度)。依照法宝仪仪器测试规则进测试，获得相关试样的载荷——位移曲线，通过系统自带软件计算试样的柔软系数、刚韧系数和光滑系数。刚韧系数和柔软系数与织物的手感性能成正比，数值越大表示织物的硬挺性、光滑性能越明显，光滑系数越大则说明织物表面越光滑[4-6]。

2 结果与讨论

2.1 织物结构参数及手感测试数据收集

四种车用顶棚面料的基本结构参数及手感系数测试结果如表1所示，四种织物手感数据对比如下页图3所示:

图3 四种织物手感数据对比图

表1 顶棚面料的基本结构参数及手感系数

2.2 顶棚织物手感性能的灰色关联分析

顶棚织物的柔软性能、刚韧性能和光滑性能被很多因素影响，可以把被各种因素影响的顶棚织物当作一个灰色系统[7]，灰色系统理论中的灰色关联分析方法可在不完全信息中，能通过数据处理对要研究的各类因素，在随机因素序列之间获取关联性，从而获得主要影响织物性能的因素[8-9]。

2.2.1 确认参考数列和比较数列

根据灰色系统理论，车用顶棚面料的结构参数和柔软性能可以被看作一个灰色系统，表1中的GB1线密度、GB2线密度、GB3线密度、织物经密、织物纬密、面密度、厚度等7个结构参数可当作比较数列Xi＝{xi(k)}，i＝1、2、…、7，k＝1、2、…、4，将柔软系数作为参考数列X0＝{x0(k)}。同理可得到车用顶棚面料的结构参数与刚韧性能、光滑性能的关系。

2.2.2 无量纲化处理

无量纲化处理指对初值不同或者单位不同的数列进行处理。灰色关联分析中常见的无量纲化方法包括、区间相对值化、初值化、均值化。本文选取的数据处理方法是均值化法，用每个数列的平均值去除所有数据，，获得新数列Xi＇(k)，如表2所示:

表2 织物结构参数与手感系数均值化处理结果

2.2.3 求两级差

参考数列X0与比较数列Xi在k点的绝对差，则两级差分别是:为两级最小差，为两级最大差[10-12]，均值化的结构参数与织物手感系数的绝对值和两级差如表3、表4、表5所示:

表3 织物柔软系数与均值化结构参数的绝对差和两极差

表4 织物刚韧系数与均值化结构参数的绝对差和两极差

表5 织物光滑系数与均值化结构参数的绝对差和两极差

2.2.4 求取关联系数及关联度

在灰色系统理论中，关联系数为ε k()＝其中ρ∈0，1[ ]，ρ的值越小，分辨率越高，取值一般为1/2，则其关联度为γi＝。顶棚面料针织物的结构参数与其三大手感系数的关联度、关联系数分别见下页表6、表7、表8。

表6 织物柔软系数与结构参数的关联度和关联系数

表7 织物刚韧系数与结构参数的关联度和关联系数

表8 织物光滑系数与结构参数的关联度和关联系数

对织物结构参数与柔软系数的关联度大小进行排序，得到α5＞α6＞α7＞α4＞α3＞α1＝α2的关联序，即影响涤纶经编针织物柔软性能的顺序依次是:纬密、面密度、厚度、经密、后梳栉线密度、前中梳栉线密度。对其与刚韧系数的关联度大小进行排序，得到β5＞β6＞β7＞β3＞β4＞β1＝β2的即影响涤纶经编针织物刚韧性能的主要和次要顺序为:纬密、面密度、厚度、后梳栉线密度、经密、前中梳栉线密度。对顶棚织物的结构参数与光滑系数的关联度大小进行排序，得到为γ5＞γ6＞γ7＞γ3＞γ4＞γ1＝γ2的关联序，影响涤纶经编针织物光滑性能的主次顺序依次为:纬密、面密度、厚度、后梳栉线密度、经密、前中梳栉线密度。

从总体上看，顶棚面料针织物的纬向密度和面密度对刚韧性能、柔软性能、光滑性能的影响相对较大，织物经向密度和纤维线密度为单因素时影响相对较小，因为影响面密度的主要因素是经纬密度和线密度[13-15]，所以影响织项性能的关键结构因素是面密度。因此，文中注重对面密度与织物刚韧性能、柔软性能、光滑性能的关系进行进一步的探讨。

2.3 面密度与手感性能的关系探讨

为了进一步探讨面密度和手感性能的关系，以织物面密度为横坐标，织物的柔软系数、刚韧系数、光滑系数作为纵坐标绘图，如图4、图5、图6所示:

图4 织物面密度与柔软系数关系图

图5 织物面密度与刚韧系数关系图

图6 织物面密度与光滑系数关系图

从图4可以看出，在其他条件相近的情况下，针织物柔软系数一般与面密度成反比，面密度越大，则单位面积内经纬纱支越大或者经纬密越高，织物柔软系数减少，柔软度降低。从图5可以看出，在其他条件相近的情况下，针织物刚韧系数与面密度的增加成正比，面密度越大，单位面积内经纬纱支越大或者经纬密度越大，织物刚韧度提升。从图6可以看出，针织物光滑系数与面密度没有明显相关性，还需要进一步研究与探讨。

3 结论

文中将车用顶棚涤纶针织物作为研究对象，采用新型的PhabrOmeter®织物评价系统测试织物的柔软系数、刚韧系数、光滑系数，通过灰色系统理论分析方法，和对面密度与织物刚韧系数、柔软系数的定量分析后有以下结论:

(1)影响涤纶经编针织物柔软度性能的顺序依次是:纬向密度、面密度、厚度、经向密度、后梳栉线密度、前中梳栉线密度。影响涤纶经编针织物刚韧性能因素的顺序依次是:纬向密度、面密度、厚度、后梳栉线密度、经向密度、前中梳栉线密度。影响涤纶经编针织物光滑度的因素的顺序依次是:纬向密度、面密度、厚度、后梳栉线密度、经向密度、前中梳栉线密度。

(2)其他条件相近时，涤纶经编针织物柔软系数一般随着面密度的增加而减少，面密度越大，单位面积内的经纬密便越大、单位面积内的经纬纱支也越大，织物柔软系数减少，柔软度降低。针织物刚韧系数一般随着面密度的增加而增加，面密度越大，单位面积内的经纬密便越高、单位面积内的经纬纱支也越大，则织物刚韧系数升高，刚韧度提升。