无缝护腕针织工艺参数模糊正交优化

蒋慧敏， 柯宝珠

(上海工程技术大学 纺织服装学院,上海 201620)

弹性针织护腕可缓解剧烈运动对腕部带来的冲击，有助于保持腕关节在运动中的稳定性[1]。目前，关于护腕的研究主要在于防护性、智能化与新型材料的应用上。如吴旭波等[2]模拟球撞击人体时3款不同弹性护腕对人体的防护性能。朱生群[3]发现，筒状纬编弹力针织物在实际着装过程中存在不同程度的纵向拉伸情况。在材料方面，郭秋晨[4]采用6种不同导电纱线作为原料进行智能护腕的编织，并采用智能无缝护腕监测人体心跳、呼吸和脉搏跳动。熊志农[5]通过临床护理观察发现，用远红外线纺织品制成的护腕在改善微循环方面有显著效果。

人们通常在运动或劳作时佩戴针织护腕，但随着腕关节的屈伸、收展、内外旋活动，护腕的各点压力及整体舒适性会发生不同变化，尤其在腕关节与虎口处易产生不适感。而送纱速度、纱线原料和组织结构等针织工艺参数的合理设定能够改善针织面料的触感与压力舒适性。文中出于优化目的，探索针织工艺参数对无缝针织护腕穿着舒适性及各点压力的影响，根据送纱速度5个水平、纱线原料5个水平和组织结构3个水平设计正交方案，并编织25个试样进行动静态人体穿着实验。该实验以主观评价为主，压力实验评价为辅，得到无缝针织护腕各因素压力舒适性的最佳水平。

1 实验设计

1.1 材料

1.1.1原料

针织弹性护腕通常由氨纶包覆纱编织成筒状织物。选择目前市场上常见的纱线，包括锦纶纤维、涤纶纤维、棉纤维、羊毛纤维、远红外发热涤纶+黏胶混纺纱纤维5种，均由上海圣东尼有限公司生产。

1.1.2仪器 YG141数字织物厚度仪、LE-104E电子天平、Y511B密度镜，均由宁波纺织仪器厂制造；WANMEI袜机，圣东尼公司制造；AMI气囊压力测试仪,日本AMI公司制造。

1.2 正交方案设计

将5种纱线编号为A1～A5；设置起口送纱速度为250～950 m/min，收口送纱速度为550～250 m/min，档距50 m/min共5个水平，编号为B1～B5；采用1×1罗纹结构、2隔2网眼结构、毛圈组织3种常见组织结构，编号为C1～C3。 针织组织效果如图1所示。

图1 针织组织效果Fig.1 Knitting organization charts

根据以上因素水平设计正交方案，正交因素及因素水平见表1。并根据正交方案，编织25个实验样品，编号为W1～W25。

表1 因素水平

1.3 织物基本性能测试

在标准温湿度下，织物的基础服用性能测试依据纺织行业标准FZ/T 70010—2006《针织物平方米干燥重量的测定》[6]和GB/T 3923.1—2013《纺织品 织物拉伸性能第1部分：断裂强力和断裂伸长率(条样法)》[7]进行，分别测试25个针织织物的基本性能参数厚度与线密度，测试结果见表2。

表2 织物参数

续表

1.4 样品护腕制作

实验样品护腕由圣东尼WANMEI袜机(200针筒径)编织的一体成型针织管状织物。统一采用氨纶包覆纱，并利用添纱技术加入140D/25/25/橡筋，完成25个试样的织造。所有护腕样品经测量纵向尺寸为11.8～12.1 cm，横向尺寸为6.0～8.6 cm，都经过烫缩后整理。此外，在起口(较宽一端)下方2 cm处纵向剪开3 cm并包边缝合，形成大拇指出口，制作的实验样品如图2所示。

图2 护腕样品实物Fig.2 Physical picture of the wrist guard

1.5 实验过程

实验选取10名22～26岁，腕围在14～15.2 cm，手部号型为160/70F的青年女性作为受试者，手型标准参照GB/T 16252—1996《成年人手部号型》[8]。实验在温度(22±1)℃，相对湿度(55.5±1)%的恒温恒湿实验室进行。

1.5.1主观评价实验 实验之前被测人员静坐10 min，其后依次穿戴25个护腕样品，动静态舒适性的评价指标为腕关节屈伸、收展、内外旋、静止4种手部状态下的主观舒适感受，每种状态持续1 min后填写主观舒适性表格，并采用5级评价法对所穿戴护腕的主观舒适性进行评价。其中舒适性差的感受可分为过松(不贴体，活动时关节处堆褶多)与过紧(紧缚感强，血液不畅)两种。

1.5.2客观压力实验

客观实验作为主观舒适性实验的辅助实验，采用气囊压力测试仪测试压力值，具体测试点如图3所示。实验之前受试者将气囊传感器固定在受试者手部的相应测试点，后依次戴上试样进行压力测试，并记录60 s的压力数据，每位受试者测3次，每次间隔1 min，结果取平均值。

图3 实验测试点Fig.3 Test points

1.6 模糊综合评价方法

1.6.1定义模糊集合并确定权重

为了检验受试者的评判是否具有可靠性，对主观评价采用Kendall协同系数进行一致性检验，结果具有较显著的一致性。模糊综合评价具体步骤如下：

1)确定对象集：25个护腕样品构成模糊综合评价对象集：W={W1,W2,W3,W4,W5,W6,W7,W8,W9,W10,W11,W12,W13,W14,W15,W16,W17,W18,W19,W20,W21,W22,W23,W24,W25}。

2)定义舒适性因素：U={U1,U2,U3，U4}={静止，屈伸，收展，内外旋}。

3)定义评语集：V={V1,V2,V3,V4,V5}={很差，较差，中等，较好，很好}，评语赋值QZ={1, 2, 3, 4, 5}。

1.6.2确定各评价因素权重系数 由5名从事服装人体工程学、服装舒适性、针织服装工艺研究与教学的教授、副教授及相关专家对主客观评价指标进行权重系数确定。根据层次分析法，分值1，3，5，7，9分别对应同等重要、稍微重要、较强重要、强烈重要、极端重要，对指标之间进行两两比较并打分，得到判断矩阵，归一化处理后，经过一致性检验，得到舒适性各指标权重为A={静止，屈伸，收展，内外旋}={0.082 6，0.495 8，0.267 1，0.154 4}。

2 结果与分析

2.1 模糊综合评价结果

由于试样过多，以试样W1为例，由W1各评价指标的主观得分可以得出试样W1的主观评价矩阵，归一化处理为

加权评价值为Y=A·R。

式中：Y为主观模糊综合评价矩阵；A为指标权重系数向量；R为主观评价矩阵。

由此得到W1的主观模糊综合评价结果为

YW1=A·RW1={0 0.138 0.719 0.143 0}。

式中：S为主观综合评价得分；ai为评语赋值向量QZ的元素；Yi为主观模糊综合评价向量Y的元素，n为元素数目。

由此得到护腕试样W1的主观综合评价得分为：SW1=1×0+2×0.138+3×0.719+4×0.143+5×0=3.005。

同理得到所有试样W1～W25的主观综合评价得

分(3.005 3.579 4.647 4.205 3.050 2.842

3.981 4.384 4.141 3.215 2.900 3.308

4.105 4.080 3.040 2.848 3.514 4.282

3.629 2.644 2.854 3.678 4.364 4.0612.817)。

据此初步判断，在主观舒适性评分中最优的护腕试样为W3，其编制方案为A1，B3，C1，模糊综合评分为4.647。

2.2 单因素方差分析

将主观评分结果与3个因素进行单因素方差分析，得到因素A与因素B的p值<0.05，说明纱线、原料、送纱速度因素对主观评分结果的影响具有显著性，因素C的p=0.118>0.05，不显著。为了直观显示因素A和B对主观结果的影响，绘制折线如图4所示。

图4 因素A和B主观评分得分折线示意Fig.4 Line plot of the subjective score of factor Aand B

由图4可知，因素B送纱速度中间水平的主观评分较高，B3和B4两个水平的主观评价综合得分基本在4以上，说明收口的送纱速度设置为850～900 m/min之间，起口的送纱速度设置为650～700 m/min之间是合适的，低于或高于这个水平时主观模糊综合评价得分骤减。因素A的主观评价综合得分排序为A1>A2>A5>A3>A4，说明纱线原料舒适性排序为锦纶>涤纶>远红外发热纤维>棉>羊毛。

2.3 正交实验综合评价

计算每个试样5个测试点的平均压力，并计算各因素水平的主观综合评价得分与极差，通过极差分析法进行综合评价，具体见表3。

表3 主观评分正交分析

由表3可知，主观评价时，3 个因素对主观舒适性影响程度从大到小依次为B>A>C。由此可知，送纱速度对主观评分影响较大，纱线原料次之，组织结构影响最小。因此，手部号型160/70F的护腕最优针织工艺参数方案为锦纶纱线，起口送纱速度650 m/min,收口送纱速度850 m/min，1×1罗纹组织，与模糊综合评分最佳的W3试样方案一致。

主观评分散点如图5所示。由图5可知，主观模糊综合评价得分在4以上的样品对应的平均压力基本在15.5～17 kPa，据此可以判断无缝针织护腕的压力舒适阈值大致在15.5～17 kPa。

图5 主观评分散点Fig.5 Subjective score scatter plot

3 结语

文中设置纱线原料、送纱速度与组织结构3个针织工艺参数因素进行正交实验，主观模糊综合评价得到手部号型160/70F无缝针织护腕的最优针织工艺参数为：A1水平锦纶纱线原料最优；B3水平送纱速度中起口送纱速度为650 m/min、收口送纱速度850 m/min最优；C1水平1×1罗纹组织最优。在客观压力实验的辅助评价下，得到无缝针织护腕的压力舒适性阈值在15.5～17 kPa之间。本次正交实验尚有以下不足之处：

1)仅选取了手部号型为160/70F的女性受试者，未体现不同手部号型与男女间的差异。

2)由于本次正交实验组织结构仅选择了3个水平，因素C组织结构对主观评价综合得分的影响不显著并不能说明组织结构不影响无缝针织护腕的主观舒适性评分，还需要加入更多具有代表性的组织结构进行实验。