織物吸濕性對織物和皮膚間動摩擦力的影響

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

織物吸濕性對織物和皮膚間動摩擦力的影響

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

為探明含水率不同織物與皮膚間的動摩擦力變化趨勢，選取18種機織面料和9種針織面料與同一女性青年志愿者的前臂內側皮膚進行摩擦實驗，利用織物-皮膚摩擦測試儀測試濕態條件下織物與皮膚間的動摩擦力。針對不同濕態條件的織物試樣，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。結果表明：相同原料的織物和皮膚間的動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，隨著織物含水率的增大，不同原料的織物與皮膚間的動摩擦力變化普遍存在先增大后減小的趨勢；濕態條件下織物和皮膚間的動摩擦力達到峰值時，織物的含水率與纖維的公定回潮率存在正相關關系。

織物； 皮膚； 動摩擦力； 吸濕性

日常生活中，皮膚經常要與服裝發生直接接觸和交互作用，產生諸如撓癢、沖擊和起泡等皮膚疾病，這種現象在體育競賽和軍事作業中表現得尤為突出，嚴重影響服裝的穿著舒適性。在淋雨、運動出汗等情況下，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，輕者會引起人體不適，重者甚至會造成皮膚的損傷。

20世紀80年代起，Gwosdow等[1]開始著手探討該領域的問題。自此之后，國內外專家學者對織物與皮膚間摩擦特性進行了大量的研究。結果表明，織物與皮膚間的摩擦性與紡織材料本身的類型及結構特征、環境溫濕度、皮膚表面水分含量、相對運動種類、摩擦速度、壓力、皮膚表面形貌等因素均有一定的關系。在濕態環境中，織物和皮膚間的摩擦力會成倍增大[2-3]。Ramalho等[4]研究發現，親水性好的織物與皮膚間的摩擦系數較小。隨著織物中水分含量的增大，織物與皮膚間的摩擦系數也隨之增大[5-6]。從干態到潮濕態摩擦力的增大速率要大于從潮濕態到濕態的速率[7]。然而實驗發現，織物中的水分含量與織物和皮膚間的動摩擦力并不是正相關的[8]。織物中水分的含量與纖維原料有著緊密的關系，纖維的吸濕性越好，織物對水分的握持能力越大，織物中的水分含量越高。

為進一步研究濕態條件下纖維原料及其吸濕性對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摩擦力的關系，本文采用織物的含水率定量標定濕態條件，利用織物—皮膚摩擦測試儀[9]對濕態條件下不同原料的面料與同一皮膚間的摩擦性能進行測試研究，并為今后的深入研究提供理論和實驗參考。

1 實驗部分

1.1 志愿者皮膚

選取一名22歲的女性青年大學生作為志愿者，身高為160 cm，體重為55 kg，基本接近標準體型。志愿者受試部位為前臂中部的外側皮膚，該部位皮膚無異常，健康狀況良好，在實驗過程中不得涂抹化妝品或外用藥物等。實驗前要在受試皮膚部位做好標記，每次測試都從標記處開始，確保實驗數據的穩定性及可比性。測試前志愿者需要在恒定的實驗環境(溫度為(23±2)℃，相對濕度為(50±4)%)中靜坐30 min，保持全身放松，心態平穩，盡量消除可能性干擾因素。

1.2 實驗材料

實驗材料選擇市場上常見的貼身穿著用服裝面料，共計18種機織面料和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，織物結構參數見表1、2。樣品尺寸為500 mm×100 mm，沿經向裁剪5塊，注意裁剪后的樣品無破損、臟污，沒有毛邊，以保證實驗結果的精度。

表1 機織面料的結構參數Tab.1 Structural parameters of woven fabric

表2 針織面料的結構參數Tab.2 Structural parameters of knitted fabric

1.3 實驗方法

為模擬織物不同的濕態條件，實驗通過浸潤并晾置的方法得到不同含水量的濕態織物。

實驗之前，首先使用YG747通風式快速八籃烘箱將織物試樣烘干至質量穩定，求得織物干態質量，以便在實驗過程中計算含水率。根據GB/T 9995—1997《紡織材料含水率和回潮率的測定 烘箱干燥法》，烘干稱量計算棉、麻織物的烘干時間為35 min，溫度為(105±2)℃；滌綸織物的烘干時間為25 min，溫度為(105±2)℃；羊毛和粘膠織物的烘干時間為1 h，溫度為(105±2)℃；桑蠶絲織物的烘干時間為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)℃，相對濕度為(50±4)%的恒定環境中沿試樣長度方向(經向)懸掛自然晾置。在晾置過程中對織物試樣進行稱量，待樣品的含水率達到10%、20%、30%、40%、50%、60%時，迅速夾好試樣，分別進行摩擦實驗。依據織物-皮膚摩擦測試儀的參數設置方式[10]，機織物的預加張力為 200 cN，針織物的預加張力為50 cN，摩擦速度均為 500 mm/min。

2 實驗結果與分析

圖1、2分別示出不同含水率的機織物、針織物與皮膚間的動摩擦力。

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摩擦力變化趨勢相似，不同原料的織物與皮膚間動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，織物與皮膚間動摩擦力的變化趨勢大都呈現出先增大后減小的趨勢，動摩擦力的最大值都出現在織物含水率在 30%～40% 之間(滌綸織物除外)。當織物的含水率達到60%時，織物內部水分較多，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摩擦力隨之增大。文獻[7]表明，在皮膚與織物的摩擦過程中起主導作用的摩擦機制為黏附摩擦。實際接觸面積是黏附摩擦因數的決定性因素，接觸面積越大，摩擦因數越大，因而當織物的含水率達到30%～40%時，摩擦過程中織物表面的水分較少，水分主要散布在纖維內部或者織物組織間的縫隙里，填充了紗線之間的空隙，織物與皮膚間的實際接觸面積增大，皮膚的黏附摩擦不斷增加時，織物和皮膚間動摩擦力逐漸達到最大值。隨著晾置時間的增加，織物中水分繼續散失，織物與皮膚間的黏附摩擦不斷減小，二者間的動摩擦力也隨之減小。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，因而滌綸的動摩擦力峰值出現較早，在織物含水率為20%時，織物與皮膚間的動摩擦力即達到峰值，隨著織物含水率的增大，水分的潤滑作用增大，動摩擦力隨之下降。

圖1 不同含水率的機織物與皮膚間的動摩擦力變化趨勢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摩擦力達到峰值時的織物含水率相同，不同原料的織物與皮膚間動摩擦力達到峰值時的織物含水率不盡相同。進一步分析發現，動摩擦力達到峰值點的織物含水率與纖維的公定回潮率有一定關系，纖維的公定回潮率越大，動摩擦力達到峰值點所需織物的含水率越大。例如：10#、11#、12#滌綸機織物和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摩擦力達到峰值點所需織物的含水率為20%，4#、5#、6#純棉機織物和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摩擦力均在織物含水率為30%時達到峰值點，而樣品中13#、14#、15#粘膠機織物和25#、26#、27#粘膠針織物的纖維公定回潮率為15%，其動摩擦力均在織物含水率為40%時達到峰值點。

纖維的公定回潮率是表征織物吸濕能力的指標，纖維的公定回潮率越大，織物吸收水分的能力越強，織物達到內部飽和時所含的水分越多。依據前文分析，當織物內部水分達到飽和時，織物與皮膚間的實際接觸面積和黏附摩擦達到峰值，動摩擦力達到最大值，因而纖維的公定回潮率越大，織物和皮膚間動摩擦力達到峰值點時，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摩擦力峰值點時織物含水率的關系，對二者進行相關性分析，結果如表3和圖3所示。纖維的公定回潮率和織物和皮膚間動摩擦力達到峰值點時織物的含水率確實存在一定線性關系，二者呈現顯著的正相關關系。由此可知，無論針織物還是機織物，纖維的公定回潮率越大，濕態條件下織物和皮膚間最大動摩擦力達到峰值點時，織物的含水率越大。今后對于濕態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，可根據圖3中的擬合方程近似求取織物和皮膚間動摩擦力達到峰值時所需的織物含水率。

表3 不同原料的公定回潮率及其對應動摩擦力峰值點的織物含水率Tab.3 Moisture regain of different materials andfabric moisture content at peak dynamic friction

圖3 公定回潮率與動摩擦力峰值點的織物含水率的關系Fig.3 Relationship between moisture regain and fabric moisture content at peak dynamicfriction

由圖1、2的測試結果可知，濕態條件下，各原料織物和皮膚間的最大動摩擦力均較高，在200 cN的預加張力下，機織物和皮膚間的動摩擦力最高可達2 400 cN左右，在50 cN的預加張力下，針織物和皮膚間的動摩擦力最高可達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衣服潮濕狀態，尤其是當織物內部水分達到飽和狀態，織物與皮膚間的實際接觸面積和表面張力增大，動摩擦力即將達到峰值的情況。實驗發現，纖維的公定回潮率越大，該原料的織物和皮膚間的動摩擦力越難達到峰值。對于滌綸、腈綸等吸濕性差的化纖織物，由于其公定回潮率低，織物內部存儲水分的能力不足，易達到飽和狀態，使得織物和皮膚間的動摩擦力達到峰值，造成皮膚不適。相反，對于粘膠、羊毛等吸濕性較好的織物，織物的含水率要達到40%，織物和皮膚間的動摩擦力才會達到峰值。基于此，日常穿著過程中，對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摩擦力達到峰值的幾率。

3 結 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摩擦力變化趨勢相似，不同原料的織物與皮膚間動摩擦力的變化趨勢不盡相同。織物含水率在10%～60%的范圍內，織物與皮膚間的動摩擦力變化趨勢普遍存在先增大后減小的趨勢。當織物含水率為20%時，滌綸織物與皮膚間的動摩擦力達到最大值，當織物含水率為30%時，棉織物與皮膚間的動摩擦力達到最大值，當織物含水率為40%時，毛、絲、麻和粘膠織物與皮膚間的動摩擦力達到最大值。

2)濕態條件下織物和皮膚間動摩擦力達到峰值時，織物的含水率與纖維的公定回潮率存在正相關關系。纖維的公定回潮率越大，纖維的吸濕性越好，織物和皮膚間動摩擦力達到峰值時所需的織物含水率越高。為降低織物與皮膚間的動摩擦力，減緩對皮膚的傷害，對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

河南工程學院博士基金資助項目(D2012022)

王旭(1981—)，女，副教授，博士。主要研究方向為織物和皮膚間的摩擦性及其舒適性。E-mail：wangxu0086@126.com。