織物結構主成分及其透氣透濕研究

李淑靜 李小倩 劉靜芳 趙鑫 劉讓同

摘要： 為了深入探討織物結構對其透氣、透濕性的影響，文章采集19塊滌綸織物的6個基本結構參數進行主成分分析，提取到2個對原始結構特征貢獻率達87.423%的結構主成分，即尺寸結構因子（Z1）和材料聚集因子（Z2），分別反映織物結構中大孔隙情況和材料聚集程度，并與織物透氣、透濕性進行相關性研究。結果表明：兩個主成分密切但差異地影響織物的透氣、透濕性;尺寸結構因子Z1正相關影響透氣性，材料聚集因子Z2與之呈現負相關，關系方程為Y1=239.444Z1-288.746Z2+412.799;材料聚集因子Z2對透濕性有顯著影響，表現為密切負相關，關系方程為Y2=80.783Z1-159.941Z2+2 636.147;透濕與透氣存在一些傳輸機理的區別。

關鍵詞： 主成分分析;尺寸結構因子;材料聚集因子;透氣性;透濕性

中圖分類號： TS101.923.4 ? 文獻標志碼： A ? 文章編號： 1001

Abstract： In order to investigate the influence of fabric structure on air/moisture permeability， the data of 6 basic structural parameters from different 19 polyester fabrics were collected for principal component analysis， and two structural principal components， which contributed 87.423% to the original structural characteristics of fabrics， were extracted and defined as dimensional structure factor （Z1） and material aggregation factor（Z2）， respectively. The former reflects the large size pore structure， and the latter describes the degree of material aggregation in fabrics. The relation between air/moisture permeability and structural principal components of fabrics were studied also. The results show that the two principal components closely and differently influence the air/moisture permeability of fabrics. The dimensional structure factor Z1 is positively related to the air permeability， while material aggregation factor Z2 is negatively correlated to the air permeability. The relation equation is Y1=239444Z1-288.746Z2+412.799. The material aggregation factor Z2 has a significant effect on moisture permeability， performing a close negative correlation， and the relation equation between moisture permeability and aggregation factor is Y2=80.783Z1-159941Z2+2636.147. There are some differences between air permeability and moisture permeability in transfer mechanism.

Key words： principal component analysis; dimensional structure factor; material aggregation factor; air permeability; moisture permeability

作為服裝穿著考慮的基本要求，熱濕舒適性越來越引起研究者的重視。面料的透氣/透濕性直接影響人體與外界的氣體交換與人體出汗時水汽的傳輸[1]，研究表明，透氣/透濕性不但與織物的結構參數關系密切[2]，而且與面料的孔隙特征相關[3]。姜金玉等[4]對薄型精紡毛織物進行透氣性、透濕性等進行測試，研究不同織物成分、織物組織等對毛織物面料熱濕性能的影響。陳麗麗等[5]為充分發揮木棉纖維的優良特性，設計織造了13種不同組織的木棉纖維/棉混紡織物，分析了不同結構參數對織物保暖性、透氣性的影響。張文娟等[6]建立了毛織物孔隙特征與其透濕性的經驗關系模型，測試了24種毛織物試樣的孔隙指標和濕阻，建立了各孔隙特征指標與濕阻的多項式回歸模型。YANILMAZ M等[7-8]研究了孔隙率、孔徑分布和孔徑大小對其芯吸性能的影響。姜為青等[9]經研究發現薄型精紡毛織物的透氣性與織物的各種結構參數有很大的關系，但薄型毛織物的厚度對透氣性影響較小。以往所做的研究主要集中于毛織物及棉織物面料的各單一因素對透氣、透濕性之間的關系分析[10-11]，由于織物面料結構參數之間在反映結構信息方面存在交叉，顯然這種分析會造成一些片面認知[12]。本文采用主成分分析方法[13-14]，將滌綸織物結構的多個參數轉換成兩個彼此獨立的主成分因子，利用組合后的因子再進行回歸分析，建立其與織物面料的透氣性、透濕性的回歸方程，為透氣、透濕性產品的開發提供理論依據。1 實 驗

1.1 材 料

試樣：19種滌綸織物（江蘇東昉紡織科技有限公司），其基本結構參數如表1所示，其中7#與8#織物為針織物，其橫密、縱密在表中做了批注。

1.2 儀器與方法

儀器：Keyence VK—x110激光顯微鏡（基恩士（中國）有限公司），YG461E-Ⅲ全自動透氣量儀（寧波大禾儀器有限公司），W3/031水蒸氣透過率測試儀（濟南蘭光機電技術有限公司），HZK-FA110電子天平（美國康州HZ電子有限公司），恒溫烘箱（上海合恒儀器設備有限公司）。

透氣性能的測試：實驗選用YG461E-Ⅲ全自動透氣量儀測試滌綸織物的氣體通過能力，透氣率依據GB/T 5453—1997《紡織品 織物透氣性的測定》測定。

透濕性能的測試：選用W3/031水蒸氣透過率測試儀模擬人體皮膚出汗測試滌綸織物對水汽的透過能力，實驗中保持恒定的溫度為38 ℃，恒定的相對濕度為87%，有效測試面積為25 cm2，透濕量依據GB/T 12704—2009《紡織品 織物透濕性試驗方法 第2部分》測定。

主成分分析：利用統計軟件（Statistical product and service solutions，SPSS），通過“降維”中“因子分析”方法進行“主成分”分析，把特征值大于1的因子確定為主成分，通過把“得分”設置“保存為變量”的回歸及“選擇因子得分系數矩陣”進行數據輸出。

2 結果與分析

2.1 測試結果

通過測試，19塊滌綸織物的透氣性和透濕性的數據如表2所示。

2.2 主成分分析

實際問題中一個因變量的結果經常受到多個自變量的影響，但有些自變量之間會存在一定的相關性，在內容上存在一定程度的重復，為了更好地解決問題，可以選用主成分分析法。主成分分析就是利用降維法，把多個原始指標轉化為少數幾個綜合指標（主成分），使問題簡單化，同時得到更加科學有效的數據信息[15-16]。

織物的原始結構參數包括平方米質量X1、厚度X2、經紗線密度X3、緯紗線密度X4、經密X5和緯密X6，對這些結構參數進行主成分分析，本文利用統計分析軟件中的降維法對織物結構參數進行主成分分析，組合后的主成分數值如表1所示。經過主成分分析，從6個自變量可以得到2個影響值較大的因子，結果如表3所示，成分1和成分2的累積貢獻率可到達87.423%，可以解釋6個結構參數的大部分信息。

表4列出了各主成分的組成要素，對應的特征值表征各主成分在各變量上的載荷，主成分1可以表達為：Z1=0680X1+0.888X2+0.867X3+0.914X4-0.554X5-0.680X6，主成分Z1在各變量上的載荷排序為：X4>X2>X3>X1>X5>X6。影響Z1大小的參數主要是經緯紗線密度（X3、X4）和厚度（X2），可以看出這三個參數都是用于描述織物結構的尺寸參數，故可將主成分1定義為“尺寸結構因子”，主要反映織物的大孔隙情況，很顯然經緯紗線密度越大，織物的大孔隙就越大。主成分2的表達式為：Z2=0.685X1+0.283X2-0.019X3+0.199X4+0782X5+0.661X6，其在各變量上的載荷排序為：X5>X1>X6>X2>X4>X3。影響Z2大小的主要是經緯紗密度（X5、X6）和織物的平方米質量（X1），這三個參數都是用于描述織物結構中材料聚集的參數，故可將主成分2定義為“材料聚集因子”。

2.3 透氣性與結構主成分關系分析

用透氣率與織物結構主成分進行多元回歸分析，其結果如表5所示。從表5可看出，兩個主成分Z1、Z2的Sig.值分別為0.046、0.019，均小于0.05，說明兩個主成分對透氣性具有顯著影響。

透氣性與尺寸結構因子Z1（偏回歸系數為239.444）之間存在正相關，這是因為尺寸結構因子的主要組成要素是紗線線密度和織物厚度，織物中經緯紗線密度的增大，由于交織使紗線之間靠近阻力增加導致織物內紗線之間的空隙變大，從而增加織物的透氣性能。透氣性與材料聚積因子Z2（偏回歸系數為-288.746）之間存在負相關，回歸所得到的負相關說明織物中材料越聚積，會使織物的孔隙縮小，從而導致織物的透氣性能變差。最終織物透氣性與織物的主成分之間的回歸方程為：Y1=239.444Z1-288.746Z2+412.799。

2.4 透濕性與結構主成分的關系分析

對透濕性與結構主成分進行逐步多元回歸分析，結果如表6所示，其回歸方程為：Y2=80.783Z1-159.941Z2+2 636.147。從表6可看出，Z2的Sig.值為0.027，小于0.05，說明材料聚集因子Z2對透濕性有顯著影響，其偏回歸系數為負值-159.941，透濕性與織物結構的材料聚集因子具有較為密切的負相關。事實上，材料聚集會使織物更緊密，造成孔隙更小，從而導致織物的透濕性變差。由于Z1的Sig.值大于0.05，說明對于透濕性來講Z1的影響不顯著，其瓶頸因素是織物中纖維的聚集程度，在SPSS的回歸擬合中直接被排除，回歸方程變成為：Y2=-159.941Z2+2 636.147。

通過上述分析可以認為，透濕性與透氣性的傳輸機理存在一定程度的區別?？椢锏耐笟庵饕峭ㄟ^織物中孔洞實現的，在織物兩面的壓力差作用下空氣從織物表面傳輸到另一面，既與尺寸結構因子有關，也與材料聚集因子有關，其本質都是影響孔隙尺寸與結構;織物的透濕不僅依靠織物的孔隙傳輸，更主要與織物材料的吸濕能力及織物內部的毛細效應等有關，而且當織物結構相對緊密的情況下，織物孔隙變小，尺寸結構因子影響力下降，材料聚集因子變成為透濕的主要通道。

3 結 論

1）通過主成分分析方法，從織物6個基本結構參數中提取了2個主成分，即尺寸結構因子和材料聚集因子，尺寸結構因子反映織物的大孔隙情況，材料聚集因子描述織物中材料的聚集程度。兩個結構主成分的累積貢獻率可達87.423%，說明這2個指標的構成能夠比較全面地描述織物結構原始特征。

2）織物透氣性與兩個結構主成分密切相關但有區分，透氣性與尺寸結構因子呈正相關而與材料聚積因子負相關，織物透氣性與結構主成分關系方程為：Y1=239.444Z1-288.746Z2+412.799。

3）材料聚積因子Z2對透濕性有顯著影響，具有較為密切的負相關，最終織物透濕性與材料聚因子之間的回歸方程為：Y2=80.783Z1-159.941Z2+2 636.147。對于透濕性來講，其瓶頸影響因素是織物中纖維的聚集程度，這也一定程度說明透濕性與透氣性的傳輸機理存在一些區別。

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