兒童夜光安全服裝的可視性能分析

閆彥紅，鄭晨華，鄺野,楊陽

(1.浙江理工大學 服裝學院，浙江 杭州 310018；2.浙江理工大學 浙江省服裝工程技術研究中心，浙江 杭州 310018)

隨著生活水平的不斷提高，人們的生活方式和出行方式趨于多樣化，夜間出行的家庭越來越多，但由于可見度不足、著裝不醒目等因素造成的交通事故頻頻發生。相對于成年人，兒童交通安全意識薄弱，自我保護能力差，在交通事故中的傷亡占比較高。因此，兒童出行的安全問題越來越受到重視，提高兒童行蹤的可見度成為亟待解決的問題。兒童夜光安全服裝[1]是利用夜光纖維材料開發的兒童功能性服裝。夜光纖維作為一種新型功能性自發光纖維材料[2]，具有發光亮度高[3-5]、光色豐富[6-9]、綠色環保[10-11]等優點，在中間視覺及暗視覺狀態下具有良好的可視性能[12-13]，已廣泛應用于工業、國防、交通運輸等領域。由夜光纖維開發的紡織服裝產品(如夜光織物[14-15]、光譜指紋防偽纖維[16]、夜光刺繡品[17]等)，具有與夜光纖維相似的發光性能，可為實現服裝的多功能化提供新的途徑。

兒童夜光安全服裝的自發光性能決定了其安全警示作用的強弱，自發光性能好，識別度和可見度高，其安全警示作用就強，反之安全警示作用就弱。本研究團隊前期通過分析實測亮度與等效亮度間的關系，研究了兒童夜光安全服裝的可視性能[1]，但兒童夜光安全服裝的可視性能還與可視距離及可視時間密切相關。因此，文中以夜光織物及夜光繡線為發光原料，開發出7款兒童夜光安全服裝樣衣，對樣衣的可視距離和可視時間進行測試，通過數據分析，研究可視距離和可視時間與可視性能的相關性，揭示夜光織物結構及織物發光顏色對樣衣可視性能的影響，為開發高效能兒童安全服裝提供理論依據。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

1.1.1材料 選用夜光纖維、滌綸磨毛織物及稀土發光材料SrAl2O4:Eu2+,Dy3+為原材料。夜光纖維為167 dtex滌綸絲，其中發光材料SrAl2O4:Eu2+,Dy3+的質量分數為4%；滌綸磨毛織物為斜紋單面短絨面料，以上原料均由常熟江輝纖維制品科技有限公司提供。

以夜光纖維為經緯紗線進行交織，制得夜光機織物；將稀土發光材料SrAl2O4:Eu2+,Dy3+通過涂層方式涂刮于滌綸磨毛織物表面制得夜光絨布；將夜光纖維加捻制得夜光繡線。

1.1.2儀器 S-7100A-303平縫機，兄弟機械(西安)有限公司制造；EM200單頭電腦繡花機，美國勝家縫紉機有限公司制造。

1.2 樣衣制作

以夜光機織物、夜光絨布及夜光繡線為原料，采用貼布繡及平針繡工藝，在基樣胸前繡織10 cm×10 cm方形發光圖案，制成第1組不同發光織物樣衣，樣衣制作方案見表1，樣衣如圖1所示。以粉色、白色、藍色及黃色夜光絨布為原料，采用貼布繡工藝在基樣胸前繡織10 cm×10 cm方形發光圖案，制成第2組不同發光顏色樣衣，樣衣制作方案見表2，樣衣如圖2所示。

表1 第1組樣衣制作方案Tab.1 First group samples

圖1 不同發光織物樣衣Fig.1 Samples with different materials

表2 第2組樣衣制作方案Tab.2 Second group samples

圖2 不同發光顏色樣衣Fig.2 Samples with different colors

1.3 實驗方法

1.3.1實驗設計 實驗場地設計如圖3所示，其中，A，B，C和D點分別為樣衣放置位置，可視性能的測試距離分別設置為3，5 ，10 和20 m。另外，根據夜光纖維余輝衰減性能[4]，發光亮度在光照0～5 min時衰減最快，6～10 min時衰減緩慢，10 min后發光亮度趨于穩定。由于實驗樣衣的主要原料是夜光纖維，因此樣衣的發光亮度具有相似的衰減規律，故將實驗可視性能的測試時間點設置為停止光照后0，5 ，10 和20 min。

圖3 實驗場地示意Fig.3 Schematic diagram of experimental site

1.3.2實驗步驟 為了保證實驗的精確度，實驗前將樣衣放置在暗箱內預處理24 h，確保余輝亮度衰減完畢。

實驗步驟如下：①將預處理的樣衣用25 W飛利浦冷光燈照射15 min；②將照射后的樣衣分別放置在A，B，C及D處；③在距離樣衣3，5，10和20 m處分別設置5名觀察者；④根據樣衣的發光情況，觀察者進行數據記錄；⑤每組實驗得到320組數據，使用SPSS對數據進行分析。問卷中可視性能評價采用評分制，評分范圍為1～5分，具體見表3。

表3 可視性能評分Tab.3 Visibility performance sheet

2 結果與討論

2.1 發光織物結構對可視性能的影響

文中可視距離指人眼與被觀察兒童夜光安全服裝之間的距離，可視時間指人眼能夠感知到兒童夜光安全服裝的時長。隨著可視距離和可視時間的變化，發光物體被感知程度也在發生變化。理論上，可視時間越長，可視距離越遠，可視性能越好，其功能性就越強，反之，則其功能性就越差。

不同結構發光織物樣衣的可視性能評分結果見表4。由表4可以看出，隨著測試距離的加大，樣衣可視性能減弱。白色絨布樣衣的持續可見時間最長，可見效果最佳，在測試距離20 m處、光照結束20 min時，可視評分仍可達到1以上；而藍白條紋樣衣和白色繡花樣衣的持續可見時間最短，可見效果最差，在光照結束10 min、測試距離大于5 m時，可視評分小于2，在測試距離20 m處，可視評分僅為1。白色機織樣衣的可視性能處于中間位置，當光照結束時間≥10 min、測試距離≥10 m時，可視性能才開始變差?？傮w而言，樣衣的可視性能優劣排序為：白色絨布樣衣>白色機織樣衣>藍白條紋樣衣>白色繡花樣衣。

對表4實驗數據進行可視距離、可視時間與可視性能方差分析，結果見表5。由表5可知，自變量可視距離對應的F值為4.869，p=0.005<0.01,因此可視距離變量對可視性能有極其顯著影響；自變量可視時間對應的F值為4.644，p=0.006<0.01,因此可視時間變量對可視性能也有極其顯著影響；可視距離和可視時間的交互作用對應的F值為0.140，p=0.998>0.05，故交互作用對可視性能沒有顯著影響。

表4 第1組樣衣可視性能評分Tab.4 Visibility scores results of first group samples

表5 第1組樣衣數據方差分析Tab.5 Variance analysis of first group samples data

為了進一步研究發光織物結構對樣衣可視性能的影響，對4件樣衣可視評分結果進行線性回歸分析，得到可視評分y與可視距離x1、可視時間x2的擬合函數關系式，具體見表6。

表6 第1組樣衣數據回歸分析Tab.6 Regression analysis of first group samples data

由表6可以看出，可視性能與可視時間及可視距離函數擬合優度高，且F檢驗明顯，擬合結果成立，可視性能與可視距離及可視時間呈負相關。從擬合函數來看，4件樣衣的初始可視評分(當x1=x2=0時)差異較大，且隨著可視時間及可視距離的改變，樣衣的可視評分變化也較大。白色絨布樣衣的初始可視評分遠遠大于其他樣衣，可視距離每增加1 m，且可視時間每增加1 min，其可視評分會減少0.203；其次為白色機織布樣衣，其單位可視距離和單位可視時間的可視評分變化量為0.146；藍白條紋樣衣及白色繡花樣衣的初始可視評分較差，其可視性能不佳。

第1組樣衣可視距離與可視時間之間的關系如圖4所示。

圖4 第1組樣衣可視時間與可視距離的關系Fig.4 Relationship between visible time and visible distance of first group samples

由圖4可知，可視距離較近時，可視時間排序為：藍白條紋樣衣>白色絨布樣衣>白色機織布樣衣>白色繡花樣衣。隨著距離的增加，藍白條紋樣衣可視時間迅速降低，在22 m處，其可視時間降為0；而其他樣衣可視時間降低速率較緩和，最大可視距離約為40 m。由前期研究可知[4]，夜光纖維持續發光10 min時，其發光亮度達到穩定狀態。結合圖4可以推得，當樣衣發光亮度達到穩態亮度時(可視時間為10 min)，可視距離排序為：白色絨布樣衣>白色機織布樣衣>白色繡花樣衣>藍白條紋樣衣。

通過以上分析可知，發光織物結構不同，其樣衣的可視性能隨可視距離和可視時間的變化明顯，即發光織物結構對樣衣的可視性能影響顯著。白色絨布樣衣及白色機織布樣衣的可視性能優于白色繡花樣衣及藍白條紋樣衣，這是因為白色絨布面料是以涂層方式將發光材料附著于織物絨毛表面，其對光能的吸收和利用較其他織物強，發光性能優于其他織物；白色機織布的經緯紗線均為夜光纖維，但發光材料分布于纖維內部，導致其發光性能弱于白色絨布面料；白色繡花織物是以夜光繡線為發光原料，夜光繡線的亮度不及夜光纖維，使得白色繡花織物視覺感知不及白色機織織物；藍白條紋織物中，由于藍色部分不發光，所以其可視性能較差。由此可得出結論：在夜行安全服裝的設計中應盡量采用全面積涂層夜光織物或由夜光纖維織造而成的織物，以實現服裝的功能性。

2.2 發光織物顏色對可視性能的影響

表7為不同發光顏色樣衣平均可視性能評分結果。由表7可以看出，距離越遠、發光持續時間越長，可視性能越差。在3 m處，粉色絨布樣衣和黃色絨布樣衣持續發光20 min時，發光效果變差，幾乎無法從黑暗環境中辨認出來；在5 m處，藍色絨布樣衣持續發光20 min時，發光效果開始變差；在20 m處，4件樣衣持續發光10 min時，可視性能則開始變差。

對表7實驗數據進行可視距離、可視時間與可視性能方差分析，結果見表8。由表8可以看出，自變量可視距離對應的F值為16.768，p=0<0.01,因此可視距離變量對可視性能有極其顯著影響；自變量可視時間對應的F值為69.898，p=0<0.01,因此可視時間變量對可視性能也有極其顯著影響；可視距離和可視時間的交互作用對應的F值為1.147，p=0.35>0.05，故交互作用對可視性能沒有顯著影響。為了進一步研究發光顏色對樣衣可視性能的影響，對4件樣衣可視評分結果進行回歸分析，得到可視評分y與可視距離x1、可視時間x2的擬合函數關系式，具體見表9。

表7 第2組樣衣可視評分Tab.7 Visibility scores results of second group samples

表8 第2組樣衣數據方差分析Tab.8 Variance analysis of second group samples data

表9 第2組樣衣數據回歸分析Tab.9 Regression analysis of second group samples data

由表9可以看出，可視性能與可視時間及可視距離函數擬合優度高，且F檢驗明顯，擬合結果成立，可視性能與可視距離及可視時間呈負相關。與第1組樣衣的數據回歸分析結果相似，白色絨布樣衣的初始可視評分大于其他樣衣，其次為藍色絨布樣衣、粉色絨布樣衣及黃色絨布樣衣。單位可視時間及單位可視距離的可視評分變化量均為0.2左右。

第2組樣衣可視距離與可視時間之間的關系如圖5所示。

圖5 第2組樣衣可視時間與可視距離關系Fig.5 Relationship between visible time and visible distance of second group samples

由圖5可知，距離較近時，可視時間排序為：白色絨布>藍色絨布>粉色絨布>黃色絨布。隨著距離的增加，可視時間降低速率差別不大。當樣衣發光亮度達到穩態亮度時(可視時間為15 min時)，白色絨布樣衣可視距離可達40 m，而粉色絨布樣衣、藍色絨布樣衣、黃色絨布樣衣的可視距離相當，均為20 m。

通過以上分析可知，發光織物的發光顏色對樣衣的可視性能也有一定的影響，白色絨布樣衣的可視時間及可視距離均優于其他樣衣，其可視性能優良。究其原因，白色絨布的夜光涂層漿料中沒有添加無機顏料，其對光的吸收和利用較其他顏色絨布面料充分，因此發光效果較好。

3 結語

1)發光織物組織對兒童夜光安全服裝的可視性能影響明顯，白色絨布樣衣的可視時間和可視距離優于其他樣衣，其次為白色機織布樣衣和白色繡花樣衣，藍白條紋樣衣可視性能最差。發光亮度趨于穩定狀態后(可視時間≥10 min)，可視距離排序為：白色絨布樣衣>白色機織布樣衣>白色繡花樣衣>藍白條紋樣衣。

2)發光織物顏色對兒童夜光安全服裝的可視性能具有一定的影響，白色絨布樣衣的可視時間和可視距離優于其他樣衣，其次為黃色絨布樣衣、粉色絨布樣衣及藍色絨布樣衣。發光亮度趨于穩定狀態后(可視時間≥10 min)，白色夜光絨布樣衣的可視距離遠大于其他顏色樣衣。

3)可視距離和可視時間對兒童夜光安全服裝的可視性能有極其顯著影響，可視距離與可視時間的交互作用對可視性能沒有顯著影響?？梢暰嚯x越遠，可視時間越長，可視性能越差。可視距離為20 m、可視時間為20 min時，可視性能達到可見與不可見的臨界值。