（纺织材料与纺织品设计专业论文）基于bp人工神经网络的新型面料热湿舒适性研究.pdf

，z ft；“二i_ ，。“，謦frl ifu tr爷j。r掣。1i t廿： 学位论文的主要创新点 一、运用灰色理论的相对关联度分析对出汗热板仪所测得的热 阻、湿阻与常规方法测得的织物热湿舒适性能各项参数进行总体分 析，确定两者关联度最大的因素，即找出常规方法中同样能够较好的 反映织物热湿舒适性能的方式，降低实验成本。 二、运用s p s s 软件中的因子分析，采用主成分分析法对实验所 用的新型再生纤维针织面料的基本性能参数进行分析，得出影响这类 织物制成的内衣面料穿着热湿舒适性的主要因素，对其设计开发、工 艺控制以及消费者成品选购提供了一定的参考。 三、用b p 人工神经网络对织物的热舒适性与湿舒适性分开单独 预测。这样做更能保证预测的准确性。通过研究建立起新型再生纤维 针织内衣面料的热、湿舒适性能预测模型，并具有较理想的预测精度。 摘要 自2 0 世纪末，随着“绿色环保 观念的兴起，人们对服装尤其是贴身穿着 的内衣面料的要求趋向于自然化、舒适化，新型再生纤维以其良好的吸湿透气及 亲肤性成为天然纤维最理想的替代品，因此对于这类新型再生纤维针织内衣面料 的热湿舒适性进行系统评价很有价值。 论文采用常规方法与i s o1 1 0 9 2 出汗热板仪法分别对新型再生纤维面料进行 热湿舒适性能测试，并用灰色理论的相对关联度对实验结果进行分析，研究二者 在评价织物热湿舒适性能方面的关联度，得出热阻与克罗值的关联度最大，湿阻 与当量透湿量的关联度最大，说明常规方法测得的克罗值和当量透湿量与用出汗 热板仪测得的热阻和湿阻同样能够较好的反映织物的热湿舒适性能。出汗热板仪 设备庞大、价格昂贵，且操作时间长，做一次测试需要投入大量的人力物力，此 项研究可降低企业成本。 运用s p s s 软件对新型再生纤维针织面料热湿舒适性的可能影响因素进行因 子分析，提取方法选择主成分分析法。分析得出影响此类贴身内衣面料穿着舒适 性的主要因素为材料的吸湿性能、织物的厚度紧密度及织物组织结构。 运用b p 人工神经网络建立新型再生纤维针织面料舒适性能预测模型，分别 对织物的热、湿舒适性能进行预测。通过研究认为人工神经网络完全能对织物的 热湿舒适性能进行预测，且预测精度比较理想。可以开发成新型再生纤维针织内 衣热湿舒适性能预测专用软件，以提高传统测试速度及精度，节省测试成本。 关键词：热湿舒适性，灰色理论，主成分分析，b p 人上神经网络 一一 a bs t r a c t s i n c et h ee n do f2 0 t hc e n t u r y , a st h er i s eo f ”g r e e n c o n c e p t , t h er e q u i r e m e n t st o t h ef a b r i c so fp e o p l e sc l o t h e s ，e s p e c i a l l yt h eu n d e r w e a rf a b r i c s ，t e n dt on a t u r a la n d c o m f o r t a b l e t h en e wr e g e n e r a t e df i b e r sb e c o m et h eb e s tr e p l a c e m e n to fn a t u r a l e h e r s ，f o ri t se x c e l l e n tm o i s t u r ea b s o r p t i o np e r f o r m a n c e ， a i r p e r m e a b i l i t y a n d s k i n f r i e n d l y , s oi t sv a l u a b l et o e v a l u a t et h eh e a t m o i s t u r ec o m f o r tp e r f o r m a n c eo f k n i t t i n gu n d e r w e a rm a d eo ft h e s en e wr e g e n e r a t e d f i b e rf a b r i c s p a p e ru s ed i f f e r e n tm e t h o d so fc o n v e n t i o n a l i n s t r u m e n t sa n di s o110 9 2 s w e a t i n gh o tp l a t ei n s t r u m e n tt ot e s tt h eh e a t m o i s t u r ec o m f o r tp e r f o r m a n c eo fn e w r e g e n e r a t e df i b e rf a b r i c s ，t h e nm a k ea n a l y s i so ft h ee x p e r i m e n tr e s u l t s w i t hg r e y t h e o r y t o s t u d yt h ec o r r e l a t i o n o ft h e mi n e v a l u a t i n g h e a t - m o i s t u r ec o m f o r t p e r f o r m a n c eo ff a b r i c s w em a k e o u tc o n c l u s i o n st h a tt h e r m a li n s u l a t i o nm a k et h e l a r g e s tc o r r e l a t i o nw i t ht h e “c l o ”v a l u e ，m o i s t u r ev a p o rr e s i s t a n c em a k e t h el a r g e s t c o r r e l a t i o nw i t h “e q u i v a l e n tw a t e rv a p o rt r a n s m i s s i o n ”t h i sc o n c l u s i o n ss h o wt h a t t h ec o n v e n t i o n a lm e t h o d sa l s oc a nm a k et h eb e t t e rr e f l e c t i o no fh e a t - m o i s t u r ec o m f o r t p e r f o r m a n c ew i t hf a b r i c sc o m p a r ew i t ht h es w e a t i n gh o tp l a t ei n s t r u m e n t s w e a t i n g h o tp l a t ei n s t r u m e n ti s l a r g e ，e x p e n s i v e ，t i m ee x p e n d e d a n dr e q u i r e sal o to f m a n p o w e ra n dm a t e r i a lr e s o u r c e st od oat e s t ，a n dt h i ss t u d yc o u l dr e d u c es o m e p r o j e c tc o s t s t h e n ，u s et h es p s ss o f t w a r et oa n a l y z et h ei m p a c tf a c t o r st h a tm a y a f f e c th e a t - m o i s t u r ec o m f o r to fk n i t t i n gu n d e r w e a r t h ee x t r a c t i o nm e t h o di sp r i n c i p a lc o m p o n e n t s a n a l y s i s i nt h ee n d ，w em a k e o u tc o n c l u s i o nt h a tt h em a i nf a c t o r sw h i c hi n f l u e n c eh e a t m o i s t u r ec o m f o r to f k n i t t i n gu n d e r w e a r a r em o i s t u r ea b s o r p t i o np e r f o r m a n c e ，f a b r i ct h i c k n e s s ，t i g h t n e s sa n dc l o t hs t r u c t u r e i nt h ee n d u s eb pa r t i f i c i a ln e u r a ln e t w o r kt oe s t a b l i s hh e a t - m o i s t u r ec o m f o r t p r e d i c t i o nm o d e l so fn e wr e g e n e r a t e df i b e rf a b r i c s m a k ep r e d i c t i o nw i t hh e a ta n d m o i s t u r ec o m f o r tp e r f o r m a n c er e s p e c t i v e l y t h r o u g ht h es t u d yw ec a nc o n s i d e rt h a t a r t i f i c i a ln e u r a ln e t w o r ki sf u l l yc a p a b l et op r e d i c tt h eh e a t m o i s t u r ep e r f o r m a n c eo f f a b r i c s ，a n dt h ep r e d i c tp r e c i s i o ni si d e a l i tc a nb ed e v e l o p e di n t os p e c i a ls o f l w a r et o p r e d i c tt h en e wr e g e n e r a t ef i b e rf a b r i c s t h i sr e s e a r c hc a ni m p r o v e t h es p e e da n dt h e p r e c i s i o no ft r a d i t i o n a lt e s t s ，a n ds a v et h ec o s t so f t e s t s k e y w o r d s ：h e a t m o i s t u r ec o m f o r t ，g r e yt h e o r y , p r i n c i p a lc o m p o n e n t sa n a l y s i s ，b p a r t i f i c i a ln e u r a ln e t w o r k 目录 第一章绪论1 1 1 再生纤维简介1 1 1 1 再生纤维的兴起与发展1 1 1 2 再生纤维的开发现状4 1 2 热湿舒适性简介一6 1 2 1 热湿舒适性概念6 1 2 2 热湿舒适性国外研究概况7 1 2 3 热湿舒适性国内研究概况8 1 3b p 人工神经网络简介9 1 3 1 人工神经网络及b p 网络9 1 3 2b p 神经网络结构及b p 算法9 1 3 3b p 网络存在的问题和改进方法1 1 1 3 3 1 局部极小问题11 1 3 3 2 学习收敛速度太慢的问题1 3 1 3 3 3 隐层个数和隐单元个数问题1 5 1 3 4m a t l a b 6 5 构作人工神经网络1 6 1 3 4 1 输入和目标16 1 3 4 2 建立网络16 1 3 4 3 动i i 练网络1 6 1 3 4 4 仿真网络16 1 4 本课题研究的目的及意义1 6 1 5 本课题的研究内容17 1 6 本章小结18 第二章新型面料热湿舒适性能实验1 9 2 1 实验试样19 2 2g b110 4 88 9 平板式保温仪法测试保暖性2 0 2 3g b t1 2 7 0 4 9 1 透湿杯法测试透湿性2 2 2 4i s o11 0 9 2 出汗热板仪法测试热阻和湿阻2 6 2 5 热湿舒适性不同测试方法比较2 8 2 5 1 热舒适性测试方法比较2 9 2 5 2 湿舒适性测试方法比较3l 2 6y g 4 6 1 型中压透气仪测试透气性3 3 2 6 1 透气性的单因子分析3 6 2 6 2 透气性的综合分析3 7 2 7 本章小结一3 9 第三章新型面料热湿舒适性主要影响因素研究4 1 3 1 针织内衣的舒适性要求4 1 3 1 1 针织物的特性4 1 3 1 2 内衣舒适性要求4 1 3 2 舒适性影响因素s p s s 主成分分析4 3 3 3 本章小结一4 6 第四章b p 人工神经网络对新型面料热湿舒适性的预测4 9 4 1 对热舒适性预测4 9 4 1 1 数据分析与处理4 9 4 1 2 网络设计一5 2 4 1 3 网络 j i i 练5 3 4 1 4 网络仿真5 6 4 1 5 结果讨论一5 7 4 2 对湿舒适性预测5 8 4 2 1 数据分析与处理5 8 4 2 2 网络设计6 0 4 2 3 网络动i i 练6 l 4 2 4 网络仿真6 4 4 2 5 结果讨论6 5 4 3 本章小结一6 6 第五章结论与展望6 7 5 1 工作总结一6 7 5 1 1 热、湿舒适性不同测试方法的比较结论6 7 5 1 2 热湿舒适性主要影响因素的结论6 7 5 1 3b p 人工神经网络预测热湿舒适性的结论6 7 5 2 工作展望6 8 参考文献6 9 发表论文和参加科研情况7 3 附录7 5 致谢7 9 第一章绪论 第一章绪论 随着社会的发展和进步，人们的生活水平不断提高，人们对服装的舒适性越 来越重视。人总是处在一定的自然和社会环境中，环境对人有着不同的影响作用， j 故姨则住人体与环境之间的相互作用中起调节作用。在物理、生理、心理舒适中， 热湿舒适性是服装舒适性能中最基本和最重要的组成部分之一。 服装热湿舒适性是“人体、服装、环境 系统内的生物热力学的综合平衡， 是人体生理和环境气候要素之间的动态协调。服装的热湿舒适性能指的就是其 调节内外热湿传递的能力。对服装来说，纤维原料成分对热湿调节能力有非常大 的决定作用。 再生纤维素纤维是人类开发成功的第一种化学纤维，在服用领域中一直占有 一定的位置。2 0 世纪9 0 年代以来，国内外陆续研制出一些新型再生纤维素纤维， 差别化的新产品不断进入市场。此时，这些新型服装材料的热湿舒适性能就成为 一个非常值得关注的研究课题。 本章对课题所涉及到的再生纤维、热湿舒适性及b p 人工神经网络等概念进 行了介绍，阐述了目前国内外相关领域的研究现状，从而引出本课题研究的内容、 目的及意义。 1 1 再生纤维简介 1 1 1再生纤维的兴起与发展 化学纤维是人类在2 0 世纪罩最为重要的科技成果之一，而再生纤维素纤维 正是第一个被开发成功的化纤品种它的商业化是在上个世纪之交。 1 8 8 4 年，法国人c h a r d o n n e t 发明了硝酸纤维，在巴黎博览会上展出，引起 了轰动心1 。因为生产中所使用的溶剂易爆，纤维质量也较差，所以，硝酸纤维未 能推广丌来。 1 8 9 8 年，英国人s t e m 用二硫化碳作用于碱纤维素，再经黄酸酯化制成纤维 素溶液，纺出粘胶纤维乜1 。这种纤维吸湿性好、透气性强、抗静电、易于纺织加 工，制成的织物花色鲜艳、穿着舒适而且原料丰富，很快成了再生纤维的主要品 种。 1 9 0 1 年，法国人d e s p e i s s i s 采用纤维素的铜氨溶液，制成了铜氨纤维瞳1 。该 天津工业大学硕士学位论文 纤维手感柔软，富有光泽，适合做高档衣料，但由于成本较高，未得到充分发展。 随后，以天然纤维素为原料的醋酯纤维问世，但其纤维产品的化学成分已有所改 变，为醋酸纤维素酯，已不能属于再生纤维素纤维。另外，其生产规模也不大。 1 9 0 5 年，穆勒( m u l l e r ) 等发明了一种稀硫酸和硫酸盐组成的凝固浴，实现 了粘胶纤维的工业化生产口1 。 2 0 世纪3 0 年代末期，出现了强力粘胶纤维；5 0 年代初期，高湿模量粘胶纤 维实现工业化；到了6 0 年代初期，粘胶纤维的发展达到了高峰，其产量占化学 纤维总产量的8 0 以上口1 。 从6 0 年代中期起，由于合成纤维的陆续出笼，加之再生纤维素纤维自身性 能的一些局限，粘胶纤维的发展逐渐趋于平缓，其在化纤中的地位也随之下降。 我国的粘胶工业起步较晚。自2 0 世纪5 0 年代开始发展，随后产量长时间呈 上升趋势，但在2 0 世纪8 0 年代之后，随着合成纤维工业的发展，粘胶纤维的产 量增长迟缓，几乎处于停滞状态h 1 。 7 0 年代，阿克苏( a k z o ) 公司开始研究溶剂法纺丝制造纤维素纤维，1 9 7 8 年阿克苏公司将专利授予奥地利兰精( l e n z i n g ) 公司，随后又将专利授予英国 考陶尔兹( c o u r t a u l d s ) 公司。考陶尔兹公司经过1 0 多年努力，率先推出以溶剂 法纺丝制造出来的纤维素纤维地c e l h l 。1 9 8 9 年，t e n c e l 纤维被正式定义为 “通过有机溶纺工艺获得的一种纤维素纤维 ，国内称之为“天丝；1 9 8 6 年， 兰精公司开始发展l y o c e l l 纤维。这两种纤维除了继承粘胶的优点外，又弥补了 粘胶的缺点，提高了强度、初始模量及尺寸稳定性。 9 0 年代初，兰精公司还推出了新一代高湿模量的m o d a l 纤维。与t e n c d 、 l y o c e l l 纤维一样，m o d a l 纤维也采用溶剂纺技术h 1 。 9 0 年代中后期，英国阿考迪斯( a c o r d i s ) 公司又推出了一种新型的再生纤维素 纤维维劳夫特( l o r ) 。v i l o f l 是一种木质纤维素纤维，具有可降解性，属 绿色环保纤维崎1 。 与此同时，我国白行研发成功了以竹子为原料的再生纤维素纤维竹纤 维。竹纤维是由上海纺织控股公司组织、上海化纤浆粕总厂和上海月季化学纤维 有限公司合作开发的1 。据称，该纤维具有天然抗菌功能，属于绿色纤维。竹纤 维的生产有利于森林资源的保护，也为竹材的合理利用找出了一条较佳的途径。 1 9 3 9 年，c o r np r o d u c tr e t i n i n g 公司将从玉米中提炼的蛋白质用醇或碱溶解 纺丝制得玉米蛋白纤维，商品名为v i c a r a a r d i l nf i b e r ，该纤维比重为1 2 5 ，吸水 率为1 0 左右，断裂强度为1 2 1 5 d ；1 9 4 8 年，美国v a r 西n i ac a r o lc h e m i c m 公司开发了玉米蛋白纤维“v i c a r a 口1 。直到1 9 5 7 年，已经可以批量生产v i c a r a 纤维。之后，美国知名的谷物公司从玉米中生产出非蛋白质聚合物，冠之以商品 第一章绪论 名为“n a t u r e w o r k s ，最初的年产量为3 0 0 0 t 左右，继之扩产到6 0 0 0 t 。19 9 7 年， d o w p o l y m c r s 公司看好这种聚乳酸纤维的后期发展，便参与组建c a r g i l l - - d o w 公司，目前正在兴建1 4 万吨的聚乳酸纤维原料( 高分子聚丙交酯) 的生产工厂。 美国c a r g i l l - - d o w 公司采取扩展战略，一是扩大自己的聚乳酸纤维原料生产规 模( 控制该项技术) ，另外一个是原料输出并组建新的企业公司，开发新产品。 1 9 8 9 年c a r g i l l - - d o w 与日本的公司合资，由日本钟纺公司开发聚乳酸纤维，1 9 8 9 年一1 9 9 8 年日本岛津制作所与钟纺公司合作进一步开发玉米乳酸纤维新品种 l a c t r o n 纤维，又称聚乳酸纤维，并以该纤维制作推出各种服饰。之后c a r g i l l - - d o w 又与台湾远东纺织公司组成策略联盟，并将其聚乳酸纤维技术授权，这是该公司 在亚洲授权的第二个公司，构成亚洲攻势。远东纺织公司授权的聚乳酸纤维的商 品名为“i n g e o ，在亚太地区销售。1 9 9 4 年，美国d u p o n t 公司等对玉米蛋白纤 维的制造过程和纤维性能进行了研究。将玉米蛋白质溶解于溶剂中可进行干法纺 丝口1 。2 0 0 0 年，美国c d p 公司与钟纺公司合作，联合生产聚乳酸纤维等新品种。 1 9 4 5 年，美国日本研制了商品名为s o y l o n 的大豆蛋白纤维，吸水率1 1 左 右。1 9 4 8 年，美国通用汽车公司首先从豆粕中提取了大豆纤维，但因达不到纺 丝要求的指标而中断研究口3 。2 0 0 0 年3 月，我国濮阳华康生物化学工程联合集团 公司，河南省遂平华康生物工程有限公司的李官奇先生潜心研究了十年，投资七 千多万元，经历了艰难的研究历程，终于将大豆蛋白纤维试纺成功，并首次成功 地进行了工业化生产。在河南遂平建成了第一条年产1 5 0 0 吨的大豆蛋白纤维工 业化试验生产线，并且目前在山东、江苏、浙江三省有年产3 万吨的生产线在建， 同时，正在研制大豆蛋白纤维长丝，开发多品种、功能性纤维田，引。 2 0 0 7 年，一种用“珍珠纤维”制作的产品当前已在国内上市。它有纤维素 纤维吸湿透气、穿着舒适的特点，还具有珍珠养颜护肤、清火败毒、嫩白肌肤的 功效。7 月1 5 日，由中国纺织工业协会组织的“珍珠共混再生纤维素纤维研制 及其产业化应用 项目鉴定会在浙江省诸暨市召开，以中国工程院院士姚穆为首 的专家组在实地考察和审核材料的基础上，认定该项目的整体技术达到了国际先 进水平，是一种新型的功能性纺织材料，尤其适用于内衣、家纺等产品。珍珠共 混再生纤维素纤维( 简称珍珠纤维) 采用了高科技手段，在用再生纤维素纤维纺 丝时将超细珍珠粉加入，使纤维内外均匀分布纳米级珍珠微粒。经中科院上海生 化研究所和东华大学测试中心检测，珍珠纤维含有多种氨基酸和微量元素且经久 耐用。经纺织工业南方科技测试中心和中科院上海物理技术研究所测定，珍珠纤 维还有优异的防紫外线和远红外辐射功能n 0 l 。 概括地讲，到目前为止，再生纤维素纤维的发展已经经历了三个历史阶段， 形成了三代产品m 1 。第一代以1 9 世纪末面世的普通粘胶纤维为代表。第二代是 天津工业大学硕士学位论文 2 0 世纪5 0 年代实现工业化生产的高湿模量粘胶。第三代就是2 0 世纪9 0 年代以 来陆续面市的新型再生纤维素纤维n 2 。1 钔。目前，最具代表性的新型再生纤维主要 有t e n c e l 纤维、大豆纤维、竹纤维、聚乳酸纤维、新工艺生产的m o d a l 纤维及 珍珠纤维等。 1 1 2 再生纤维的开发现状 天丝( t e n c e l ) 的开发成功比较早，到目前为止，已有两种类型的t e n c e l 纤维： 一种是标准型的原纤化t e n c e lg 1 0 0 ；另一种是非原纤化的t e n c e la 1 0 0 。非原纤 化t e n c e l 是在纺标准型t e n c e l 后道，经a x i s 助剂交联处理而成，不会发生原纤 化。这两种t e n c e l 纤维的性能差别不大。 经过近2 0 年的研究，l y o c e l l 纤维的纺丝工艺日趋成熟。随着开发研究的进 展，现已开发出以下几个产品系列：l e z i n gl y o c e l lm i c r o ( 兰精绿赛尔超细纤 维) 、l e z i n gl y o c e l ll f ( 兰精绿赛尔l f 纤维) 、l e z i n gl y o c e l lf i l l ( 兰精绿赛尔 f i l l 纤维) 等n 6 1 。 t e n c e l 和l y o c e l l 纤维代表了纤维素纤维的发展方向，被誉为2 1 世纪最具发 展前途的绿色环保纤维。我国也将l y o c e l l 纤维列入了“十五”国家纺织工业重 点发展项目。它们在短时期内也许还不能成为纤维素纤维的主导产品，但可以相 信，其发展潜力无限。 作为高湿模量纤维，m o d a l 具有优于粘胶的机械性能。新型m o d a l 不仅保持 了原有的优点，而且更加环保。目前己开发出的品种有l e n z i n gm o d a lm i c r o ( 兰 精莫代尔超细纤维) 、l e n z i n gm o d a ls u n ( 兰精莫代尔抗紫外线纤维) 、l e n z i n g m o d a lc o l o r ( 兰精莫代尔彩色纤维) 、l e n z i n gp r o m o d a l ( 兰精p r o m o d a l 纤维) 等系列产品n 6 1 。 已开发出的v i l o f t 纤维品种有：v i l o f to r i g i n a l 和v i l o f tm i c r o 。v i l o f t m i c r o 是一种手感柔顺的超细纤维，用它制作的织物质轻、超柔软、美观，更适 用于精细服饰。 竹纤维作为一种新型的再生纤维素纤维，除了原料方面的特殊性外，更重要 的是具有天然抗菌性这一独特优势，这就决定了竹纤维比其它纤维素纤维更适宜 用作内衣、贴身t 恤衫、衬衣、运动装、袜子等产品。但总的来说，竹纤维的应 用研究还处于纺织产品的工艺开发阶段，但是，据专家预测，竹纤维在纺织行业 中将会有广阔的前景。 聚乳酸纤维作为可完全生物降解的高分子化合物，是以天然生物资源为基础 原料开发成功的新型纤维材料，具有光泽靓丽、舒适、耐用、滑糯、快干等优点， 特别是它所具有的优越生物降解性和适用性受到世界关注，以玉米、大豆、小麦 第一章绪论 等淀粉原料经发酵、聚合、纺丝而制成的聚乳酸纤维( p l a ) 正迅速产业化，目 前产能已超过3 2 万吨年，日本钟纺公司开发成功的p l a 纤维商品名为 “l a c t r o n ，己广泛用于服装、产业及医疗卫生用品。并且于2 0 0 4 年5 月，欧 盟委员会确认p l a 聚乳酸纤维、准许纺织厂商和服装零售商使用“p o l y l a c t i d e 来标签含有p l a 提炼的p o l y l a c t i d e ( i n g e o ) 聚乳酸纤维成份的服装和面料。此外， 国际产业界也对聚乳酸材料的优异性能产生了浓厚的兴趣，除纺织化学纤维以外 f j 勺虑用也作了很大努力。日本丰田汽车公司报道了用聚乳酸为原料制成汽车内部 装饰材料的动向；德国拜尔公司分公司w o l f f 瓦尔斯罗德公司报道了开发成功聚 乳酸系列的纤维素丙交酯的热塑性材料，将利用其独特的轻质和刚性相结合的特 性和优于聚丙烯的粘合性等优点用于非薄膜制件和汽车的轻质复合材料。 国内的一些企业也正努力进入合作开发行列，并且不少化纤企业和科研单位 开展了对聚乳酸的多方面的实验室探索研究和各项试验工作，聚乳酸在国内正得 到越来越广泛的关注和研究。我国上海东华大学沈新元教授等研究了聚乳酸纤维 制备工艺，上海华源股份有限公司自2 0 0 2 年开始与美国c d p 公司合作，成为国 内第一家实行工业化发展的化纤企业；上棉十七总厂成功开发出“玉米聚乳酸纤 维 ；仪征化纤公司己试产了聚乳酸长丝和短纤维，并计划同美国c d p 公司合 作批量生产聚乳酸纤维；并且有机构称在直接聚合、合成高分子量聚乳酸方面已 取得重要成绩。 我国从2 0 世纪8 0 年代末开始着手研究聚乳酸及其共聚物。据中国非织造布 和产业用纺织品行业协会介绍，在2 0 0 0 年至2 0 0 5 年纺织行业科技发展项目指 南中，与非织造布和产业用纺织品行业有关的有1 5 个项目，其中“聚乳酸纤维 的开发及其应用”的研究内容如下： ( 1 ) 高分子量聚乳酸聚合物合成工艺及最佳参数选择； ( 2 ) 高分子量聚乳酸聚合物纺丝工艺及加工合成研究； ( 3 ) 聚乳酸纤维的结构性能及生物降解性能测试； ( 4 ) 聚乳酸纤维用于医用、农用、食品、材料的开发n 7 i 。 从中国专利数据库( 2 0 0 5 年3 月) 也可以发现，国内聚乳酸的专利申请主要 以高校为主，其中申请聚乳酸相关专利的高校主要有：浙江大学、天津大学、武 汉大学、华东理工大学、清华大学、南开大学、东南大学、上海交通大学、重庆 大学、暨南大学等；企业也有一定的申请量，但相比之下，企业的聚乳酸专利申 请量远少于高校；高校和研究所占6 3 ，而企业为2 6 n 引。 目前我国聚乳酸纤维的研究目标：研制可生物降解的聚乳酸纤维，达到中试 目标。 国内大豆蛋白质纤维的成功开发，引起了我国纺织界的关注，目前我国一些 天津工业大学硕士学位论文 企业、研究机构、大专院校都在积极开展技术研究和产品开发工作。苏州大学材 料工程学院对大豆蛋白纤维的针织加工性能、染整技术、产品性能、产品花色品 种等作了初步研究，摸索了大豆纤维与其它纤维混纺交织物的结构与性能，尤其 对纯纺及混纺交织物的针织染整加工技术与产品质量之间的关系，积累了一些基 础研究技术数据与生产实际经验。无锡明丽雅针织时装有限公司、青岛华金集团 股份有限公司、内蒙古鄂尔多斯羊绒集团总公司等单位，开发试生产了一批新型 大豆蛋白纤维及其与绢丝、羊绒、差别化涤纶纤维、锦纶氨纶混纺交织针织面 料及服装。东华大学对大豆纤维针织物的导湿透气性进行了研究，并根据大豆纤 维的特性研制开发出一系列针织产品：山东青岛大学对大豆蛋白针织物加工作了 初步研究。大豆蛋白质纤维生产项目已于1 9 9 5 年被列入国家经贸委新产品试产 计划；1 9 9 6 年被列入国家科委火炬计划；1 9 9 8 年列入国家经贸委重点工业品扩 大出口专项规划；1 9 9 9 年列入河南省高新技术产业化重点项目。国内外资料表 明，国际上一些发达国家如美、日、英等国从事动、植物蛋白纤维的研究有较长 历史，近年来亦有报道。美国一所大学利用大豆蛋白纤维制作塑料、薄膜、包装 材料以及增强材料，但是作为大豆纤维纺织服装面料至今尚未开发成功，因此我 国大豆纤维纺织服装的研制生产在国际上我国尚属首创，也增补了国内空白哺捌。 珍珠纤维现与棉、毛、绢丝、亚麻、苎麻、涤纶、锦纶、腈纶、聚乳酸( 玉 米) 纤维及多种再生纤维素纤维( 如m o d a l 、l y o c e l l 、粘胶纤维) 等进行混纺， 纺制成各种用途的混纺纱线，同时也纺制纯纺纱线，制成各种规格的针织面料或 梭织面料；采用珍珠纤维与棉等天然纤维混纺纱织成的细布、薄绒布、针织平布 等，用于婴幼儿装，有利于保护婴幼儿的肌肤健康；与棉、毛、麻、丝、m o d a l 、 l y o c e l l 等纤维混纺，用于巾被与床上用品，长期使用可以起到护肤和保健作用u 引。 1 2 热湿舒适性简介 1 2 1 热湿舒适性概念 热湿舒适性是指服装调节人体与环境之间的热湿交换，使服装内气候达到舒 适状态的能力。在“人体一服装一环境 系统中，人的感觉受人体状态、服装性 能及气候条件的影响。人体代谢产热量和环境气候状态决定着人体与环境之间的 热湿交换倾向，而服装对热湿交换的调控是决定服装气候及人的感觉的关键因 素。 从基本生存的角度讲，合适的体内外温度是生理舒适的第一要素，所以，服 装的热湿舒适性曾被狭义地理解为人体与环境之间合适的热平衡。早期学者杜波 瓦( d u b o i s ) 和伯顿( b u r t o n ) 曾有过这样的叙述：人是否能够舒适地生活，取决 第一章绪论 于他自身产生的热量和向环境散失的热量之间能量交换的平衡，这个能量平衡必 须保持在人体对冷和热的耐受限度之内啪1 。 温度舒适固然很重要，但是，如果忽视了气候四要素中的另外三项湿度、 风速和热辐射，未免有失偏颇。一方面，这三个因素对温度性舒适存在直接的影 响；另一方面，这三个气象要素本身也会分别对人体的生理感觉产生影响，尤其 是湿度。 1 2 2 热湿舒适性国外研究概况 1 9 世纪末，r u b n e r 提出了以圆筒作为人体局部简化模型来研究织物的含湿 量与环境相对湿度对其保暖性能的影响，随后在1 9 1 2 年美国科学家已经开始使 用热欧姆( t - q ) 作为隔热指标来评价服装的保暖性能。 1 9 4 0 年气候学家和生理学家西泊尔( p s i p l e ) 等人发表了“选评寒冷气候服 装的原则一文，从生理学和气候学的角度提出了服装的防寒保暖原则；1 9 4 1 年g a g g e 、b u r t o r 和b a z e t t 提出综合人体生理参数、心理感觉和环境条件三者 的服装隔热保暖指标克罗( c l o ) ；1 9 4 6 年p e i r c e 和r e s s 提出了用以衡量织 物或织物层隔热性能的热阻单位年至年期间的研究主要集中在防寒服装，定量评 价指标也只有克罗值。 6 0 年代，化纤工业的发展使得合成纤维的应用越来越广泛，合成纤维的研 制和发展给纺织服装业带来了极大的发展。然而常规合成纤维制品的吸湿性差， 这使得服装的湿闷感成为被关注的现象。因此人们对织物的传湿性和热湿舒适性 的研究也越来越多。为此纺织界的科学家们经过大量艰苦的研究，使服装舒适性 的研究又进一步。1 9 6 2 年伍德科克乜1 2 2 1 ( a h w o o d c o c k ) 提出了服装的透湿指数 i 。，作为热气候条件下服装舒适性的评价指标，这项指标的提出具有重要的意义， 但其忽略了辐射热的影响；1 9 6 5 年美国著名服装生理学家戈德曼( r f g o l d m a n ) 把服装的克罗值与透湿指数结合起来，提出了服装的蒸发散热效能指数。 1 9 7 0 年，丹麦科技大学范格3 1 ( f a n g e r ) 教授以在美国采暖通j x l 工程师协会环 境实验室( 堪萨斯州立大学环境实验室) 所做的大量实验为基础，建立了考虑人 体、服装、环境三个方面六个因素的热舒适方程、舒适图和7 点标尺系统，并在 1 9 8 4 年成为国际标准。 7 0 年代以后，世界范围内关于纺织品和服装舒适性的研究进一步活跃。人 们在前期研究的基础上逐步地认识到人体一服装一环境是一个不可分割的系统， 在这一阶段人们注重和强调对服装穿着舒适功能性要从多角度展开全面的研究， 并出现了模拟人体一服装环境系统的仪器和各种类型的假人；1 9 7 2 年m e c h l e s s 研制了皮肤模型装置并用其测试服用织物的干态导热性与热湿传递性；1 9 8 2 、8 3 天津工业大学硕士学位论文 两年日本相继报道了用于服装微小气候模拟装置和用电子计算机模拟服装热湿 传递性能的研究方法，并提出了用服装内气候作为评价服装舒适性标准的新理 论。在热湿舒适性测试仪器的研究方面，美国和西欧把能够模拟人体各部位功能 的暖体假人和由计算机控制的暖体铜人作为研究的重点，而日本则把研究的重点 放在微气候仪方面。 1 2 3 热湿舒适性国内研究概况 我国对服装舒适性与功能的研究起步比较晚。“文革 前，只有个别纺织高 校里有少部分人从事相关的研究。他们的研究基本是针对纺织品的服用性能，较 少涉及整个服装系统。2 0 世纪7 0 年代末，相关研究在纺织院校和研究机构里重 新被启动。虽然比国外晚了很多年，但在过去的二十几年里，也取得了不少科研 成果。 国内早期的研究主要是引进和消化国外的基本成果和相关理论。1 9 8 4 年， 曹俊周翻译了福特和霍利斯服装的舒适性与功能一书。1 9 8 5 年，欧阳骅编 著了服装卫生学一书。这两本书对国内的服装舒适性研究有过重大的影响。 2 0 世纪8 0 年代，国内的服装舒适性能研究主要在各专业纺织院校展开，各 地的纺织科研院所也有一些研究人员参与。其中，原中国纺织大学( 现东华大学) 、 原西北纺织工学院( 现西安工程科技学院) 、原天津纺织工学院( 现天津工业大 学) 和解放军总后勤部军需装备研究所的研究开展得比较好。 1 9 8 2 年中国纺织大学对织物的热传递性能进行了研究，并于1 9 8 5 年研制成 功了服用织物传热透湿装置瞳引。1 9 8 3 年西北纺院对纺织品热、湿舒适性测试方 法进行了研究，并研制出织物微气候仪乜引。天津纺织工学院于1 9 8 7 年开始，根 据西德皮肤模型的原理，开始研制能模拟人体出汗和体温的皮肤模型以及与其配 套的人工气候箱，于1 9 9 0 年完成心引。该装置可用来测试织物的热阻抗、湿阻抗 及其透湿指数。另外，总后军需装备研究所功效室的研究人员对织物热湿传递性 能的评价方法也做了大量研究，研制成功了衣内微气候测试仪乜7 1 ，并提出了非显 性蒸发和显汗条件下织物热湿传递性能的评价指标。从而为全面评价织物的热湿 传递性能提供了依据。 目前国内外对服装热湿舒适性的研究主要集中在以下几个方面：一、织物的 热湿传递性能及其对舒适性的影响啪。3 引；二、对织物动态湿传递性能的研究口3 删； 三、对运动衣和内衣的热湿舒适性研究及开发口8 4 ；四、对热湿舒适性新的试验 方法的研究和对新的试验装置的研制h 一1 。今后的研究重点有趋势转向特殊着装 条件下服装的热湿舒适性与功能研究h 7 。5 ；新型服装材料的热湿舒适性与功能研 究h 7 。5 3 1 ，这也是本课题的研究方向。 第一章绪论 1 3b p 人工神经网络简介阻删 1 3 1 人工神经网络及b p 网络 在各种人工神经网络模型中，人工神经网络是最具有代表意义的一种人工神 经网络模型，它是当前最流行的人工神经网络模型之一，己获得了广泛的应用。 从结构上看，它是属于典型的前向网络，由输入层、输出层和若干隐含层组成， 相邻两层的神经元之间形成全互连接，同层各神经元互不连接。 b p 算法对人工神经网络的研究起到了很大的作用。可以这么说，b p 算法的 出现开创了多层网络训练算法的历史。同时，它还有很强的数学基础，其连接权 的修改是令人信服的。 1 3 2b p 神经网络结构及b p 算法 图1 1 为b p 神经网络模型的拓扑结构。1 3 p 神经网络模型是由输入层、输出 层和若干个隐含层组成的前向连接模型。同层各神经元互不连接，相邻层的神经 元通过权重连接。b p 算法( 梯度下降法) 是其常用算法，其特色在于信息的分布 式存储和并行协同处理。 图1 1b p 神经网络