（纺织材料与纺织品设计专业论文）针织物热湿舒适性的评价与预测.pdf

j 学位论文的主要创新点 1 1 1 1 1 11i irll l l li ll i l li i i y 18 7 9 0 9 3 一、在实验的基础上，利用回归分析的方法建立针织物热湿舒适性的 主、客观关系回归模型，得到针织物热湿舒适性的客观物理性能指标 和人体主观感受之间的相关性达到9 4 。与以往利用单个指标去评价 针织物热湿舒适性不同，本文首次提出采用综合性能指标评价值和整 体主观感觉值去评价针织物热湿舒适性主、客观之间的关系。 二、在因子分析的基础上，将针织物的热湿舒适性影响因素整合为四 个主因子，作为b p 神经网络的输入参数，以针织物的热阻和湿阻作 为输出参数，建立三层b p 神经网络来预测针织物的热湿舒适性，结 果表明实验值与预测值之间的吻合程度较高。采用b p 神经网络来对 针织物的热湿舒适性能进行预测具有可行性和准确性。 摘要 舒适性，特别是热湿舒适性越来越受到消费者的重视，因此国内外学者做了 大量研究工作。本文先从客观和主观两个方面研究针织物热湿舒适性的影响因 素，然后运用回归分析建立主、客观热湿舒适性之间的回归模型，最后运用神经 网络模型来对针织物热湿舒适性做整体预测。 ( 1 ) 客观实验，采用相关标准测试与热湿舒适性有关的各种物理指标。分 为两部分，基本性能指标的测试与舒适性能指标的测试，前者包括织物原料、纱 线线密度、组织结构、单位面积重量、密度、厚度和线圈长度，后者包括保温率、 传热系数、克罗值、透气率、回潮率、透湿量、当量透湿量、透湿阻抗和热阻湿 阻。 ( 2 ) 主观实验，针对人体在运动过程中产生的通透感、粘体感、潮湿感和 冷暖感4 个因素，让受试者通过穿着试验，根据个人的主观感受得出1 1 种针织 物的主观热湿舒适性的得分。在此基础上，对针织物的主观热湿舒适感觉值进行 分析。 ( 3 ) 在因子分析的基础上找出主要影响因素，以主要影响因素为输入参数， 以针织物的热阻、湿阻为输出参数，建立3 层b p 神经网络来预测针织物的热湿 舒适性，结果表明实验值与预测值之间的吻合程度较高。 本文通过评价针织物热湿舒适性的主观和客观之间的关系，利用b p 神经网 络预测针织物的热阻和湿阻，为将来全面地评价与预测针织物热湿舒适性提供指 导，具有一定理论意义和实用价值。 关键词：针织物，热湿舒适性，客观评价，主观评价，神经网络 a b s t r a c t d u et ot h ei n c r e a s i n gf o c u so nt h et h e r m a l w e tc o m f o r t ，s c h o l a r sd o m e s t i ca n d a b r o a dd i dg r e a tr e s e a r c ha b o u tt h i s t h ep a p e rf i r s t l yd i s c u s s e dt h er e l a t i o n s h i po f f a b r i c sb a s i c p r o p e r t i e sa n dt h et h e r m a l - w e tc o m f o r tf i o m b o t ho b j e c t i v ea n d s u b j e c t i v et w oa s p e c t s t h e nr e g r e s s i o na n a l y s i sw a sc o n d u c t e d t ob u i l dt h er e l a t i v e m o d e lb e t w e e ns u b j e c tt h e r m a l w e tc o m f o r ta n do b j e c tt h e r m a l - w e tc o m f o r t f i n a l l y t h en e u r a ln e t w o r kw a se s t a b l i s h e dt oh a v ea no v e r a l lp r e d i c tf o rf a b r i c st h e r m a l w e t c o m f o r t ( 1 ) o b j e c t i v ee x p e r i m e n t r e l a t i v es t a n d a r d sa n dm e a s u r e m e n t s w e r ea d o p t e dt o t e s ta l lk i n d so fc o m f o r tp h y s i c a li n d e x e s e x p e r i m e n t sw e r ed e p a r t e di n t ot w op a r t s ， b a s i cp r o p e r t i e st e s t sa n dc o m f o r tp r o p e r t i e st e s t s t h ef o r m e rw a si n c l u d i n gm a t e r i a l , c o u n t ，s t r u c t u r e ，w e i g h t ，d e n s i t t h i c k n e s sa n dl o o pl e n g t h t h el a t e rw a si n c l u d i n g h e a tl o s sr e d u c t i o n , h e a tt r a n s f e rc o e f f i c i e n t ，c l o ，a i r - p e r m e a b i l i t y , m o i s t u r er e g a i n ， w a t e r - v a p o u rp e r m e a n c e ，e q u i v a l e n tw a t e r - v a p o u rp e r m e a n c e ， w a t e r - v a p o u r p e r m e a n c er e s i s t a n c e ，t h e r m a lr e s i s t a n c ea n dw a t e r - v a p o u rr e s i s t a n c e ( 2 ) s u b j e c t i v ee x p e r i m e n t a i m i n ga tt h em u g g i n e s s , s t i c k n e s s ，d a m p n e s sa n d t h ec h a n g e si nt e m p e r a t u r ed u r i n gt h es p o r t s ，w ea r r a n g e da na c t u a lw e a rt e s t a c c o r d i n gt oi n d i v i d u a l s s e n s ea n dm e n t a l , w eg o tas u b j e c t i v ec o m f o r ts c o r e sa b o u t 11f a b r i c s t h e nas u b j e c t i v ec o m f o r ts o r t i n gc a m eo u tt oa s s e s st h ef a b r i c s t h e r l n a l - w e tc o m f o r t ( 3 ) o nt h eb a s i so ff a c t o ra n a l y s i s ，t h em a i ni n f l u e n c ef a c t o r sw e r ef o u n d t h e m a i ni n f l u e n c ef a c t o r sa c t e da si n p u tv a l u e sa n dt h e r m a lr e s i s t a n c ea n dw a t e r - v a p o u r r e s i s t a n c ea c t e da so u t p u tv a l u e s t h e nt h e3l a y e rb pn e u r a ln e t w o r kw a se s t a b l i s h e d t op r e d i c tt h e r m a l - w e tc o m f o r tp r o p e r t i e so fk n i t t i n gf a b r i c s t h er e s u l ts h o w e da c o n s i d e r a b l er e l a t i v i t y i n c o n c l u s i o n , a s s e s s i n g t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e ns u b j e c ta n do b j e c to f t h e r m a l - w e tc o m f o r tp r o p e r t i e so fl 【i l i t t i n gf a b r i c sa n dp r e d i c t i n gt h e r m a lr e s i s t a n c e a n dw a t e r - v a p o u rr e s i s t a n c ew i t hb pn e u r a ln e t w o r kw i l lp r o v i d ec e r t a i np r a c t i c a l v a l u ef o rf u t u r eo v e r a l le v a l u a t i n ga n df o r e c a s t i n gt h e r m a l w e tc o m f o r tp r o p e r t i e so f k n i t t i n gf a b r i c s k e y w o r d s ：k n i t t i e df a b r i c s ；t h e r m a l - w e tc o m f o r t ；o b j e c t i v ee v a l u a t i o n ；s u b j e c t i v e e v a l u a t i o n ；n e u r a ln e t w o r k 目录 第一章绪论l 1 1 织物的热湿舒适性1 1 1 1 织物热湿舒适性的概念1 1 1 2 织物舒适性的影响因素1 1 2 国内外织物热湿舒适性研究现状3 1 2 1 国内外织物热湿舒适性评价体系研究现状3 1 2 2 国内外织物热湿舒适性评价方法研究现状5 1 3 针织物热湿舒适性7 1 3 1 针织物的特性7 1 3 2 针织物热湿舒适性的影响因素8 i 4 本课题研究的目的及意义9 1 5 本课题研究的主要技术路线9 i 6 本章小结1 0 第二章针织物热湿舒适性研究的理论基础l l 2 1 织物的热湿传递机理1 1 2 i 1 织物热传递机理1 1 2 1 2 织物湿传递机理1 3 2 2 人体一服装一环境系统的热湿传递过程1 4 2 2 1 人体服装一环境系统显热传递过程1 4 2 2 2 人体一服装一环境系统潜热传递过程1 5 2 3 热湿舒适性主观感知原理1 6 2 3 1 冷暖感1 7 2 3 2 湿冷感1 7 2 3 3 粘体感1 8 2 4 本章小结1 8 第三章针织物热湿舒适性的客观实验1 9 3 1 基本性能实验1 9 3 1 1 实验试样1 9 3 1 2 试样的基本性能测试1 9 3 2 舒适性能实验2 0 3 2 1 保暖性测试2 0 3 2 2 透湿性测试2 2 3 2 3 透气性测试2 4 3 2 4 吸湿性测试2 5 3 2 5 热阻和湿阻测试2 6 3 3 本章小结2 9 第四章针织物热湿舒适性的主观实验i 3 1 4 1 实验环境3 1 4 2 实验准备3 l 4 3 实验步骤3 2 4 4 实验结果3 3 4 5 本章小结3 4 第五章针织物热湿舒适性的实验数据分析3 5 5 1 客观实验数据分析3 5 5 1 i 因子分析3 5 5 1 2 数据处理3 6 5 1 3 分析结果3 6 5 i 4 客观排序4 2 5 2 主观实验数据分析4 3 5 2 1 权重确定4 3 5 2 2 主观排序4 4 5 3 主、客观实验数据分析4 5 5 3 1 回归分析4 5 5 3 2 回归模型4 5 5 4 本章小结4 7 第六章基于神经网络的针织物热湿舒适性的预测模型4 9 6 ib p 神经网络简介4 9 6 1 1b p 神经网络的工作原理及结构4 9 6 1 2b p 神经网络的特点5 0 6 i 3 神经网络在织物舒适性方面的应用5 0 6 2 针织物热湿舒适性预测模型的构建5 l 6 2 1 输入数据的处理5 l 6 2 2b p 模型网络结构5 2 6 2 3b p 模型参数设置5 3 6 3b p 模型的训练和仿真5 4 6 3 ib p 模型的训练5 4 6 3 2b p 网络模型的仿真5 4 6 3 3 结果与讨论5 4 6 4 本章小结5 6 第七章结论与展望5 7 7 1 论文的结论5 7 7 1 1 因子分析得出的四个主因子5 7 7 1 2 主、客观综合评价织物的热湿舒适性5 7 7 1 3b p 神经网络模型的建立5 8 7 2 论文的展望5 8 参考文献5 9 硕士期间发表论文情况6 3 附录6 5 致谢7 1 第一章绪论 第一章绪论 对于消费者来说，织物舒适性是一项极其重要而且包含多方面要求的综合性 能。在一些特殊的场合，如体育运动和极端环境下，织物在热湿方面的舒适性和 功能性更是被提到触觉和视觉之上，成为最主要的设计因素。随着科技的发展， 人们探索世界的深入，织物热湿舒适性，作为一门综合的交叉性学科，将受到更 多纺织企业和专家学者的关注。 1 1 织物的热湿舒适性 1 1 1 织物热湿舒适性的概念 织物的舒适性是一个广泛而模糊的概念，涉及人体、服装、环境三方面的 相互作用。从广义上讲，舒适性是一个包含了物理、心理、生理等多方面因素的 极为复杂的学科；从狭义上讲，舒适性是以人为主体的围绕服装和环境之间的能 量传递的综合平衡，包括热平衡和湿平衡，是温度、湿度、风速、人体活动状态 和织物热湿传递性能等的综合作用的结果。 热湿舒适性嗍，指的是在不同的环境中，通过织物的热湿传递性能，使人体 获得关于热和湿的舒适满意的感觉，包括织物的热传递性能，如保温、导热、隔 热、散热等，和湿传递性能，如透气、透水、透湿等。单方面的热舒适性和湿舒 适性不能完全界定织物的热湿舒适性，只有将热和湿综合起来才能全面评价织物 的热湿舒适性。 1 1 2 织物舒适性的影响因素 人处在不同的外界环境，在不同的运动状态下，穿着不同的服装都有可能对 舒适性产生影响口一1 。 1 1 2 1 人对织物舒适性的影响 人是舒适性的感受主体，反过来，人的运动状态、生理状态和心理状态也同 样影响着人对织物舒适性的判断。人体的生命运动使得人体每时每刻都在产生热 量，分泌汗液。为了维持生命的正常运行，人体的产热和出汗( 感知或非感知出 汗) 必须通过一定的途径排向外界环境，人体散热可通过导热、对流、辐射和排 天津工业大学硕士学位论文 汗的方式向外传递。人体的产热量与新陈代谢量有关，如皮肤温度、出汗情况、 汗液蒸发速率和温散失率等等，心理状态也会影响人的新陈代谢睁刀。 1 1 2 2 环境对织物舒适性的影响 在人一服装环境这个复杂的系统中，人体的舒适感觉取决于人体本身产生 的热量和周围环境散失热量之间能量交换的平衡。一般认为人体在衣内环境温度 3 2 士l ，相对湿度5 0 + 1 0 ，气流速度2 5 士15 c m s 的范围内感到舒适陋1 1 1 。人体 和周围环境的热湿交换取决于人体状态和周围的气候环境( 温度、湿度、风速和 辐射) 。 1 1 2 3 服装对织物舒适性的影响 服装在人体与环境的能量交换中起着调节作用，而这种调节作用正是通过热 湿交换过程发生的，因此，服装必须根据外界环境、人体活动状态的不同相应的 调节热湿，使服装内气候保持在人体感到舒适的范围内。服装是由面料裁剪缝制 而成，不同的面料，不同的款式，不同的造型就会产生不同的舒适感。而面料又 是由纱线组成，纱线的性质不同，也会对舒适性产生不同的影响n 2 ，捌。图1 - 1 为 织物舒适性的影响因素分析。 图1 - 1 织物舒适性影响因素分析 第一章绪论 1 2 国内外织物热湿舒适性研究现状 织物舒适性，多数是指其热湿舒适性。织物的热湿舒适性不仅要满足人体基 本生理状态的要求，同时作为一种主观感觉，也对人们的日常生活及工作影响很 大。自从上个世纪四十年代织物舒适性概念的首次提出，国内外的专家学者对此 做了大量研究。本文主要从两个方面加以概述。首先是评价体系的研究，其次是 评价方法的研究。 。 1 2 1 国内外织物热湿舒适性评价体系研究现状 热湿舒适性的评价体系n 引的发展可以分为三个阶段，从最早的集中在服装材 料本身这一客观评价体系上，到后来的围绕着人这一主体因素进行主观评价的体 系，以及现在兴起的在研究织物舒适性能的基础上考虑到人的主观因素的参与的 综合评价体系。 1 2 1 1 客观评价体系 热湿舒适性中最早提出的客观指标是克罗值( c l o ) 。虽然克罗值只是单就织 物保暖性这一隔热保温指标做了一个定量的评价，但是这是人们首次意识到织物 除基本的遮衣蔽体的基本功能外还需具有的其他必须性能，如保暖性。而且克罗 值综合考虑了环境温湿度和风速条件对织物的影响，以及环境的变化带来的人体 的生理参数和心理感觉的不同。 之后，国外许多国家专门建立了研究织物功能和舒适方面的理论及实验的研 究机构。因此也产生了许多客观评价的实验仪器及相关的测试方法和评价指标。 早期的实验仪器只能测量单一的物理指标，是分项单纯测热或测湿的。测热常用 的测试方法有恒温法、平板法、烘箱法、圆筒法、和热脉冲法，其中热舒适性物 理指标包括保温率、传热系数、克罗值等；测湿常用的测试方法有吸湿法、芯吸 法、蒸发法、湿度梯度法、透湿杯法、敏感器件法和倒杯法等，湿舒适性物理指 标包括回潮率、透湿量、当量透湿量、透湿阻抗和热阻、湿阻以及放湿性。此外 还有用织物透气仪测试织物透气性的。 但是上述仪器和测试方法只片面的研究织物一侧所产生的温差或水汽浓度 差，忽略了织物两侧的温差和水汽浓度差是同时存在的。所以，为了模拟织物实 际穿着情况，研制出热湿同时测定的仪器一微气候仪。微气候仪法是以织物作 为试样，通过模拟装置测试试样与模拟皮肤之间形成的空气层的温湿度及热流量 分布。微气候仪有平板型和圆筒型，但多数为平板型。外界环境的变化可以通过 人工气候箱室来实现模拟。此方法是一种综合方法，能模拟人体服装一环境系 天津工业大学硕士学位论文 统，从人体生理与环境物理方面进行研究，反映出服装材料热湿传递的瞬态与稳 态性能，与服装实际穿着情况较吻合。但是，它与实际情况仍存在差异，即它不 能反映出由于衣服宽松量的不同所带来的热湿性能的不同n 5 1 。 除了以上客观测试方法以外，还有一种是生理学测试。生理学测试方法是指 “通过人体在特定的活动水平和环境下，以穿着不同种类服装时生理参数的变化 来评价服装舒适性的一种客观方法”，常用于服装功效学。生理学测试多年来一 直受到国内外服装科学界的高度重视。其主要评价指标有平均皮肤温度、体核温 度、代谢产热量、平均体温、热损失、热平衡差、出汗量、血压和心率等。通过 对织物舒适性的生理学测试可以发现，人体的生理指标变化是有规律的，即人体 的表面皮肤温度正比于出汗潮湿面积是在一定的生理曲线带内变化的。由于生理 学评价方法因人而异，其值对评价织物热湿舒适性存在很大的波动性。生理学测 试在客观评价法的基础上，同时和人体的生理、心理相结合，将人们从单纯地研 究织物引导向关注人体主观影响因素，直接导致了主观评价体系的产生。 1 2 1 2 主观评价体系 如今，对人体主观因素的关注使得暖体假人的模拟试验成为最新的前沿课 题。事实证明织物隔热值研究的理想测试设备是暖体假人，它在评价织物热传递 性能上基本是可靠的。暖体假人可以接受任何试验条件，可按需要进行不问断的 连续试验和多次重复试验，且无生理、心理因素的影响。其试验结果稳定，误差 较小，可以进行精确合理的计算。目前国内外应用暖体假人广泛地对织物进行隔 热值测量，从而简便了试验程序，提高了试验准确性，并为服装结构工艺及整体 配套提供基础设计数据，促进了服装舒适科学的发展。但暖体假人只能测得生理 物理指标，而且暖体假人的构造和皮肤的不同，与真人的模拟相似度也不同n 副。 而心理学评价是对客观评价方法的有效补充，通过穿着试验依据个体的心 理，对穿着的织物进行舒适感觉指标( 如冷暖感、粘体感等) 的评分。如何确立 舒适感觉指标以及标尺的划分是心理学评价研究的一个重要环节，评分标尺还没 有一个很完善或公认的划分办法，一般有三点标尺、五点标尺、七点标尺、九点 标尺等。标尺划分的越细，越能区分织物热湿舒适性的好坏，但是标尺过多时， 一般人很容易混淆自己的感觉当有一维刺激时，所以心理学评价的标尺设定应全 面考虑。之后计算受试者的评分结果就可以得到各种织物热湿舒适性指标的主观 感觉得分值，然后再利用适当的数学方法，如因子分析法、灰色聚类法等进行处 理，便可排出各种织物的热湿综合舒适性指标的优劣性序位n 7 删。 1 2 1 3 综合评价体系 单纯只考虑织物对人体热湿舒适性的影响或是单纯只考虑人体对织物热湿 第一章绪论 舒适性的感受，都不能全面评价一件织物到底给人带来怎样的热湿舒适性。织物 热湿舒适性的综合评价体系不是机械地既做主观实验又做客观实验，而是把人 体，服装，环境这三个因素结合在一起，寻找影响这三个因素的热湿舒适性能指 标，通过对这些指标进行因子分析，从而获得具有典型代表意义的若干个主因子 n 们。因此采用现代测试手段，测试与舒适性有关的各种物理、生理和心理指标， 通过实际穿着试验，才能对织物的热湿舒适性做出全面的综合评判。 长期以来，人们惯于建立数学模型来评价织物对人体产生的各种影响，也用 了大量实验去验证模型，但是数学模型都是建立在一些假设条件下，这也导致理 论研究难以上升到一个很高的层次砼们。但是通过这么多年的努力，织物热湿舒 适性还是有一定发展的，如测试方法从单一的热、湿舒适性测试到热湿综合测试， 测试指标从单指标到多指标，评价方法也从单纯的主观评价或客观评价到现在的 主客观综合评价，可以说，未来的研究范围一定更为宽广叫3 。 1 2 2 国内外织物热湿舒适性评价方法研究现状 目前，许多数学方法乜1 都用来对织物的性能和风格进行评价分析，它们各自 有各自的优势，不能说哪种评价方法更优越，只能说在某个问题上，这种数学方 法能更准确的描述织物的性能和风格。 1 2 2 1 数理统计方法 ( 1 ) 回归分析 在实际问题中，经常会碰到需要同时考虑多个变量的情况，且这些变量之间 是相互联系相互制约的。有的变量之间的关系可以用函数表达式来确定，有的则 不行。因此这类变量需要大量实验来获得数据，然后用统计的方法去寻找它们之 问的关系，而且这种关系反映了某种统计上的规律。研究这种规律的方法就是回 归分析。回归分析主要研究以下问题： 1 ) 确定因变量与自变量之间的定量关系，及回归方程。 2 ) 检验回归方程的可信度。 3 ) 判断自变量对因变量有无影响。 4 ) 利用已求得的回归方程来进行预测。 ( 2 ) 方差分析 方差分析是研究一种或多种因素的变化是否对实验结果有显著影响，通过分 析找出最佳的实验条件或影响因素的数学方法。方差分析主要是将测试数据的总 变异按照原因不同，分解为因素效应和实验误差，同时对其做出数量分析，比较 各个因素在总变异中所占比例，以此作为推断依据，从而确定下一步的工作。 5 天津工业大学硕士学位论文 ( 3 ) 聚类分析 聚类分析是将所研究数据进行分类的一种统计方法。其特性是预先不知道分 类的个数和结构，分析数据的相似性或相异性。选择聚类的方法有很多，主要与 变量的类型有关，变量大致分为两类：定量变量和定性变量。 ( 4 ) 主成分分析 旨在将多个指标简化为少数几个综合指标的统计方法。其核心思想是降维， 提取出主要成分。这些主成分包含原始数据的绝大部分信息，且具有线性关系。 ( 5 ) 因子分析 因子分析是主成分分析的推广，其核心思想也是降维，主要用于分析隐藏在 数据背后的因子作用的统计模型。它是研究相关矩阵或协方差矩阵的内部相互关 系，整合出少数几个因子，从而推导出原始变量和因子之间的关系。 1 2 2 2 模糊数学方法嘲 美国学者l a 查德于1 9 6 5 年发表模糊集合，标志着模糊数学又一新的数 学分支的诞生。随后我国数学家也加入其理论研究队伍中，使得模糊数学在我国 盛行起来。近来，模糊数学由理论走向应用，构成一种思辨思想的雏形，在各个 领域中都有应用，其中在纺织业和计算机智能方面的应用越来越广泛。其评价方 法有：模糊聚类、模糊综合评判、模糊信息、灰色理论、模糊控制等。 1 2 2 3 灰色系统分析法 灰色系统分析法即对各子系统进行灰色关联度分析的方法，意在通过一定的 方法，来寻找系统中各子系统之间的灰色关联度。筒言之，灰色系统分析的目标 是在系统发展过程中，如果两个子系统变化的趋势是一致的，也即同步变化程度 较高，就可以认为两者关联度较大；反之，则关联度较小。因此，灰色系统分析 能够预测一个系统发展变化态势，而且提供了量化的度量，常用于动态系统的历 程分析。 1 2 2 4 人工神经网络 人工神经网络由许多能够并行运算的小单元组成，这些单元类似生物的神经 元结构，其特点在于信息的分布式存储和并行协同处理。单个单元的功能有限， 但是大量的神经元组成的网络系统所能实现的功能却是非常广泛的。人工神经网 络( a n n ) 在纺织上的应用始于上世纪9 0 年代，梅兴波啮3 等人将a n n 用于预 测织物的拉伸性能，随后曹建达泓1 对棉织物的悬垂性能进行预测。最早将a n n 用于织物主观舒适性评价的是香港的a s ww o n g 心5 1 等人，他们进行了心理学 上的一系列感官循环实验，对十种感觉和整体服装舒适性评级。建立一个包含输 第一章绪论 入层，隐含层和输出层的三层神经网络模型来预测服装整体舒适性。预测结果与 实际结果有很好的一致性，说明a n n 模型在预测织物舒适性方面是有一定参考 价值的。 从织物热湿舒适性评价体系和评价方法的发展可以看出，有些观点是从实验 中得到的，还没上升到一定的理论阶段；有的只是一些基础的理论分析，只是做 了一些表面的假设，还未上升到实践应用的水平。由于织物是纤维、空气和水的 集合体，这也导致很难有完备的综合评判热湿舒适性的理论体系。所以未来对针 织物热湿舒适性的研究可以从以下几点开展探讨： ( 1 ) 主观评价和客观评价结合起来研究； ( 2 ) 研究织物动态热湿舒适性； ( 3 ) 定量研究和定性研究相结合； ( 4 ) 对新型针织面料的研究，如再生纤维素纤维，异形截面纤维等。 1 3 针织物热湿舒适性 针织物由于组织结构的特性，特别是其良好的弹性、延伸性和柔软性，决定 了自身应用的特点。针织物手感柔软、合体，能够让人体活动自如，常被用来制 作成内衣、运动衣及婴幼儿织物等，既合身贴体，又能适应人体的各种活动要 求。特别是针织内衣，保护皮肤适应气候变化、质地细密柔软，透气和吸湿吸汗 性好，能紧贴肌肤，穿着后集美感和舒适于一体汹，。 1 3 1 针织物的特性 针织物相对于机织物首先是弹性好，能够满足人体的各种运动需求乜 。针织 物未充满系数大，即织物中未被纱线充满的空间大。所以在无风条件下，由于纱 线之间静止空气的隔热作用，针织物的保暖性较同等厚度的机织物要好，但是在 寒冷刮风的天气，针织物的稀松的孔径和良好的空气对流会降低其保暖性，不能 遮风挡寒。 针织物虽然具有以上机织物所没有的特性，但是也有其自身的缺点。例如其 尺寸稳定性和保形性差，织物不挺括易起皱；针织物机械强度较机织物低，容易 起毛起球，而且其脱散性与卷边性对舒适性也会造成影响。 针织物常用于内衣面料，直接和人体的皮肤接触，从人体卫生学的角度考虑， 针织内衣面料的要求远高于非贴身的针织物陶1 。针织内衣面料主要有以下几个方 面要求： ( 1 ) 针织内衣面料应具有较好的热湿调节能力。人体无时无刻不在产热排汗， 天津工业大学硕士学位论文 人体处在一个动态的热湿交换环境中，能量的交换只能通过织物来调节。这种微 气候环境的能量交换取决于织物的热湿传递性能、织物面料的组织结构、面料的 材质及其相互配合，故作为贴身穿着的针织内衣面料应具有良好的隔热保温性以 及吸湿排湿性来调节衣内微气候。 ( 2 ) 针织内衣面料应具有一定的亲肤度和柔软度。皮肤在与针织内衣相接触时， 会对外界的刺激产生各种应激反应乜町。紧贴人体皮肤穿着的内衣面料柔软性对 舒适性是十分重要的，当人体无法忍受刺激时就可能产生各种生理不良反映。最 近越来越多的新型面料被用来制作针织内衣，如竹纤维，珍珠纤维等。这些面料 的使用使得针织内衣面料具有更多的诸如吸湿排汗，抗菌保健的作用。 ( 3 ) 针织内衣面料应具有较好的弹性，尤其是良好的形变舒适性。因其紧贴身 体，随身体变形的幅度最大，这样才能给人以舒适感。 1 3 2 针织物热湿舒适性的影响因素 在外界环境相同的条件下，针织物热湿舒适性的影响因素油1 主要有原料、组 织结构和物理性能。原料的热、湿性能不一样，其织物的热湿舒适性也会不同。 1 3 2 1 针织物的组织结构 ( 1 ) 厚度是影响针织物热湿舒适性的重要因素，通常织物越厚，针织物的保暖 性能越好；但是厚度过大，就会阻碍水汽的顺利扩散，带给人以闷热感。另一个 影响因素是平方米重量，它也是影响针织物热湿舒适性的因素之一。 ( 2 ) 密度与针织物的隔热性有一定的联系，针织物的密度分为横密和纵密，反 映了针织物的紧密程度。 ( 3 ) 未充满系数，即针织物的孔隙率。孔隙率越大，水汽将更容易通过织物孔 隙扩散到空气中。 ( 4 ) 弹性和表面粗糙度也在一定程度上影响织物的热湿舒适性。弹性，又称作 弹性回复率，能保持织物的隔热能力恒定。表面租糙度大的织物会形成织物与人 体间较大的空气层，阻隔空气流动，一般用线圈长度来表征。 1 3 2 2 针织物的物理性能 ( 1 ) 热阻。纤维的热阻大则保暖性能好，热阻在很大程度上影响了织物的热湿 舒适性。 ( 2 ) 回潮率。纤维本身的吸、放湿能力对热湿舒适性的影响也很大。纤维的回 潮率大，其吸湿性也好，但在湿度较大的环境里易产生粘体感。 综上所述，影响针织物热湿舒适性的因素主要有织物的厚度、平方米重量、 横密、纵密、未充满系数、弹性回复率、线圈长度、热阻及回潮率。 第一章绪论 1 4 本课题研究的目的及意义 目前对于针织物热湿舒适性的研究，尚未形成完整的理论体系，有些观点是 从实验中得到的，还没上升到一定的理论阶段；有的只是一些基础的理论分析， 只是做了一些表面的假设，还未上升到实践应用的水平。由于织物是纤维、空气 和水的集合体，这也导致很难有完备的综合评判热湿舒适性的理论体系。因此本 论文将选取几种新型针织面料，定量研究针织物热湿舒适性能指标，定性研究主 观和客观之间的关系，建立人工神经网络预测模型，来综合评价针织物的热湿舒 适性。首先在实验的基础上，利用回归分析的方法建立针织物热湿舒适性的主、 客观关系回归模型，找到针织物热湿舒适性的客观物理性能指标和人体主观感受 之间的关系。然后，在因子分析的基础上，以织物的基本的结构性能指标和热湿 舒适性能指标为输入参数，以针织物的热阻、湿阻为输出参数，建立b p 神经网 络来预测针织物的热湿舒适性，证明采用人工神经网络方法来对针织物的热湿舒 适性能进行预测具有可行性。 1 5 本课题研究的主要技术路线 本论文选取1 1 种常用针织面料，从主观和客观两个方面进行研究。 实验方案：主要分为客观实验和主观实验两大类( 图1 - 2 ) 。客观实验里又分 为基本性能实验和舒适性的实验。基本性能实验包括组织结构、纱线线密度、单 位面积重量、横密、纵密、厚度、线圈长度的测试。舒适性的实验先从保暖性、 透湿性、透气性和吸湿性四个方面测试八个舒适性指标，包括保温率、传热系数、 克罗值、透气率、回潮率、透湿量、当量透湿量、透湿阻抗；然后用平板仪法测 试织物舒适性最主要的两个指标的热阻和湿阻。最后选取l0 名受试者进行主观 实验，主要从冷暖感、潮湿感、粘体感和通透感考察织物的舒适性。 图1 - 2 实验方案 天津工业大学硕士学位论文 研究方法：利用因子分析方法选取最具代表性的热湿舒适性的客观影响因素 来研究，然后和主观感觉进行对比，建立主、客观热湿舒适性回归模型。借助神 经网络建立热阻、湿阻与面料基本性能和舒适性能之间的理论模型，对面料的热 湿舒适性进行预测，建立针织物的热湿舒适性预测系统，如图l - 3 。 1 6 本章小结 图1 - 3 研究方法 本章简要介绍了织物舒适性的概念及其影响因素，并回顾了织物舒适性的研 究历史，包括评价体系和评价方法的研究，以及针织物热湿舒适性的要求。在此 基础上指出本课题研究的目的及意义，最后重点阐述课题研究的主要内容并列出 主要技术路线。 第二章针织物热湿舒适性研究的理论基础 第二章针织物热湿舒适性研究的理论基础 要预测针织物的热湿舒适性，必须对热湿舒适性的基本理论和针织物的特有 性能进行大致的了解。本章先从热湿两个方面出发，介绍服装热湿传递的机理和 过程，然后从主观感知原理出发，分析冷暖感、湿冷感和粘体感对人体主观热湿 舒适性的影响，为下文综合探讨针织物的热湿舒适性作铺垫。 2 1 织物的热湿传递机理 2 1 1 织物热传递机理 人体在正常活动时，9 7 的总散热量是通过皮肤以传导、对流、辐射和蒸发 方式散失的，剩下3 随着皮肤呼吸等生理过程散发。人体在室温环境且没有出 汗的条件下，以传导、对流、辐射散热为主，当人体所处环境升温或大运动量下 使人体出汗时，以蒸发散热为主，这时蒸发成为散热的主要方式b h 朝。 ( 1 ) 辐射 辐射是一种电磁波传递热能的形式，不需要外界物质做媒介，热景直接从高 温物体向低温物体以电磁波的形式传递。任何有温度的物体都能发射红外线。人 体发射的红外线属于中红外线和远红外线，其辐射热q ，( w ) 可按公式2 - l 计算： q ，= c r x ( t ：- t ：) x a ， ( 2 - 1 ) 式中：o r 为波尔兹曼常数，为5 6 7 xl o - s w ( m 2 k ) ；t 。( k ) 为平均皮肤温度； t 。) 为平均辐射温度；a ，( n 1 2 ) 为身体有效辐射面积。辐射热q ，( w ) 的大小取决 于物体表面的黑度和温度，若黑度大且物体表面粗糙则吸收率高，辐射能力高， 反射率低。人体皮向外的辐射散热能力由皮肤血流情况和表面的形状决定，不取 决于皮肤色素的多少。 ( 2 ) 传导 当温差存在于人体表面和环境间时，热传导就产生了。传导产生的热量 q f ( w m 2 ) 可由公式2 2 求出： q f = k x ( t | 一t i ) ( 2 - 2 ) 式中：k 为导热系数，w ( m 2 ) ；t s ( ) 为平均皮肤温度；t a ( ) 为环境温 度。由于空气和织物的导热系数都很小，所以在人体着装状态下，因传导散失的 天津工业大学硕士学位论文 热可以忽略不计。 ( 3 ) 对流 实质上对流是以空气或水分子为媒介的一种传导散热形式。在一般情况下人 体总是被一层空气包围着，当体表周围的环境温度低于体温时，体热通过空气不 断扩散到周围的环境中，加上空气的流动，旧的热的空气被不断带走，而新的流 动来的低温空气又和体表进行能量交换，这样体热就不断地和周围空气进行热交 换。对流热导率q 。( w m 2 ) 喇式2 - 3 计算： q 。= h 。( t 5 一t i ) ( 2 - 3 ) 式中；h ( w m 2 ) 为对流热传递系数；t s ( ) 为平均皮肤温度；t a ( ) 为环 境温度。 ( 4 ) 蒸发 蒸发是人体向外散热的又一形式。环境温度与体表温度越接近，以辐射和对 流形式散失的热量变少，如果环境温度比体表温度高时，人体反而会从环境中吸 收热量，这时体内来不及散发的热量只能通过汗液蒸发。当汗液蒸发时，体表的 水分由液态水转变为汽态水，大约2 4 3 k j 的热量随着每克汗液的汽化被带走。 蒸发散热量q 。) 按公式2 4 计算： q 。= h 。( 气一p i ) ( 2 - 4 ) 式中：h w ( m 2 l 【p a ) ) 为蒸发热交换系数；气o d a ) 为皮肤表面水汽压；e ( k p a ) 为环境空气水汽压。 ( 5 ) 人体热平衡原理 人体保持体温恒定主要是依靠人体与环境热湿交换调节能量的综合平衡，人 体产生的代谢热量，通过人体一服装一环境这个系统以辐射、传导、对流和蒸发 等途径不断发散到环境中，即为了维持人体正常的热平衡，人体不断地与周围环 境进行热交换。人体热平衡方程为： q 。= q 。士q ，q 。q f q 。 ( 2 5 ) 使人体热平衡差( q 。) 等于零。按照公式2 - 5 考虑人体活动做功时，则： q 。= q 。q ，q 。q f q 。一q 。 ( 2 - 6 ) 式中：q 。代谢产热量： q ，辐射传热量： q 。对流传热量： q ，传导散热量： q 。蒜发散热量： 第二章针织物热湿舒适性研究的理论基础 q 。做功消耗的热能。 其中“+ ”表示人体向环境散热，“一 号表示人体从环境吸热。 内脏器官的新陈代谢是人体产热的根源，其原理是化学过程；而散热靠的是 辐射、传导、对流和蒸发，这个过程属物理过程。人体热平衡的理想是保持体温 恒定，即人体热平衡差( q 。) 等于零。 辐射、传导和对流的内在动力是温度差，其传递方向取决于温度高低的走向， 辐射散热量q ，、传导散热量q ，、对流散热量q 。为正时，表示人体向外传递热 量，体温降低；反之，表示人体从外界吸收热量，体温上升。只有蒸发传递是单 向的，人体只能向外传递。当环境气温高于体温时，一般为3 5 以上，蒸发是 散热的唯一途径。 2 1 2 织物湿传递机理 人体皮肤表面水分的散失可以分为无感出汗，即潜汗，和有感出汗，即显汗， 两种方式。 所谓无感出汗，即人体每时每刻都伴随新陈代谢，但汗腺活动很小，且从皮 肤表面蒸发的汗主要以气态水的形式存在；有感出汗，即当环境温度接近或超过 人体皮肤温度时，或人体大运动量条件下，人体就会分泌汗液，其形式主要为液 态。有感出汗时，汗汽与汗液同时存在，一般以扩散形式，或积聚凝结成液态水 由织物传输到外表面蒸发，最后扩散到环境中。由上可知，织物的湿传递性能与 织物的吸湿性、透湿性以及透气性关系密切。 织物的湿传递包括汗汽和汗液的传递哪! 。 ( 1 ) 汗汽的传递 汗汽可通过织物中纤维间、纤维内的空隙及纱线间，根据分压高低从分压高 的地方向分压低的地方扩散，同时伴随着汗汽被纤维自身吸收释放的过程。f i c k 扩散定律描述了水汽扩散的过程，即扩散能量与浓度梯度成正比例，纤维之间和 纱线内部之间交汇的空隙里水蒸气浓度差维持的汗汽扩散传递。 ( 2 ) 汗液的传递 汗液可通过润湿