皮革感官特性参数的测试实验及数据处理

张明，董继先，穆青（陕西科技大学机电工程学院，陕西西安710021）

皮革感官特性参数的测试实验及数据处理

张明*，董继先，穆青
（陕西科技大学机电工程学院，陕西西安710021）

摘要院通过新型皮革感官特性参数测试仪器对5种等级不同的皮革试样进行顶伸与压缩性能试验，采用测得的位移载荷数据来确定皮革的感官特性参数（柔软度和丰满度）。用SPSS软件中线性拟合和指数拟合方法对试验结果进行了分析，并与主观检测结果进行了对比。结果表明：验证了压缩实验结果线性拟合、顶伸实验结果指数拟合更准确；柔软度与丰满度呈正相关关系。

关键词院感官特性参数；压缩性能；顶伸性能；SPSS曲线拟合

前言

皮革主要感官特性参数的检验，一直采用传统的评价方法，如感观检验、语言描述等。检验人员的主观感觉成分在很大程度上掺杂到了检验结果中，不能客观、准确地反映出皮革的质量。因此，评价皮革成品的感官特性参数需要有更客观的方法[1]。最新的研究表明，皮革的感官参数与皮革的顶伸、压缩、弯曲、拉伸4项指标有密切的关系[2]。同时，对相关实验数据该如何处理才能使结果更加准确也是需要进一步研究的。本文使用新型皮革感官特性参数测试仪器进行顶伸与压缩实验，用SPSS分析软件对实验数据进行了数据处理，验证了压缩实验数据采用线性拟

合、顶伸实验数据采用指数拟合更为准确，也验证了柔软度与丰满度呈正相关的结论。

1　实验

1.1实验试样与主观评定

随机选取5张已经裁剪好的圆形牛皮革试样，试样尺寸大小、厚度一致。请多位皮革专家分别对其进行主观评定。根据主观判断进行综合评分、排序，5张皮革试样从优到劣编号为1，2，3，4，5。

1.2仪器实验方法

将5种等级的皮革试样经空气调节（温度为（20±2）℃、相对湿度为（65±2）%）48 h后进行实验[3]。实验用仪器为陕西科技大学与浙江温州轻工业研究院共同研发的新型皮革感官特性参数测试仪器[4]。

顶伸性能和压缩性能与皮革感官特性参数数学模型关系[5]为：若将测得的位移和载荷的数据采用线性拟合，可以得到顶伸和压缩性能加载曲线为= f（x）=+，卸载曲线为= f （x）='+'；若将测得的位移和载荷的数据采用指数拟合，可以得到顶伸和压缩性能加载曲线为

'越大表明皮革越容易恢复原形，皮革的丰满度越大。

顶伸性能测定方法：皮革试样用圆环固定在留有圆孔的夹持装置上，从位移零位开始，横梁按照给定的速度向下运动带动顶杆逐步施加顶伸力，测定皮革顶伸阶段的载荷、位移等参数[6]。

压缩性能测定方法：皮革试样放置在压缩平台上，从位移零位开始，横梁向下运动压缩皮革试样，测定皮革压缩阶段的载荷、位移等参数[7]。

2　实验结果

依次对5种等级皮革试样进行顶伸性能和压缩性能实验。实验得到的位移载荷数据（节选）如表1和表2所示。

3　实验结果SPSS分析

曲线回归分析的基本任务是通过两个相关变量的实际观察数据建立曲线回归方程，以揭示两变量之间的曲线联系形式。首要的工作是确定两变量之间的曲线关系类型。其中便可以通过观察实测点的分布趋势与哪一类已知的函数曲线最接近，则选用该函数关系式来拟合其曲线关系[8]。

3.1选定模型进行曲线估计

表1　顶伸性能位移载荷数据（节选）

表2　压缩性能位移载荷数据（节选）

图1　曲线估计主对话框

观察位移载荷曲线图，两个变量之间的曲线关系不太明显，要判定这两个变量适用于哪种模型，需要进一步计算。在主菜单中单击“分析”，从下拉菜单中选择“回归：曲线估计”，弹出曲线估计主对话框，如图1所示。从左侧的变量对话框中选择V1（位移）作为因变量，再选择V2（载荷）作为自变量。本例选择线性模型、指数模型进行拟合。对话框中其他项目选择“在等式中包含常量”、“根据模型绘图”、“显示ANOVA表格”，单击“确定”，执行统计分析。

3.2顶伸实验结果拟合

以1号皮革试样位移-载荷曲线为例分析，利用SPSS软件对其进行加载曲线和卸载曲线拟合，拟合结果如图2和图3所示。

同理，对其他试样进行同样的曲线回归分析，可以得到相似的拟合曲线图。从图2和图3中可以看出，实测点的分布趋势与指数函数曲线最接近，因此选用指数函数来拟合曲线。

图2　顶伸性能加载曲线拟合曲线

3.2.1加载过程指数拟合

由软件得试样1指数拟合标准化系数（k1）为0.949。同理可以得到其他试样的拟合结果。结果见表3。

由表3知，加载过程斜率大小为k2＞k1＞k3＞k5＞k4。即皮革试样柔软度大小为2＞

1＞3＞5＞4。

表3　指数拟合加载斜率

表4　指数拟合卸载斜率

3.2.2卸载过程指数拟合

由软件得试样1指数拟合标准化系数（斜率k'1）为0.994。同理可以得到其他试样的拟合结果。结果见表4。

由表4知，卸载过程斜率大小为k'1＞k'2＞k'3＞k'5＞k'4。即皮革试样丰满度大小为1＞2＞3＞5＞4。

3.3压缩实验结果拟合

以1号皮革试样位移-载荷曲线为例分析，利用SPSS软件对其进行加载曲线和卸载曲线拟合，拟合结果如图4和图5所示。同理，对其他试样进行相同的曲线回归分析，可以得到相似的拟合曲线图。从图4和图5中可以看出，实测点的分布趋势与线性模型曲线更接近，因此选用线性模型来拟合曲线。

3.3.1加载过程线性拟合

由软件得试样1线性拟合标准化系数（k1）为0.963。同理可以得到其他试样的拟合结果。结果见表5。

由表5知，加载过程斜率大小为k2＞k1＞k3＞k4＞k5。即皮革试样柔软度大小为2＞1＞3＞4＞5。

3.3.2卸载过程线性拟合

由软件得试样1线性拟合标准化系数（k’1）为0.954。同理可以得到其他试样的拟合结果。结果见表6。

由表6知，卸载过程斜率大小为k’2＞k’1＞k’3＞k’4＞k’5。即皮革试样丰满度大小为2＞1＞3＞4＞5。

4　结论

图4　压缩性能加载曲线拟合曲线

图5　压缩性能卸载曲线拟合曲线

表5　线性拟合加载斜率

表6　线性拟合卸载斜率

本论文做了顶伸性能和压缩性能实验，实验数据表明新型皮革感官特性参数测试仪器能对皮革感官特性参数进行客观评定，同时验证了顶伸性能实验所得到的位移载荷数据采用指数拟合的方法进行曲线估计，压缩性能实验所得到的位

移载荷数据采用线性拟合的方法进行曲线估计更加准确。两种实验所得到的结果进行相应的曲线拟合后，所表征的柔软度和丰满度与专家主观评定结果基本一致，也表明柔软度与丰满度呈正相关。不足的是，此次没有做弯曲及拉伸实验，也没有做其他皮革如羊皮、猪皮的相关实验，只做了牛皮革的顶伸与压缩实验，只能是初步结论。所以有待进一步的工作来对皮革感官特性参数进行综合测试与评定。

参考文献：

[1]穆青，董继先，王博.皮革触觉特性参数测试的研究现状与展望[J].中国皮革，2014，43（21）：38-41.

[2]王博，董继先，钱德明，等.皮革感官特性参数测试仪的载荷传感器标定[J].皮革科学与工程，2010，20（5）：66-68.

[3]国家轻工业局.QB/T 2464.23-1999，皮革物理机械性能检测的标准[S].

[4]张三，张国庆，董继先.基于LABVIEW的皮革感官特性参数测试系统[J].中国皮革，2010，39（9）：38-42

[5]董继先，张三，张晓镭，等.皮革感官特性参数的力学表征方法[J].皮革科学与工程，2008，18（6）：41-44.

[6]董继先，张三，钱德明，等.新型皮革感官特性参数测试仪器的研究[J].中国皮革，2008，37（21）：43-45.

[7]陆琦，王博，董继先，等.皮革感官参数测定仪器的控制系统研制[J].中国皮革，2010，39（15）：29-32.

[8]王颉.试验设计与SPSS应用[M].北京：化学工业出版社，2007：146-147.

张明（1990-），男，湖北荆州人，在读硕士研究生，研究方向：机械电子工程。

联系方式：13259462846。

*通讯联系人

Testing Experiment on the Leather’s Tactile Characteristic Parameters and Corresponding Data Processing

ZHANG Ming*, DONG Ji-xian，MU Qing
（Academy of Mechanical and Electrical Engineering, Shannxi University of Science and Technology, Xi’an 710021 ,China）

Abstract:The leather sensory characteristic parameters, such as softness and fullness, which were determined by the obtained displacement load data, were tested with the measurement of extension and compression property of five kinds of different grades of leathers by using the new testing instrument. The test results, which were analyzed by the linear fitting and exponential fitting method respectively using the SPSS software, and compared to the subjective test results, showed that it was verified more accurate with the linear fitting for the compression data and the exponential fitting for extension data, and the softness of leather was positively correlated with fullness.

Key words:tactile characteristic parameter; compression performance; extension performance; SPSS curve fitting

作者简介第一

收稿日期：2015-06-15

中图分类号院TS 57

文献标志码院A

文章编号：1671-1602（2015）14-0031-05