羽绒服防钻绒性能仿生测试方法研究

1 引言

在羽绒制品行业，防钻绒性一直是非常重要的指标，它直接反映了服装日常穿着过程中的卫生和美观。从术语定义来看，防钻绒性是指织物阻止羽毛、羽绒和绒丝从其表面钻出的性能，用在规定条件作用下的钻绒根数表示。根据测试样的生产工序，主要分为羽绒服织物、羽绒服半成品和羽绒服；根据测试对象填充物的不同，主要分为白/灰鸭绒和白/灰鹅绒；根据织物结构的不同，可分为机织面料、针织面料和非织造面料；根据羽绒制品用途，可分为羽绒服装、羽绒羽毛制品（被、睡袋、枕、垫和床垫）。常见的防钻绒性测试标准对上述类别产品都有做相关规定。

目前国内检验机构对羽绒制品的检测普遍采用摩擦法和转箱法，或在参照上述方法基础上对测试样品和仪器参数做适当调整，但采用的基本原理仍不变。在实践中，检验机构对标准的采用主要是根据产品类型、测试目的、任务来源。其中产品类型是关键因素，而目前羽绒制品的产品类型越来越多。近年来，市场上出现了不同成分混合填充物、不规则绗缝、新型绗缝工艺、新型非织造面料夹层等情况，导致检测机构在标准采用、仪器选用、测试过程中存在诸多局限，无法全面满足市场和企业需求。

本文通过分析人体在穿着羽绒服过程中的全息运动作用数据，探索一种以人体运动学原理为基础的防钻绒试验方法，并模拟一套符合人体工程学要求的防钻绒测试设备。

2 防钻绒性能测试方法现状

目前国内检验机构依据摩擦法和转箱法，构成了一系列羽绒制品检测的相关标准引用方法，如GB/T 14272—2011《羽绒服装》附录E（织物防钻绒性试验方法 摩擦法）、FZ/T 73053—2015《针织羽绒服装》（转箱法，30cm×30cm样品袋）、QB/T 1193—2012《羽绒羽毛被》（转箱法）、QB/T 1194—2012《羽绒羽毛床垫》（转箱法）、QB/T 1195—2012《羽绒羽毛睡袋》（摩擦法）和QB/T 1196—2012《羽绒羽毛枕、垫》（转箱法）。国外检验机构在上述试验方法上，还有BS EN 12132-2:1999《羽毛和羽绒 织物防钻绒性能试验方法 第1部分：冲击试验》[1]。

通过比较可知，上述试验方法只能反映织物面料防钻绒性能，无法体现因成衣绗缝针眼导致的钻绒和其他问题，与人体穿着体验仍有比较大的差距，而且无法体现羽绒中随钻绒带出来杂质引起的表面清洁度问题。同时针对日常生活中人们接触最多的羽绒服装产品，不同部位采用的织物或工艺存在差异，上述方法仅测出了标准规定的特定部位（后背），而无法体现袖子、前胸和肩部等钻绒性能。另外，在现有的羽绒服防钻绒性能试验过程中，也经常会遇到各种问题，比如羽绒服成品绗缝间距过小，取样困难，且试验效果不理想；缺乏经向或纬向试样；样品提供方无法提供羽绒服成衣的防钻绒面料；织物经测试防钻绒性能合格，但实际穿着过程中不能满意等问题[2]。

可见，现有测试方法已经严重无法满足生产者、消费者和质检机构的要求，导致部分测试附加了大量偏离标准的条件，测试结果只具有内部使用意义。

3 人体运动规律与羽绒钻绒规律之间的关系

3.1 人体运动基本规律

人体运动需要全身各部分的互相协调，全身及躯干的基本运动动作可分为摆动、扭转和相向运动3种，本文仅讨论前两种。上肢的基本运动形式分为推、拉、鞭打3种。下肢的基本运动形式分为缓冲、蹬伸、鞭打3种。人体共有206块骨，它们相互连接构成人体的骨架——骨骼。分为颅骨、躯干骨和四肢骨3个大部分。其中，有颅骨29块、躯干骨51块、四肢骨126块，全身约有639块肌肉[3]。不同肌肉的类型、作用及功能等差异较大，骨骼和肌肉的相互作用是完成各种运动的基本条件，本文主要研究上肢运动。

3.2 羽绒钻绒基本规律

羽绒服在穿着过程中，在以人体摆动和扭转为基础的运动下，实际受力作用十分复杂，同时还与身边其他物体接触产生相互作用，形成了羽绒钻绒的原始作用力，与此同时，受羽绒内胆环境中的空气、热量、湿度和静电等因素影响，原始作用力迅速增强或衰减，促使羽绒与面料反复相互作用，面料在相关作用力影响下，部分地方经纬密度如果发生变化，就会导致羽绒趁机由此钻出，如图1所示。

3.3 人体运动对羽绒钻绒的影响

羽绒服受实际使用环境影响，钻绒效果差异非常大。运动过程中，羽绒服内的空气也随之流动，导致内部羽绒不断产生位移及形态变化。运动量和动作复杂程度越大，钻绒概率越大。在实验室测试过程中，摩擦法因样袋内空气含量非常低，羽绒在测试过程中位移较小，忽视了人体运动过程中服装内气体流动对羽绒运动的影响；转箱法因测试箱体空间有限，模拟钻绒效果不足。尤其是当羽绒服体积较大时，在测试过程中，羽绒服整体受力单一，橡胶球对羽绒服的撞击力度和随机度不够，无法模拟出复杂的穿着过程。

3.4 纱线线密度和面料经纬密变化对羽绒钻绒的影响

随着羽绒服受外力作用时间的累积，与羽绒直接接触的面料经纬密也在不断地变化，纱线受外力挤压、拉伸、摩擦、穿刺等作用力时，其支数也不断变化，导致面料经纬线之间孔隙越来越大。另外羽绒服经水洗多次后，纱线形态已经产生诸多不可逆的变化，也会加大钻绒问题。

4 仿生运动在钻绒模拟中的运用

本文研究一种用于羽绒防钻绒性能测试的设备，通过设置仿生主体、测试箱、收集板和控制箱完成。如图2所示。

如图2所示，仿生主体设置于测试箱内，并与控制箱连接，收集板设置于测试箱和控制箱之间，用于收集测试过程中钻出脱落的羽绒，提高了羽绒防钻绒性能测试的准确性和便捷性。

设置仿生主体包括仿生头部和仿生躯干，仿生头部内设有电机、第一支架和若干个导杆，电机与每个导杆相连接，电机用于控制每个导杆往复运动，且每个导杆均通过金属线与撞击球相连接。头部的前后各加装多个撞击球，可设置一定的高度，分别对应前胸和后背6个不同的撞击点；在双臂高频摆动的同时，各个撞击球悬置于相应高度部位处，在仿生头部电机和若干个导杆传动作用下连续随机撞击羽绒服。

测试空间底层为黑色磨砂板，用于收集测试过程中掉落的羽丝、羽毛和绒丝等；相比于已有测试设备，本设备通过模拟人体运动中双臂的摆动，以及撞击球在不同位置处的自由力度下模拟外界的撞击、摩擦等，使待测试羽绒服各个位置受到模拟穿着过程中的各种力作用。通过双臂高频摆动和扭转，可使羽绒服的袖子、前胸和后背受到来自各个方面的牵引和挤压作用力，结合自由撞击球的随机作用力，全面地模拟羽绒服在日常使用的情形，从而更好地测试羽绒服的防钻绒性能。

5 防钻绒性能测试结果表征

为更加全面地反映羽绒服的防钻绒性能，仿生钻绒测试的结果中至少包含以下3项指标：（1）织物表面钻绒根数；（2）绗缝针迹钻绒根数；（3）表面清洁度评价。表面钻绒根数是指落在收集板上的根数、钻出面料后附着在表面的根数以及钻出面料表面2mm的根数之和。绗缝针迹钻绒根数是指从绗缝针迹钻出表面的根数。表面清洁度是指面料表面和绗缝针迹处钻出的粉尘颗粒物。指标（1）反映的是面料防钻绒性能，指标（2）反映的是绗缝针迹的防钻绒性能，指标（3）反映的是填充物羽绒内粉尘含量钻出的表征。

对于浅色羽绒服，尤其是纯白色面料，经常会出现羽绒服穿一段时间后，绗缝会有不明粉尘出现，或者经水洗晾干后发现绗缝处有明显“痕迹”。这些都是羽绒服质量问题，会对消费者正常使用造成一定的困扰。如果能在防钻绒测试中提前预警发现并及时解决，这将有效避免生产者出现质量风险。

现有羽绒服传统防钻绒测试结果仅体现面料表面钻绒根数，无法对羽绒钻绒效果做出全面准确的评价，因此测试结果存在一定的局限性。

6 总结与建议

本文研究目的是为了克服现有测试方法存在的缺陷而探讨一种完整评价羽绒服防钻绒性能的方法。表征羽绒服防钻绒性能主要目的最终是为了使消费者在穿着过程中美观大方，不对环境和人体健康造成危害。随着市场上羽绒服款式的推陈出新，人们穿着羽绒服的目的也不限于防寒保暖，越来越多的款式和类型已经超出了测试方法标准适用范围。现有的测试方法在一定程度上能反映出面料的防钻绒性能，但存在的局限性也是显而易见。而仿生测试方法，在原理上尽最大可能模拟人体运动规律，根本目的在于使测试结果最大程度地反映出真实使用场景中的服装性能，因此测试结果具有较强的应用价值和参考意义。不足之处是，文中机械模拟的仿生运动轨迹需要进一步探讨，以确保服装在复杂运动轨迹下受到全面饱和作用力。