面料弹性模量对运动文胸防震功能的影响

盛欣洋　陈晓娜

摘 要：研究面料拉伸弹性对运动文胸防震功能的影响，从面料角度提高运动文胸防震功能。选用两款氨纶含量分别为30%和20%的锦氨混纺面料进行试验，使用YG026D型多功能电子织物强力机测量两种面料的弹性模量，将两种面料制作成款式完全相同的两件样衣，使用三维人体动作捕捉系统采集8名试验对象在穿着两件样衣时，以2Hz频率跳绳状态下的乳房动态位移数据。结果表明，面料弹性模量较大时，乳房动态位移较小，表明防震功能较好，同时，乳房主观动态不舒适性也越低。

关键词：运动文胸;面料弹性;弹性模量;乳房位移;跳绳

中图分类号： TS941.17              文献标识码：A               文章编号：1674-2346（2022）02-0034-06

乳房缺少骨骼、肌肉的有效支撑，内部支撑结构主要由悬韧带、浅筋膜组成，所能提供的支撑效果十分有限[1，2]。乳房内部支撑结构就像橡皮筋，运动的过程也类似于橡皮筋的拉伸与收缩，长时间的过度拉伸会造成“橡皮筋”的永久损伤，进而导致一系列乳房健康问题，如乳房下垂等[3-5]。为了减少乳房内部支撑结构的拉伸，必须通过外力干预，将乳房由下向上托举至一个内部结构受力较小或不受力的位置，这也是运动文胸防震功能的基本原理。研究表明，穿着运动文胸可以有效减少运动过程中的乳房晃动，进而减少由晃动引起的不舒适[6，7]。

运动文胸的防震功能既来自结构设计，也来自文胸所用面料的性能[8-10]。目前该领域的研究多集中于结构参数（如肩带方向、肩带宽度、下围宽度等）的优化设计，与面料参数相关的研究较少。从面料的角度来看，运动文胸通常由弹性较好的材料制成[11]，在穿着运动文胸状态下，乳房震动会造成面料拉伸，而面料内部产生的拉伸应力同时会导致乳房受到垂直方向的压力，从而限制了乳房运动。本文通过改变面料中的氨纶含量来控制面料的拉伸性能，利用YG026D型多功能电子织物强力机测量面料的弹性模量，进而研究面料拉伸性能对运动文胸防震功能的影响，为运动文胸面料优化设计提供参考。

研究表明，运动方式的不同也会影响乳房运动幅度，对运动文胸防震功能的要求也不同。研究中出现较多的是不同速度下的步行、跑步等运动方式[5，12，13]，结论并不适用于其他具有不同特征、不同强度的运动方式。频率为2 Hz的跳绳运动是一项强度适宜的健身运动，对于减肥和促进身心健康都有积极作用，在女性健身人群中应用较为广泛[14]。跳绳过程中包含大量的跳跃动作。Risius等人提出，跳跃动作会给人体带来更大的地面反作用力，运动过程中乳房位移相对较大，需要更大的乳房外部支撑[15]。

1    试验方法

1.1    试验文胸

1.1.1    面料测试

试验选用YG026D型多功能电子织物强力机。根据调研结果，锦氨混纺面料常用于制作运动服装，弹性较好，有优良的束塑性，其中，氨纶含量的不同对于面料的弹性性能有较大影响[16]。因此，试验选取两款氨纶成分比例以10%递增（即20%、30%）的锦氨混纺针织面料作为主要面料制作运动文胸样衣，面料均为纬平针结构，具体面料参数见表1。制作样衣前，分别对两款面料进行拉伸测试，以此来探究试验面料的拉伸性能。

选用弹性模量作为拉伸性能的表征指标。弹性模量是衡量材料产生弹性变形难易程度的指标，其值越大，使材料发生一定弹性变形的应力也越大。前人研究中多选用弹性回复率等指标来表征面料弹性性能[17，18]，但根据定义，弹性回复率是指面料发生弹性形变后一段时间内长度恢复的百分比[19，20]。显然，在运动过程中对运动文胸穿着受力分析时，将弹性模量作为表征指标更合理。

若从力学角度分析弹性模量对防震功能的影响，首先分析织物伸长与人体所受压力间的关系，压力P用式（1）计算：

P=T/R+T/R （1）[21]

其中T，T、和R、R分别为水平、垂直方向的拉伸力和曲率半径。

对公式进行简化，当织物紧贴皮肤时，面料对皮肤的压力P等于面料伸长张力F与人体受压部位皮肤表面的曲率半径之比。即式（2）：

P=F/R （2）[21]

其中：P为面料对皮肤的压力;F为面料伸长的张力;R为皮肤表面的曲率半径。

面料弹性模量越大，则拉伸至相同长度时产生的张力越大。假設曲率半径不变，面料张力越大，则乳房皮肤受到的压力也越大，对运动时所产生位移的减小效果越好，也即防震效果越好。

将试验面料熨烫平整，在面料的反面距布端1.5 m处裁剪出0.3 mx0.05 m的试验面料样品，其中试验面料弹性模量有效测量面积为0.2 mx0.05 m，试验面料试样如图1所示。2种试验面料分别沿经向、纬向各裁剪3块样品，进行3次重复试验。仪器校准后，进行参数设定，设定隔距长度为0.2 m，仪器拉伸速度为0.2 m/min，夹持距离为0.2 m，定点伸长为300%。将试验样品面料在预张力（1 N）下夹持于夹钳中心，启动试验仪器，拉伸试样至断脱，得到试样载荷-伸长曲线，对曲线进行平滑处理（低通滤波）后，利用python软件对曲线进行拟合，并计算面料弹性模量。

弹性模量计算公式如下：

ε=F/d （3）

σ=I/I（4）

E=ε/σ （5）

其中，ε为拉伸应力，单位为N/m;F为载荷，单位为N;d为试样有效宽度，单位为m;σ为应变即伸长率;l为拉伸长度，l0为原长，单位为m。由于一般针织面料人体舒适拉伸率为30%左右[21]，以伸长率为30%时的模量记为弹性模量，以表征面料的弹性性能，计算结果取3次试验的平均值（需去除异常值），按 GB/T 8170 修约到小数点后一位，如表2所示。

由表可知，面料经向弹性模量由大到小依次为：面料2 > 面料1，纬向为：面料1 >面料2。结果显示，面料的经向弹性模量随氨纶含量的增加而减小，纬向则相反，这与吴济宏等人的研究结果是相符合的[22]。吴济宏等人研究发现面料在某一方向上的弹性较好，那么另一方向弹性将会相对较差。在后续的样衣款式设计时，尽量使与乳房接触部分文胸面料丝缕方向整体一致。

1.1.2    样衣制作

制作两件相同款式的承托式运动文胸，采用全罩杯设计，尺码为均码，为增加试验文胸的尺寸可调节性，后背采用U型带背扣和具有弹性的宽肩带，增加了钩扣以便于调节肩带长度，底围内嵌松紧带。由于面料本身具有较好的彈性，松紧带长度短于下围长度3 cm，同时设置3排背扣以调节底围围度。款式图、样版图如图2、3所示。为增强运动文胸透气性同时减少穿着过程中的变形，在鸡心及侧比部位采用双层设计，里层为透气性较好同时具有定型作用的网纱面料。为更加贴合人体曲线，杯面则采用分割的方式。

1.2    试验对象

参与试验的研究对象均为未婚未育并且无乳房病史及手术史的健康青年女性，共计8位。在试验开始前，记录试验对象的年龄、身高、体重、运动频率等基本信息，并签署被试知情同意书。

8名试验对象的乳房尺寸中的上胸围为81±4.41 cm，下胸围为70 ±2.78 cm，裸胸胸围为82.38 ±3.46 cm，罩杯在A～C之间。根据国家规定的文胸号型计算方法，A罩杯为胸围减去下胸围数值在10～12 cm之间，B罩杯为胸围减去下胸围数值在12～14 cm之间，C罩杯为胸围减去下胸围数值在14～16 cm之间，D罩杯为胸围减去下胸围数值在16～18 cm之间。可以得出8名试验对象中A罩杯有4位，B罩杯有2位，C罩杯有2位，试验对象详细数据见表3。

1.3    试验仪器

试验使用由4个摄像头组成的三维人体运动捕捉系统（青瞳，中国）采集运动过程中粘贴在人体上的反光标记点，如图4所示。通过在试验对象身上关键部位粘贴标记点，建立乳房局部坐标系，并使用三维人体动作捕捉系统采集运动过程中反光标记点的坐标数据。试验选取的运动形式为2 Hz跳绳，为了避免跳绳过程中绳索遮挡反光点，采用无绳跳绳（xukoo，有/无绳两用跳绳）进行试验。

1.4    标记点的选择

试验过程中，共需在试验对象上半身粘贴 5 个反光标记点（图5），依次为：胸骨角上切迹（ M1 ）、两侧乳头点（ M2、M3 ） 以及左（右）侧第10根肋骨下缘与乳点对齐处（ M4、M5 ）。

以M1、M4、M5为参考点建立躯干坐标系，M2、M3分别代表左、右乳房。将实验室坐标系下的各标记点原始坐标转换为躯干坐标系下的坐标，并计算相对位移。由于跳绳过程中，躯干主要做竖直运动，因此本研究只考虑乳房在竖直方向上的位移。以M2、M3在竖直方向上的振幅代表乳房在运动过程中的竖直位移。

1.5    试验步骤

为了避免穿着顺序的一致性对试验结果产生影响，试验样衣穿着顺序通过随机表确定。

正式试验前，试验对象穿上试验文胸，由试验人员根据专业的文胸合体性评价标准[23]检查肩带、罩杯等部位是否合体。若不合体，首先判断不合体部位是否可以进行调整，若不可以调整，则该试验对象不能参与试验;如若可以调整，则对该部位进行调整直到达到专业合体性标准为止，如不能调整到合体性标准，则该试验对象不能参加试验[24]。

经过筛选后合格的试验对象在试验人员的引导下进行热身运动，练习双脚跳绳动作，控制离地高度，适应节拍器节奏，练习使用节拍器控制跳绳速度。

热身后，使用胶带将反光标记点粘贴在指定部位（皮肤上的标记点使用抗过敏医用胶带（可孚，中国），样衣上的标记点使用高粘油性双面胶带（博冠，中国））。随后开始正式试验，以2Hz的频率开始跳绳，为确保试验对象达到稳定状态，在10 s后开始采集数据，过程持续10 s，采集结束10 s后停止运动。每次试验后，试验对象有至少10 min的休息时间，以避免运动疲劳对后续试验产生影响。同时，试验对象在每次运动后，在试验人员引导下，根据主观不舒适性等级评价标尺，进行评价（表4）。

2    结果与分析

8名试验对象在穿着样衣1和2进行2 Hz跳绳运动时，乳房竖直位移平均值分别为15.8 mm和16.7mm，大小顺序为样衣1 > 样衣2。对两组位移进行Shapiro-wilk正态性检验，发现穿着两件样衣进行跳绳运动时产生的乳房位移并不符合正态分布，P值均为0.001，检验统计量分别为0.670和0.673。因此，采用非参数检验（Wilcoxon's 符号秩检验结果）的方式分析面料弹性模量对运动文胸防震功能的影响，发现两组位移之间存在显著性差异（P=0.012 < 0.05）。与此同时，8名试验对象乳房晃动引起的主观不舒适评分平均值分别为1.17和1.00，大小顺序为样衣1 > 样衣2，这与乳房竖直位移趋势完全一致。

分析可知，位移的大小趋势与弹性模量恰好相反，即弹性模量越大，运动文胸防震功能越好。穿着两件样衣时，乳房竖直位移间有显著性差异，渐进显著性（双尾）P值为0.012，统计量Z=-2.521。即相比面料氨纶含量为30%的样衣1，穿着面料氨纶含量为20%的样衣2时，乳房位移有显著下降，即防震功能有了显著提升。除此之外，样衣2在减少运动中乳房竖直位移的同时，由乳房晃动引起的不舒适也有所缓解，主客观评价能够保持一致性。因此，在选择运动文胸所用面料时，可以在保证压力舒适性的基础上，尽可能增加其弹性模量，以提升其防震功能，缓解运动过程中乳房晃动引起的不舒适。

3    研究展望

未来关于面料对运动文胸防震功能影响的研究可以从以下几个方面开展：

（1）仅改变单一部位（如罩杯部位）面料参数，并考虑采用面料分区设计，更加符合实际应用;

（2）应增加氨纶/弹性模量梯度范围，进一步验证弹性模量与乳房竖直位移间的数量关系;

（3）采集大胸围女性受试者运动中的位移数据，丰富样本胸围尺寸覆盖率;

（4）测量实际穿着过程中的面料伸长，验证将伸长率30%时弹性模量作为拉伸性能的指标是否合理。可以在未来的研究中考虑测量实际穿着过程中的面料伸长，具体可以采用以下两种方式：

①动捕法。以乳房下半部分为例，在BP点、BP点正下方乳根点及两点连线的中间点处粘贴标记点，采用动捕设备捕捉3点在运动过程中的三维位移，记录运动过程中相邻两点之间长度之和的变化，以得到面料的拉伸长度。

②未拉线法。将一种伸长不可逆的纺丝粘贴在标记点（同方法1）间的最短连线上，测量运动前后纺丝的长度变化，即为面料在运动过程中的最大拉伸长度。

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Effect of Elastic Modulus of Fabrics on the Shockproof Function of Sports Bras

SHENG Xin-yang CHEN Xiao-na

（1.School of Textiles and Fashion，Shanghai University of Engineering Science，Shanghai 201620，China;

2.Key Laboratory of Clothing Design & Technology，Donghua University，Ministry of Education，Shanghai 200051， China）             Abstract： This paper studies the effect of fabric stretching elasticity on the shockproof function of sports bras so as to improve the shockproof function of sports bras from the perspective of fabrics.Two types of nylon and spandex blended fabrics with 30% and 20% spandex content respectively were selected for the study.The YG026D multifunctional electronic fabric strength machine was used to measure the elastic modulus of the two fabrics which were made into two exactly same sample bras.A three-dimensional motion capture system was used to collect the breast dynamic displacement of eight subjects wearing the bras while rope skipping at a frequency of 2 Hz.The results show that the dynamic displacement of the breast is smaller when the elastic modulus of the fabric is higher，suggesting a better shockproof function.Meanwhile，the subjective dynamic discomfort of the breast is less.

Key words： sports bras;fabric elasticity;elastic modulus;breast displacement;rope skipping