王 旭， 冯向伟， 李亚娟(. 河南工程学院 服装学院， 河南 郑州 450007； . 河南工程学院 纺织学院， 河南 郑州 450007)

织物吸湿性对织物和皮肤间动摩擦力的影响

王 旭1， 冯向伟2， 李亚娟1
(1. 河南工程学院 服装学院， 河南 郑州 450007； 2. 河南工程学院 纺织学院， 河南 郑州 450007)

为探明含水率不同织物与皮肤间的动摩擦力变化趋势，选取18种机织面料和9种针织面料与同一女性青年志愿者的前臂内侧皮肤进行摩擦实验，利用织物-皮肤摩擦测试仪测试湿态条件下织物与皮肤间的动摩擦力。针对不同湿态条件的织物试样，采用完全浸润织物后悬挂自然晾置的方式，以织物的含水率定量表征织物的润湿程度。结果表明：相同原料的织物和皮肤间的动摩擦力变化趋势相似，反之亦然；织物含水率在10%～60%的范围内，随着织物含水率的增大，不同原料的织物与皮肤间的动摩擦力变化普遍存在先增大后减小的趋势；湿态条件下织物和皮肤间的动摩擦力达到峰值时，织物的含水率与纤维的公定回潮率存在正相关关系。

织物； 皮肤； 动摩擦力； 吸湿性

日常生活中，皮肤经常要与服装发生直接接触和交互作用，产生诸如挠痒、冲击和起泡等皮肤疾病，这种现象在体育竞赛和军事作业中表现得尤为突出，严重影响服装的穿着舒适性。在淋雨、运动出汗等情况下，由于自身具有一定的吸湿性，服装面料被汗液浸湿进而黏贴在皮肤上，织物和皮肤间的摩擦力随之急剧增大，轻者会引起人体不适，重者甚至会造成皮肤的损伤。

20世纪80年代起，Gwosdow等[1]开始着手探讨该领域的问题。自此之后，国内外专家学者对织物与皮肤间摩擦特性进行了大量的研究。结果表明，织物与皮肤间的摩擦性与纺织材料本身的类型及结构特征、环境温湿度、皮肤表面水分含量、相对运动种类、摩擦速度、压力、皮肤表面形貌等因素均有一定的关系。在湿态环境中，织物和皮肤间的摩擦力会成倍增大[2-3]。Ramalho等[4]研究发现，亲水性好的织物与皮肤间的摩擦系数较小。随着织物中水分含量的增大，织物与皮肤间的摩擦系数也随之增大[5-6]。从干态到潮湿态摩擦力的增大速率要大于从潮湿态到湿态的速率[7]。然而实验发现，织物中的水分含量与织物和皮肤间的动摩擦力并不是正相关的[8]。织物中水分的含量与纤维原料有着紧密的关系，纤维的吸湿性越好，织物对水分的握持能力越大，织物中的水分含量越高。

为进一步研究湿态条件下纤维原料及其吸湿性对织物和皮肤间摩擦力的影响，探明织物中的水分含量与织物和皮肤间动摩擦力的关系，本文采用织物的含水率定量标定湿态条件，利用织物—皮肤摩擦测试仪[9]对湿态条件下不同原料的面料与同一皮肤间的摩擦性能进行测试研究，并为今后的深入研究提供理论和实验参考。

1 实验部分

1.1 志愿者皮肤

选取一名22岁的女性青年大学生作为志愿者，身高为160 cm，体重为55 kg，基本接近标准体型。志愿者受试部位为前臂中部的外侧皮肤，该部位皮肤无异常，健康状况良好，在实验过程中不得涂抹化妆品或外用药物等。实验前要在受试皮肤部位做好标记，每次测试都从标记处开始，确保实验数据的稳定性及可比性。测试前志愿者需要在恒定的实验环境(温度为(23±2)℃，相对湿度为(50±4)%)中静坐30 min，保持全身放松，心态平稳，尽量消除可能性干扰因素。

1.2 实验材料

实验材料选择市场上常见的贴身穿着用服装面料，共计18种机织面料和9种针织面料，原料包括棉、亚麻、羊毛、桑蚕丝、涤纶和粘胶纤维，织物结构参数见表1、2。样品尺寸为500 mm×100 mm，沿经向裁剪5块，注意裁剪后的样品无破损、脏污，没有毛边，以保证实验结果的精度。

表1 机织面料的结构参数Tab.1 Structural parameters of woven fabric

表2 针织面料的结构参数Tab.2 Structural parameters of knitted fabric

1.3 实验方法

为模拟织物不同的湿态条件，实验通过浸润并晾置的方法得到不同含水量的湿态织物。

实验之前，首先使用YG747通风式快速八篮烘箱将织物试样烘干至质量稳定，求得织物干态质量，以便在实验过程中计算含水率。根据GB/T 9995—1997《纺织材料含水率和回潮率的测定 烘箱干燥法》，烘干称量计算棉、麻织物的烘干时间为35 min，温度为(105±2)℃；涤纶织物的烘干时间为25 min，温度为(105±2)℃；羊毛和粘胶织物的烘干时间为1 h，温度为(105±2)℃；桑蚕丝织物的烘干时间为35 min，温度为(140±2)℃。

为保证面料完全润湿，将试样完全浸泡于15～20 ℃水中，浸润初期适当轻揉以便快速浸润，60 min后将完全润湿的织物样品取出，在温度为(23±2)℃，相对湿度为(50±4)%的恒定环境中沿试样长度方向(经向)悬挂自然晾置。在晾置过程中对织物试样进行称量，待样品的含水率达到10%、20%、30%、40%、50%、60%时，迅速夹好试样，分别进行摩擦实验。依据织物-皮肤摩擦测试仪的参数设置方式[10]，机织物的预加张力为 200 cN，针织物的预加张力为50 cN，摩擦速度均为 500 mm/min。

2 实验结果与分析

图1、2分别示出不同含水率的机织物、针织物与皮肤间的动摩擦力。

由图可见，随着织物含水率的增大，相同原料的织物和皮肤间的动摩擦力变化趋势相似，不同原料的织物与皮肤间动摩擦力的变化趋势不尽相同。在织物含水率为10%～60%的范围内，织物与皮肤间动摩擦力的变化趋势大都呈现出先增大后减小的趋势，动摩擦力的最大值都出现在织物含水率在 30%～40% 之间(涤纶织物除外)。当织物的含水率达到60%时，织物内部水分较多，被挤压出来多余的水分散布在织物表面，在摩擦过程中，织物表面的水分充当润滑剂的作用，从而减小了织物与皮肤间的摩擦阻力。而随水分的散失，水分的润滑作用减小，织物与皮肤之间的动摩擦力随之增大。文献[7]表明，在皮肤与织物的摩擦过程中起主导作用的摩擦机制为黏附摩擦。实际接触面积是黏附摩擦因数的决定性因素，接触面积越大，摩擦因数越大，因而当织物的含水率达到30%～40%时，摩擦过程中织物表面的水分较少，水分主要散布在纤维内部或者织物组织间的缝隙里，填充了纱线之间的空隙，织物与皮肤间的实际接触面积增大，皮肤的黏附摩擦不断增加时，织物和皮肤间动摩擦力逐渐达到最大值。随着晾置时间的增加，织物中水分继续散失，织物与皮肤间的黏附摩擦不断减小，二者间的动摩擦力也随之减小。而涤纶织物由于吸水性较差，水分易被挤压出来，分布在织物表面，因而涤纶的动摩擦力峰值出现较早，在织物含水率为20%时，织物与皮肤间的动摩擦力即达到峰值，随着织物含水率的增大，水分的润滑作用增大，动摩擦力随之下降。

图1 不同含水率的机织物与皮肤间的动摩擦力变化趋势Fig.1 Dynamic friction trend between skin and woven fabric of different moisture content.(a)Linen fabric; (b) Cotton fabric; (c) Silk fabric; (d) Polyester fabric; (e) Rayon fabric; (f) Wool fabric

此外，相同原料的织物和皮肤间的动摩擦力达到峰值时的织物含水率相同，不同原料的织物与皮肤间动摩擦力达到峰值时的织物含水率不尽相同。进一步分析发现，动摩擦力达到峰值点的织物含水率与纤维的公定回潮率有一定关系，纤维的公定回潮率越大，动摩擦力达到峰值点所需织物的含水率越大。例如：10#、11#、12#涤纶机织物和22#、23#、24#涤纶针织物的纤维公定回潮率为0.4%，该类织物与皮肤间的动摩擦力达到峰值点所需织物的含水率为20%，4#、5#、6#纯棉机织物和19#、20#、21#纯棉针织物的纤维公定回潮率为8.5%，这3种织物与皮肤间的动摩擦力均在织物含水率为30%时达到峰值点，而样品中13#、14#、15#粘胶机织物和25#、26#、27#粘胶针织物的纤维公定回潮率为15%，其动摩擦力均在织物含水率为40%时达到峰值点。

纤维的公定回潮率是表征织物吸湿能力的指标，纤维的公定回潮率越大，织物吸收水分的能力越强，织物达到内部饱和时所含的水分越多。依据前文分析，当织物内部水分达到饱和时，织物与皮肤间的实际接触面积和黏附摩擦达到峰值，动摩擦力达到最大值，因而纤维的公定回潮率越大，织物和皮肤间动摩擦力达到峰值点时，织物的含水率越大。

图2 不同含水率的针织物与皮肤间的动摩擦力变化趋势Fig.2 Dynamic friction trend between skin and knitted fabric of different moisture content.(a) Cotton fabric; (b) Polyester fabric; (c)Rayon fabric

为探明纤维的公定回潮率和动摩擦力峰值点时织物含水率的关系，对二者进行相关性分析，结果如表3和图3所示。纤维的公定回潮率和织物和皮肤间动摩擦力达到峰值点时织物的含水率确实存在一定线性关系，二者呈现显著的正相关关系。由此可知，无论针织物还是机织物，纤维的公定回潮率越大，湿态条件下织物和皮肤间最大动摩擦力达到峰值点时，织物的含水率越大。今后对于湿态条件下织物和皮肤间摩擦性能的研究，在已知原料公定回潮率的情况下，可根据图3中的拟合方程近似求取织物和皮肤间动摩擦力达到峰值时所需的织物含水率。

表3 不同原料的公定回潮率及其对应动摩擦力峰值点的织物含水率Tab.3 Moisture regain of different materials andfabric moisture content at peak dynamic friction

图3 公定回潮率与动摩擦力峰值点的织物含水率的关系Fig.3 Relationship between moisture regain and fabric moisture content at peak dynamicfriction

由图1、2的测试结果可知，湿态条件下，各原料织物和皮肤间的最大动摩擦力均较高，在200 cN的预加张力下，机织物和皮肤间的动摩擦力最高可达2 400 cN左右，在50 cN的预加张力下，针织物和皮肤间的动摩擦力最高可达1 300 cN左右。为避免织物和皮肤间的摩擦力过大给皮肤造成的伤害，日常穿着中尽量避免出现衣服潮湿状态，尤其是当织物内部水分达到饱和状态，织物与皮肤间的实际接触面积和表面张力增大，动摩擦力即将达到峰值的情况。实验发现，纤维的公定回潮率越大，该原料的织物和皮肤间的动摩擦力越难达到峰值。对于涤纶、腈纶等吸湿性差的化纤织物，由于其公定回潮率低，织物内部存储水分的能力不足，易达到饱和状态，使得织物和皮肤间的动摩擦力达到峰值，造成皮肤不适。相反，对于粘胶、羊毛等吸湿性较好的织物，织物的含水率要达到40%，织物和皮肤间的动摩擦力才会达到峰值。基于此，日常穿着过程中，对于贴身穿用的服装面料建议使用吸湿性较好的纤维原料，降低织物和皮肤间动摩擦力达到峰值的几率。

3 结 论

1)随着织物含水率的增大，相同原料的织物和皮肤间的动摩擦力变化趋势相似，不同原料的织物与皮肤间动摩擦力的变化趋势不尽相同。织物含水率在10%～60%的范围内，织物与皮肤间的动摩擦力变化趋势普遍存在先增大后减小的趋势。当织物含水率为20%时，涤纶织物与皮肤间的动摩擦力达到最大值，当织物含水率为30%时，棉织物与皮肤间的动摩擦力达到最大值，当织物含水率为40%时，毛、丝、麻和粘胶织物与皮肤间的动摩擦力达到最大值。

2)湿态条件下织物和皮肤间动摩擦力达到峰值时，织物的含水率与纤维的公定回潮率存在正相关关系。纤维的公定回潮率越大，纤维的吸湿性越好，织物和皮肤间动摩擦力达到峰值时所需的织物含水率越高。为降低织物与皮肤间的动摩擦力，减缓对皮肤的伤害，对于贴身穿用的服装面料建议选用吸湿性较好的纤维原料，日常生活中尽量避免贴身穿着比较潮湿的衣物。

FZXB

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Influenceoffabrichygroscopicityondynamicfrictionbetweenfabricandskin

WANG Xu1， FENG Xiangwei2， LI Yajuan1
(1.SchoolofFashion,HenanUniversityofEngineering,Zhengzhou,Henan450007,China; 2.SchoolofTextiles,HenanUniversityofEngineering,Zhengzhou,Henan450007,China)

In order to investigate the relationship between fabric hygroscopicity and the dynamic friction between fabric and skin, 18 kinds of woven fabrics and 9 kinds of knitted fabrics were chosen to carry out the friction experiment with the same female volunteers′ inner forearm skin. The dynamic friction between fabric and skin were tested by fabric-skin friction tester under wet condition. Aiming at the fabric sample under different wet conditions, the samples were completely infiltrated and then hung for naturally drying. The moisture content was used to quantitatively represent the wetting degree of the fabric. It is found that the dynamic friction change trends between the same raw material fabrics and skin are similar, and vice versa. The dynamic friction change trends between different kinds of fabric and skin generally increases and then decreases along with the increase of the fabric moisture content from 10% to 60%. It′s a positive correlation between fiber moisture regain and the fabric moisture content at the peak dynamic friction between fabric and skin under wet condition.

fabric; skin; dynamic friction; hygroscopicity

10.13475/j.fzxb.20170202406

TS 101.2； TS 941.17

A

2017-02-22

2017-04-24

河南工程学院博士基金资助项目(D2012022)

王旭(1981—)，女，副教授，博士。主要研究方向为织物和皮肤间的摩擦性及其舒适性。E-mail：wangxu0086@126.com。