第四节 接触舒适性-新

第四节织物的接触舒适性

织物的视觉舒适性(visual comfort)，较多地体现人的心理直接感受，如面料的色彩、光泽、组织和形态。织物的热湿舒适性(thermal comfort )，则反映人—织物—环境间微气候（microclimate）对人体的作用，主要为人体的生理和物理感觉，如透气导湿性，传热或保暖性等，这已经在前面二节中作了介绍。触觉舒适的概念发生于人与接触对象之间，触觉舒适性(tactile comfort)在名称上与织物的手感（handle）风格或传统触觉风格似乎有些雷同，但本质上有很大区别，因为传统的触觉风格只是以手感和指尖触摸织物所得的某种感觉为依据的评价方法。

触觉舒适性，又称接触舒适性，是指人体皮肤在受到外加织物或服饰作用时的一种生理感觉，具有被动性和不可回避性。其作用位置是人体须遮蔽保护或保暖的皮肤。其作用形式则是局部的刺激和压迫，往往是不愉悦的感觉(discomfort)。这种刺激还会引起皮下神经末梢的感应和激发，刺激周围感应细胞，形成连锁反应[1]，如分泌、散发、充血、细胞收缩和疲劳，其结果往往产生生理不适和心理不悦[2]。

一、触觉舒适性与皮肤构造

接触的舒适感源于皮肤与织物接触时，织物对表皮层下的感觉接受器（sensory receptor）的刺激。这些感受器即为人体的感觉神经，其包括：触觉感受器（touch receptor）、热感受器（thermal receptor）和痛感受器（pain receptor），并使人感觉到发生这些刺激作用的部位、区域和持续时间。

皮肤与织物接触时会产生各种感觉，其一般定性的描述是：痒或瘙痒（tickle，itch），刺痒或刺痛（prickle），刮擦痒（scratchiness），局部压迫(localized tightness)，接触冷感或温感(initial cool/warm feeling)，湿粘涩(wet and tacky clinging)，振动与拔拉汗毛(fibre shedding)，过敏反应(allergic response)等[3]，以及表面光滑或粗糙，坚硬或柔软。归纳起来，接触不适感主要包含三个方面的内容：其一是织物的刺痒感，主要是织物上的毛羽或硬、尖物对皮肤的作用，以及人体对织物上的化学物质乃至对纤维材料本身的过敏反应；其二，是织物对出汗皮肤的粘贴，含有汗、脂残留物的织物与皮肤间的粘涩，以及汗液蒸发时与织物接触的湿冷感；其三，是服装结构不合适引起织物对皮肤的局部压迫不适。而织物贴肤的舒适感主要是两方面。一是表现在织物接触皮肤的瞬间所产生的温/冷感，温感相对冷感可能稍慢些，但对感觉者来说都是一种快感。一般多毛羽的织物温感较强；表面光洁，接触面大，导热性好的织物冷感较强。二是对于持续性作用于皮肤的爽适触感，主要表现在纤维的表面形态和湿传导性。纤维形态的作用目前还不甚明了，但纤维及其集合体的湿传导性质对织物的爽感（crisp comfort）影响极大[4]。

织物的刺痒感、湿粘涩感，局部压迫感，接触冷、温、爽感均属织物接触觉舒适性的范畴，而且是织物与皮肤直接发生的生理和物理作用。因此，接触舒适性从生理学(physiology)，或神经生理学（neurophysiology），心理物理学（psychophysics）和心理生理学（psychophysiology）角度上说，直接取决于人体的皮肤感觉系统。通常人与人之间，人体不同位置之间的皮肤触感的敏感性是不相同的。一般较薄、软的皮肤比较厚、硬的皮肤敏感，皮肤的温度较高时比温度较低时敏感。这些可以从人体皮肤的构造得到解释，如图11-15所示。

皮肤的结构分为表皮层（epidermis）、真皮层（dermis）和皮下组织。表皮层有五层结构如图11-15（b）所示，厚度为0.1～0.2mm，因人、年龄、部位、环境和地理条件而变。不含感觉细胞，但含部分游离神经末梢。其最外层为角质（keratin）细胞，并覆有酸性酯类复合物的表面膜。角质细胞层较硬，且不断代谢脱落。表皮最下层为基底膜，与真皮相邻。表皮底层细胞分裂

后外推，最后到达角质层脱落，代谢周期为4周。真皮层中含有丰富的神经末梢（nerve fiber end）和小体感受器（recepter），以及毛细血管、汗腺、皮脂腺和立毛肌。小体感受器和游离神经末梢是有髓鞘（myelinated）和无髓鞘（nonmyelinated）神经纤维的末端，其感触信号的传递是通过这些神经细胞中的神经递质（neurotransmitter），乙酰胆碱（acetylcholine）、单胺类（monoamines）、神经肽（neuropeptide）、氨基酸类（amino-acids）和血管紧张素（angiotensin）等，完成传递。真皮由胶原和蛋白质弹性纤维(0.1μm)组成，内充液体、富有弹性，且以球状突入于表皮层，形成圆突起状的界面，如图11-15（c）。真皮层厚度为2.0～4.0mm。皮下组织为脂肪层，女性比男性厚，富有弹性，绝热性强，能储存热量和调节人体体温。可以得出表皮层越厚、硬，真皮及其皮下层中的感觉神经和细胞越少，接触的敏感性越低，但必须清楚产生感觉的机制是神经末梢和感受器。

皮肤可感知的单一的接触感觉有：触/压觉、冷/温觉和痛觉。而对应的感受体是触压感受小体（Meissner小体和Merkel细胞）、压觉环层小体（Pacini 细胞），冷（Krause终球）、温（Ruffini 末端体）感受器和痛觉游离神经末梢（free fiber ends）。每一种触感模式（tactility modality）有着不同的质（quality）和量（quantity），在实际中往往对应着许多复合的触感，如潮湿和干燥、平滑和粗糙、坚硬与柔软、粘涩与滑爽等。

图11-15皮肤组织构造及其感受器

触压感受小体在人体皮肤上有50万个，随人体部位的不同而异。一般指尖和唇部较多，可达130个/cm2以上。触压觉反映外物作用的肌体变形、振动和搔痒的感觉，通称为机械作用感觉。其中Meissner小体触感较快，Merkel细胞在基底层感觉较慢，Pacini 细胞在皮肤的皮下组织中感受压觉。温觉感受器和冷觉感受器分别为3万和25万个，且温觉Ruffini小体在较深的真皮下层，冷觉Krause终球在较浅的真皮上层。这可以得到为何冷觉比温觉更快的原因。冷觉的感应可能不仅来源于Krause小体，还会来自于某些游离神经末梢的感受。冷、温感觉是一种生理作用，其能量和感觉的转换机理目前尚不清楚。痛觉感受器为纤维状神经末梢。由于神经为树枝状，因此痛觉感受点多达200多万个。而且其集中在真皮乳突状部位，并部分延伸至表皮层中，对外界的机械、物理、化学刺激极敏感，故是感觉痛、痒和振动的极敏感的感觉体。痛觉神经感知痛觉的主要物理机制是神经末梢的破坏和塑性变形，但其生理和心理上的解释就相当复杂和不太清楚。如

持续作用时的消失和麻木不能说明痛作用的停止。纤维的刺痒感产生的主要机制就是痛觉神经末梢的反应。

二、织物的刺痒感

织物的刺痒感一般指织物表面毛羽对皮肤的刺扎疼痛和轻扎、刮拉、摩擦的痒之综合感觉，而且往往以“痒”为主。这与通常所说的织物表面的粗糙、软硬的概念无关。已有的理论给出了人体感觉的痛觉感受器（pain receptor）—游离神经末梢，但却没有对应于痒的感受器。神经生理学上以为，痒主要是由痛觉和触觉感受器感受的，其中痛觉神经末梢的感受为最主要的[5]。低作用力下的反复、持久作用极易引起皮肤痒的感觉。而强烈的、局部大变形的刺激将引起疼痛[6]。故可以认为痒觉是痛觉的先导。当作用外力大于某一阈值时（>75mgf），痒可能变换为痛的感觉。

1．刺痒的生理作用

Garnsworthy[7,8]，Kenins[9]和Mountcastle[10]等人以动物（兔子或猴）和人体为研究对象，利用电极或机械针刺激单个神经来确定哪一类神经对刺痒感起主要作用。研究表明[7]，当刺激皮肤表层神经区域，只有痛觉小体感受器对具有不同刺扎感的织物起反映。在一般穿着状态下，织物并不能刺激这类神经感受器使其产生反应，但是随着织物的毛羽量增加，神经的反应也增加，刺痒感产生。如果此时皮肤被润湿，则刺激量也会加剧。另外，如果任意抽拔出一根织物中的粗纤维，去刺激皮肤，只要施加在纤维上的力大于75mgf疼痛神经也同样会起反应。纤维刺扎皮肤，刺激疼痛神经如图11-16所示。

图11-16 纤维与皮肤感觉神经作用示意图图11-17 纤维毛羽与皮肤接触的形式

皮肤电极刺激实验表明，通常在长有汗毛的皮肤表层，痛觉神经末梢分布最接近皮肤表层[7]。这就可以解释为什么手指一般感觉不到刺痒，因为指端的皮肤非常厚。润湿皮肤就可以软化皮肤表层的角质层，使得机械力更易刺扎皮肤。纤维刺扎皮肤产生的红肿，是由于多态神经感受小体C(polymodal nociceptive C nerves)使受刺扎皮肤周围的血流量增加，并不是由于过敏引起的[9]。

用电极刺激动物和人体单一神经末梢实验表明，如果要使受刺激神经纤维产生反应，必须施加一定程度的刺激，大部分的疼痛神经都是如此[11]。在动物实验中还发现，采用具有与羊毛同样线密度和抗弯刚度的腈纶纤维去刺激动物神经，较大的刺扎力会激发神经末梢反应，而同时采用两根同样的腈纶纤维，以较微弱的力去刺扎同一处神经，不会激发神经纤维反应，实验结果说明神经纤维的激发需要一定的激发阈值[12]。同性质的纤维同时进行多点刺扎实验时，刺痒感产生的阈值的探讨还未见报道，有可能是因为受到试样及实验点选取等实验条件的限制。

皮肤结构影响刺痒感因素的了解还十分有限，根据现有的实验结果，可以总结为以下几个主

要影响因素[13]：神经末梢分布深度；神经末梢分布密度；神经末梢灵敏度；个人心理感觉差异和其他未知影响因素。

2．刺扎纤维的特征与作用

不同纤维性状及毛羽形态，不同织物结构对人体产生的刺痒感是不同的[13]。纤维性能与形状，如直径、长度和刚度是最为重要的影响因素。前两者影响织物表面毛羽的长度和密度，直径和毛羽长度还影响纤维刚度[14]。纤维刚度不仅影响成纱的表面光洁度，而且直接决定纤维对皮肤表面的刺扎作用。对夏布麻纱与机织麻纱织物的实验比较表明，传统苎麻产品—夏布并不产生恼人的刺痒[15]。夏布的麻纱是以手工劈细的，纤维间被胶质粘连，故实际纤维体特长。而机织麻纱是精干麻经切断、打松后，为单纤维，长度较短。两者相比，后者的纱线表面通常毛羽特别多。因此，苎麻织物刺痒感产生的原因，一方面是由于麻纤维本身的粗、硬和具有较大的弯曲刚度；另一方面是由于麻纤维突出于织物表面形成较多的毛羽产生的。

毛羽形态对刺扎过程中的刺痒形式和痛痒感觉有影响。织物与皮肤接触时，如果压力小，支持面主要是由一定硬度的毛羽提供；压力大时，毛羽倒伏，由织物组织构成支持面。如以硬挺毛羽作为接触或支撑表面的，可有两种接触形式，即正压刺扎和切向摩擦或刮拉接触形式，如图11-17所示。竖直正压刺扎分为纤维头端点和弯曲头端正对皮肤方向运动两种。前者，纤维受压产生压缩和弯曲变形，其反作用力将通过头端作用于皮肤，由于接触点面积小，压强大，刺扎感强。其强弱主要取决于纤维的轴向压缩刚度和纤维的头端形状与纤维的粗细。后者，由于纤维头端的弯曲，接触面积增大，虽皮肤正对纤维主轴运动，但皮肤受压产生的压强小，刺痒作用弱于前者。其强弱主要取决于纤维长度、抗弯刚度和纤维的表面特征。竖直摩擦式和弯曲摩擦式的纤维主体相对于皮肤切向运动，对皮肤产生切变应力。产生的压强虽小，但由于纤维的反弹恢复倾向，将产生震动滑移，在较大区域内形成持续的刮拉刺扎作用。其作用大小还取决于纤维轴与运动方向的夹角大小。

织物毛羽对人体毛发的拨动，以及织物本身或密集毛羽对毛发的纠缠拔拉，同样会产生痒、痛。前者拨动作用，实用中很少被感觉到，这可能只有动态拨弹会引起毛发根部感觉神经的作用。而后者毛发的纠缠拔拉，将直接引起疼痛不适感。

3．织物的组织结构

织物结构影响皮肤刺痒感，主要是织物组织的稀密程度和纱线的捻度大小[13]。可以解释为，毛羽是一端被织物中的纱线所抱合握持，一端伸展在外的纤维。如果织物结构松散，纱线捻度小，毛羽被握持一端的活动余地大。当毛羽受外力被挤压时，毛羽容易向织物方向避让，减弱了毛羽与皮肤间的作用力，从而减轻毛羽对皮肤的刺激程度。对于松结构的织物，尤其是针织物，同样的纤维原料，其刺痒感较轻，就是这个道理[16]。

4．其他作用和反应

刺痒的其他作用主要是指人穿着衣物过程中的一些化学刺激和皮肤过敏。目前所使用的纺织纤维，包括天然和化学纤维，一般都没此种反应。真正的皮肤过敏和瘙痒来源于两方面。一是源于纤维、纱线和织物的化学整理和染料及助剂，以及其他高聚物如塑料和环氧树脂等物质等，所引起的过敏反应。另一是医学上定义的由皮肤真菌感染生癣引起的原发性皮炎和皮肤干燥、弹性下降，角质层变厚龟裂引起的非原发性皮肤发痒。这些均会因服用织物不当及其微环境不良，而加剧其生成和发痒作用。至于神经性皮肤发痒，又是另外一个问题了。

三、织物刺痒感的评价与消除

织物刺痒感的评价主要为主观评价（人体试验）和客观评价（纤维针刺扎测量），但与实际应用和理论研究都有一定距离。目前一般的评价基础是依据织物表面竖起的坚硬毛羽量的作用来评价。有关织物接触舒适性研究的报道，较为零散。但织物主观刺痒感的测量研究澳大利亚、美国、日本和新西兰均有较高水平的研究成果[17]。

1．主观评价方法

主观评价方法是以人体和动物试验为主，其方法有动物和人体的微电极刺激试验，用以确定刺痒感觉的主要感受神经和刺激量与刺痒感受量间的定量关系，以此明确人体刺痒的阈值和刺扎方式[18]。有人体前臂试验，如在人手臂上悬挂和绑上被测物，采用移动和拍打等方式记录试验者的感受，以此来确定被感受织物的刺痒程度。试验数据可分为多级（10级）并进行统计计算给出刺痒感值的评价[19]。还有更为简单的直接试穿试验，早期典型的接触舒适感的评价由Hollies给出[20,21]，为每隔一定时间，分别测表11-3内的各项舒适指标的心理学标尺值。各指标值(?)分为5级，1~5级分别表示完全不适到非常舒适[22]。虽对刺痒的评价很粗糙，但方法可以通用。

表11-3 主观舒适平分表

图11-18 各感受器感应到大脑反射调节途径示意图

显然主观评价方法与手感评价早期的主观评价方法一样。是以人体感觉器官的感受及描述为依据的，即在一定的外界刺激水平S 下，刺激的增量 ?S 与被测试者的主观感应量R 的相互关系：)(S F R =或)/(S S f R ?=，故人为和环境影响很大。根据Weber-Fechner 定律[23],心理反应变化量?R 与?S 的关系为：

)/(S S K R ?=? (11. 21)

式中K 为常数，积分上式得，C S K R +=ln ，0=R 时，0ln S K C =。所以，

)/ln(0S S K R = (11. 22)

整个刺激和反应过程从机械、物理和化学作用开始到感觉体系（触压觉，温冷觉和痛觉）的感应，再传入中枢神经到大脑产生第一反应；并且随后大脑本能地发出调节指令，反馈给大脑中枢，开始物理、化学和生物调节，并将信号再次返回给大脑，产生第二次和随后的多次连续反应，见图11-18所示。这种时间可能是极短的，因此感受者可能回答的感受非第一次反应，而是几次反应的综合判断。同时，各感受者的感应和调节速度不一样，所给的感受程度当然也不一样，故给最终评价带来离散和不稳定。

2．客观评价方法

由于刺痒感的起始作用体为针状纤维，因此，人们把目光集中于引起织物刺痒的突出毛羽(protruding fibre)及其评价。这就是说织物表面较刚硬的毛羽的特征及数量，是刺痒感大小的直接原因。毛羽的测量方法有许多，可以测纱线的毛羽，可以测折叠织物边缘突出的毛羽，但有毛羽并不一定刺痒，其要求纤维不起拱的刺扎力（critical buckling load ）要大于0.75mN 。因此，必须分辨出毛羽中较硬挺的突出纤维（protruding stiff fiber ）。如采用聚四氟乙烯薄膜压在织物的表面，观察薄膜上的顶起时留下的压痕的数目及其痕迹的深浅，导出纤维刺痒感的程度大小[24]。采用唱机原理，图11-19（a ），测量划片作用于纤维毛羽输出的信号大小和频率，图11-19（b ），判定突出刚硬毛羽的量和硬挺程度，由此反应织物可能的刺痒作用[25]。由于以划片时拨动纤维，见图11-19（c ），故主要表征纤维的弯曲作用和刮拉效果，虽实用，但成圈纤维对信号的干扰和影响太大。

可刺扎毛羽的直接评价是客观评价测量中最有效和直观的方法。测量是将被测纤维做成纤维针（单根纤维）或纤维刷（若干纤维），进行低应力下的刺扎[26]。理论上弯曲作用力和垂直压力可以根据悬臂梁和Euler 起拱理论算得。

悬臂梁 max 3)3(δl

EI p =⊥ (11. 23) 长柱起拱 22//l

I E n p k π= (11.24) 式中⊥p //和p 为图11-19（c ）中的作用力；E 为纤维的拉伸模量；I 为纤维的截面惯矩；max δ为纤维头端的绕度值；l 为纤维伸出长度；n 为柱端条件值，刺扎为一端固定（织物端），一端活动铰链支撑点（皮肤处），n ＝1/4；E k 为综合模量，由于纤维为粘弹体，所以

2)(4c c

k E E EE E += (11. 25) 其中ε

σd d E c =

为在应变ε处的切模量。根据式（11.23）和(11.24)的比，并令Ec ＝E ，因为小变形，0→ε可得： max

//12δπl p p =⊥ (11. 26) 对于划片拨动纤维所测的结果max δ和⊥p ，可求得垂直的刺扎力。因此，直接刺扎的作用力亦可以理论估算。

图11-19 音频法测量硬挺毛羽原理图

由于单根纤维刺扎时，纤维轴与皮肤作用面法线的夹角会发生变化，且纤维头端又非固定形态，故刺痒的真实效果，仅以一个力值表达存在误差。而且在实际织物中纤维的握持端又非完全地固定握持，加上周围纤维的簇拥和纤维本身的卷曲，刺扎的理论估计和实际值均有偏差，故往往将实际人体前臂试验和纤维针或束的刺扎测量相结合，来进行综合评价与对比[27]。试验结果证明，刺扎力大小取决于纤维的截面积S 和突出长度l 。并与人体刺痒感觉评价值有较好的相关性，R =0.81。这与Naylor 等认为羊毛刺痒感中最主要的因素为纤维的直径，尤其是纤维直径>32μm 的百分率[28]相一致。

3．织物刺痒感的消除方法

刺痒感的主要成因是硬挺突出的毛羽，而且在理论和实际结果上都已说明是较短的突出的硬纤维，因此改进的方法无外乎三种。其一去除或大量减少毛羽，如烧毛，剪毛处理，或反之，增长毛羽并使毛羽倒伏，如拉毛，梳毛和压烫等处理。但毛羽去掉或变长，均会在使用中再产生或变短和竖起。其二是纤维的柔软化，即降低纤维的细度。如碱液、氨处理，砂洗，和酶处理，使纤维柔软或变细和原纤化。前者是改变纤维聚集态结构，尤其是结晶度；后者是降低纤维的粗细和头端效应。其三是选择较细的纤维进行织物加工。

这些方法能减少织物的刺痒感，但无法消除。有些效果还不明显，或对纤维损伤太大。而且处理中以减少毛羽消除刺痒感的加工，结果织物的刺痒感并未减少多少。故理论上刺痒不仅仅是纤维刺扎的作用，可能与纤维表面的粗糙特征和硬度有关。

四、触觉舒适性的其它内容

织物的接触冷、温感的评价，目前还只有停留在对织物导热性的静态或准静态的评价，而对皮肤触及织物瞬间所产生的反应以及机理研究较少。织物与皮肤间的湿粘作用，人们也较多地以织物抗污、去污的特性来衡量，较少、亦较难以皮肤和织物在湿和汗脂作用的人体感觉来评价。这一感觉能否通过快速将水分导去，就能得到缓解，还不清楚。织物结构和密度，以及所选纤维，对人体毛发的纠缠作用，亦是传统纤维织物中极少见到的，而在部分长丝或变形纱织物就会发生。织物对人体的局部压迫还仅仅停留在服装穿着中有、无压迫感的主观评价，而对人体局部压迫中的触压觉感受小体的集合反应，以及人体的物理、化学调节作用的产生与表征仍鲜见报到。

这些现象和问题，均与纤维的表面性质，皮肤表面和皮肤感觉系统以及两者接触的作用及界面特征有关，并且不同于前面讨论的织物－空气－人体的间接和宏观作用。仅以织物的组织、密度、重量，纤维和纱线组成等宏观和整体性质指标来描述织物的接触舒适性，是勉为其难的。

一般参考书

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