襪口約束失效過程中對應腿部受壓的研究

程浩南

摘要：文章選用40種不同規(guī)格短襪作為實驗原料，然后挑選20位測試者進行穿著，在穿著的襪子上選擇4個不同位置，利用A0505型接觸壓計進行對應腿部所受壓強的測試，通過對測試數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)分析。結果表明：襪子出現(xiàn)襪口約束失效的過程中，具有雙層結構、口長較小和襪筒上口寬與口寬的差值比較大的襪子，在襪口處對應腿部所受到的壓力更大，更容易感到緊繃。襪口約束失效過程中腿部受壓情況和襪口結構的特征為：襪子前中處的壓強普遍大于2.00 kPa，襪口兩層之間的結合處存在突出，且口長小于 20 mm，襪筒上口寬和口寬的差值大于10 mm。

關鍵詞：襪口；約束失效；著襪舒適性；服裝壓力

中圖分類號：TS103.131

文獻標志碼：A

文章編號：1009-265X（2017）05-0038-05

Abstract：For purpose of this paper， socks of 40 different specifications were chosen for experiment， 20 subjects were chosen to wear the socks， the intensity of pressure on four positions of legs wearing socks was tested with A0505 contact pressure gauge， and systematic analysis was carried out based on the test data. The results show that the pressure on legs wearing socks of twolayer structure， with short hose top， and with large difference between the hose top width and mouth width is larger and feel tighter in the process of hose top constraint failure. The characteristics of pressure on legs and hose top structure in the process of hose top constraint failure are： the intensity of pressure on the center front part of socks is larger than 2.00kPa， the joint of the two layers of hose top extrudes， the hose top length is less than 20mm， and the difference between the hose top width and mouth width is larger than 10mm.

Key words：hose top； constraint failure； socks comfort； clothing pressure

短襪是人們日常生活的必需品之一，襪子穿著舒適性的研究也取得一些進展[1]。由于襪子在使用到一定程度會產(chǎn)生襪口約束失效的現(xiàn)象，直接影響襪子的舒適性和使用壽命，且約束失效襪口對應腿部的受壓情況是影響襪口約束失效的一個重要的指標[2]。但是，這方面的研究卻鮮有報道。

襪子的穿著使用狀態(tài)是一個動態(tài)過程，襪口對應腿部受壓是由襪口的變形（拉伸、彎曲等）、相對于皮膚產(chǎn)生滑移（剪切、壓縮等）等因素引起的。動態(tài)襪口對應腿部受壓的測試是個很復雜的過程，不僅與襪口的組織結構和材料性能等有關，還跟受壓部位的感官特性和所處的狀態(tài)等有關[35]。本文選擇在靜態(tài)環(huán)境下，通過實驗設計研究襪口約束失效過程中對應腿部受壓的情況，為襪口約束失效的研究提供理論參考。

1腿部受壓原理

襪子具有針織品的固有屬性。當它穿著在腳上時，會一直處于拉伸的狀態(tài)，而由襪子拉伸變形產(chǎn)生的內應力會對相應的腿腳部位施加壓力，受力分析如圖1所示[6]。

腿腳表面穿著襪子時所受壓強的大小與襪子拉伸變形的內應力和人體表面曲率的關系如式（1）所示：

P=Tγ（1）

式中：P為人體表面所受的壓強，Pa；T為襪子的拉伸力，N；γ為人體表面的曲率半徑，mm。

這表明襪子對應腳腿部所受到的壓強與襪子的拉伸力成正比，與相應腳腿部的曲率半徑成反比。

2實驗

2.1實驗材料

選擇市場上較常見和穿著次數(shù)較多的男、女短襪共40種，其中成年男襪的規(guī)格在26～28 cm為最普遍；成年女襪的規(guī)格在22～24 cm為最普遍，所選用的試樣規(guī)格具體見表1所示。

現(xiàn)有的襪子在材料、花色、尺寸、組織、編織方式、功能用途等方面都有不同，但襪子各部位名稱基本相同，如圖2所示。

2.2測試儀器及方法

由于腿腳的結構也比較復雜，在選擇襪口對應的測試部位時，根據(jù)醫(yī)用衛(wèi)生襪的工作原理[7]，以及考慮到襪口處小腿截面是不規(guī)則的圓，實驗過程完全參照FZ/T73001—2008《襪子》，采用A0505型接觸壓計（AMI TECHNO Co.Ltd公司生產(chǎn)），選擇襪口處的前后內外4個不同部位進行壓力測試，測試具體部位如圖3所示。

在實驗前，樣本須經(jīng)過數(shù)次拉伸松弛后，再進行測量，以確?？梢缘玫捷^為穩(wěn)定的測試數(shù)值。測試過程在一定條件下（環(huán)境溫度T=（20±3）℃，濕度65%±5%，實驗室屏蔽），將氣囊探頭分別按圖3的部位進行固定，然后分別由20名測試者對經(jīng)過編號的襪子進行穿著，每個部位分別測定3次，求平均值，得出這4個部位的受壓情況。

3結果與分析

在實驗中，傳感器同時測量襪口中部外側、前中、內側、后中處的壓強值，3次測試結果的平均值如表2所示。

為了便于對測試數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)分析，引入KIRK等[8]提出服裝受壓計算的理論式（2）：

P=THρH+TVρV（2）

式中：P為服裝壓強，N/m2；T為織物張力，N/m；ρ為受壓部位的曲率半徑，m；H為水平方向；V為垂直方向。

根據(jù)式（2）可知：服裝所受壓強與織物的張力成正比，與織物在受力對應處的曲率半徑成反比。實際上，襪子在穿著狀態(tài)下，垂直方向所受的張力很小，經(jīng)常忽略不計算，因而式（2）可變成為式（3）。

P=THρH（3）

其中曲率半徑ρ可由式（4）得到：

ρ=（1+y′2）32|y″|（4）

其中y=f（x）為人體皮膚表面直角坐標方程。其理論公式原理示意如圖4所示。當襪子緊貼腳腿部時，襪子產(chǎn)生的壓強等于襪子伸長張力與受壓腳腿部位皮膚表面的曲率半徑之比。因此，只要測出襪子伸長張力與腳腿部皮膚表面曲率半徑就可計算出襪子對應腳腿部受壓的大小。

由式（3）可知，襪口作用在對應腿部壓強值的大小與襪口所受張力成正比，與受壓處的曲率半徑成反比，具體說主要與襪口材料的彈性性能、拉伸長度和著裝部位有關。由于襪口部位具有較大的伸長率，結構多為雙層，使得襪口部位彈性模量就較大；但襪口處4個不同部位受壓曲率半徑的差異沒有那么明顯。因此，襪口處不同部位作用在對應腿部上的壓強變化趨勢為：②處的壓強大于④處的壓強，④處的壓強大于①和③處的壓強，①和③處的壓強接近。

通過對襪口約束失效過程中對應腿部受壓的測試發(fā)現(xiàn)，測試者在穿著2、5、9、20、22、27、31、35、36和39號襪子時，襪口明顯感覺很緊，觀察表2和表3中相應編號襪子的壓強值發(fā)現(xiàn)，這些襪子襪口壓強值較其他編號的襪子要大些，襪口緊繃，襪口結構基本都是雙層的，且口長較小，基本都在20 mm以下，襪筒上口寬和口寬的差值比較大，一般都在10 mm以上，襪子的彈性較差，究其原因：

a）雙層結構的襪子較容易勒腳，主要是由于雙層很容易造成襪口處的不平整，導致了勒腳的可能。

b）由于襪口是防止襪子滑脫的一個關鍵控制部位，因此就需要更加緊貼皮膚，口長較小的襪子，襪口與腳踝處的接觸面積比較小，襪口施加在腳踝處的壓強就相對比較大，因而就會感到緊繃。

c）襪筒上口寬和口寬的差值比較大，則說明口寬相對于整個襪子寬度來說是比較小的，這也反映了襪口與腳踝處的接觸面積比較小，這樣襪口施加在腳踝處的壓強就比較大，因而就會感到緊繃。

通過襪口約束失效過程中對應腿部受壓的測試數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)：

a）襪口處不同部位作用在對應腿部上的受壓變化趨勢為：②處大于④處，④處大于①處和③處，①處和③處接近。

b）在穿著狀態(tài)下，不同材料的襪口對腿上產(chǎn)生的壓強不同，其壓強值的大小與襪口的延伸性能有關。襪子延伸性能好的，對腿上產(chǎn)生的壓強值也較小；反之，較大。

c）不同結構的襪口對腿上產(chǎn)生的壓強值也有影響。襪口結構為雙層，口長較?。ā?0 mm），襪筒上口寬和口寬的差值比較大（≥10 mm）時，襪口處不同部位作用在對應腿部上的壓強值比較大。因此，襪口的結構，即口長、襪筒上口寬與口寬的差值也可以間接反映襪口對應腿部的受壓情況。

4結論

a）襪子出現(xiàn)襪口約束失效的過程中，具有雙層結構、口長較小和襪筒上口寬和口寬的差值比較大特征的襪子，在襪口處對應腿部所受到的壓強更大，更容易感到緊繃。

b）襪口約束失效狀態(tài)下對應腿部受壓腿部的受壓情況和襪口結構的特征為：襪子前中②處的壓強普遍大于2.00 kPa；襪口兩層之間的結合處存在突出，且口長小于20 mm，襪筒上口寬和口寬的差值大于10 mm。

c）由于測試樣本種類和數(shù)量有限，測試數(shù)據(jù)較少。且在實驗過程中測試者也沒有對不同年齡層次人穿著短襪時襪口約束失效性能的情況進行研究，因此，為使所得的結果更具有代表性和普遍性，仍需要繼續(xù)進行大量的實驗。

參考文獻：

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[7] KIRK W， IBRAHIM S M. Fundamental relationship of fabric extensibility to anthropometric requirements and garment performance[J]. Textile Research Journal， 1966，36（1）：37-47.

（責任編輯：張會巍）