光照老化后消防服外层织物撕破性能探究

消防服是消防人员在灭火时穿着的专用服装，是保护消防队员身体免受伤害的必须配备 [1]。消防服在火灾现场，会经受摩擦、异物钩挂、牵绊等现象，需满足一定的力学性能 [2]。在服用的过程中，其力学性能会受光照等因素的影响而逐渐衰退。为了确定准确的报废时机，建立光照后消防服织物力学性能数学模型具有重要的意义。目前学者对日晒后消防服服用纤维的力学变化进行了大量的研究，但对织物层面的研究较少，并较少建立预测模型 [3-7]。力学性能的测试为破坏性测试，为减少破坏性实验次数，本文特研究光照后结构参数与消防服织物撕破性能的回归关系，以根据光照后结构参数预估力学性能的大小。

1 实验方法
1.1 结构参数的确定及测试方法
织物的结构参数是影响织物服用性能和风格特征的重要因素，本文所确定的结构参数为织物的经密、纬密、克重和厚度 [8]。经纬密测试按照 GB/T4668-1995《机织物密度的测定》进行，克重测试依据 GB/T4669-2008《纺织品机织物单位长度质量和单位面积质量的测定》而定，厚度测试执行 GB/T3820-1997《纺织品和纺织制品厚度的测定》标准。
1.2 撕破性能的测试方法
织物在服用过程中会经常受到集中负荷的作用，使局部破坏而断裂。织物边缘在集中负荷作用下被撕开的现象为撕破 [9]，因此确定的力学性能为撕破强力。在 GA 10 － 2002 中明确规定消防服需要满足的经、纬向撕破强力均>=100N，采用 T 型法，按照标准 GB/T 3917 － 2009 进行操作。
1.3 试样准备
本文选用常用在消防服上、市场可购买的消防服织物芳纶和 NomexⅢA，其结构参数和撕破强力的测试按照上述方法进行，实验用试样的基本信息如表 1 所示。由表 1 可知，2 种织物的撕破强力均大于100N，符合标准的要求。
1.4 实验条件
采用 1500W 长弧风冷直流氙灯作为光源，模拟太阳光。整套长弧氙灯包括灯管、镇流器、触发器、反光罩、按钮开关等 5 个元件，实验时氙灯距离织物上表面 20cm，辐照时间分别为 0、3、6、9、12、15分钟。通过美国 CSI 公司生产的 TPP 测试仪的附件——铜片热流计标定和测试辐照度，约为 4 个太阳光常数。

2 实验结果回归分析
2.1 回归分析方法
为研究日晒后结构参数与撕破性能的回归关系，运用 SPSS 软件进行多重线性回归，通过共线性诊断，发现自变量之间存在共线性问题，为消除共线性，特采用主成分分析。对所得的主成分与因变量进行回归分析，并检验回归方程的拟合优度和显著性，以及回归系数的显著性，得到主成分与因变量之间的回归关系，根据主成分和原自变量之间的关系，建立原自变量和因变量之间的回归关系。
2.2 结构参数和经向撕破强力的主成分回归分析
2.2.1 多重线性回归分析
确定自变量为结构参数—经密、纬密、克重、厚度，分别用 x1、x2、x3、x4 表示，因变量为经向撕破强力，用 y1 表示。采用 SPSS 对自变量和因变量进行线性回归分析，其输出结果如表 2、表 3、表 4 所示。回归方程的拟合优度检验由 R2 实现，R2 越接近 1 说明拟合优度越好。由表 2 可知，R2=0.990，说明用线性回归模拟自变量和因变量之间的关系，拟合度很高，样本回归方程的代表性强。
回归方程的显著性检验一般采用 F 检验，当 F 值对应的尾概率 Sig. <0.001 时，说明回归方程的显著性高。由表 2 可知，F=122.153，对应的 Sig. =0.000 < 0.001，说明回归方程呈显著线性，结构参数和经向撕破强力确有线性回归关系。
回归系数显著性检验由 t 检验实现，其对应的尾概率 Sig. <0.001 时，说明回归系数显著性高。由表3 可知，回归系数检验统计量 t 对应的尾概率均大于 0.001，说明回归系数与 0 无显著差别，回归方程系数无统计学意义。
由表 4 可知，纬密、常量的方差比例值（共线性）很大，分别是 0.97、0.87，说明自变量纬密与常数项极度相关，因此需要采用主成分分析。
2.2.2 主成分分析
采用 SPSS 对自变量进行主成分分析，输出结果如表 5、表 6、表 7 所示。主成分的数目可以根据特征根 的值确定，依据原则有三：1） >1 的特征根对应的主成分；2）累计百分比达到 80%～ 85%以上的 值；3）根据碎石图上特征根变化的突变点决定主成分的数量。由表 5 可知，个主成分对应的 值大于 1，并且可解释的总方差为 85.355%，这暗示提取一个主成分，信息量已经足够。由图 2 可知，第 2 个 值是一个明显的折点，这暗示选取的主成分数目应有 p≤2，根据确定主成分的前 2 条准则，选 1 个主成分即可。
2.2.3 主成分回归分析
将主成分分析保存的主成分 FAC1_1, 即 z1作为自变量，以经向撕破强力 y1 为因变量，采用SPSS 对其进行线性回归分析，输出结果如表 8、表 9 所示。

3 结论
结构参数与撕破强力的关系可通过线性回归模型进行模拟。运用 spss 软件，进行多元线性回归分析时，可能会出现自变量共线的问题，通过主成分分析可以有效解决。通过主成分回归分析方法分析结构参数（经密、纬密、克重、厚度）与经向撕破强力的关系，可得到回归方程为 y1=2195.459 - 1.498x1-5.264x2- 2.108x3 - 554.436x4，结构参数与纬向撕破强力的回归方程为 y2=832.484-0.519x1-1.824x2-0.731x3-192.15x4。回归方程中厚度的系数绝对值大，厚度与撕破强力的相关性大，成负相关。通过结构参数与撕破强力的回归分析，可以根据结构参数的大小，预测撕破强力的大小，减少了破坏性实验，能及时预测消防服报废时机。

更多关于：织物撕破强力机