针织校服染色牢度指标的主成分分析

尹方方，李 琰

(广东产品质量监督检验研究院,广东 广州 510000)

GB/T 2016《纺织品 色牢度试验 试验通则》给出了色牢度定义，色牢度是指在加工和后续使用过程中，纺织品的颜色受外界因素作用后的结果，其中结果的大小程度可用色牢度等级评判，即通过试样的变色等级和未染色贴衬织物的沾色等级综合评定。纺织品色牢度指标主要包含耐摩擦色牢度、耐汗渍色牢度、耐水色牢度、耐洗色牢度、耐光色牢度[1,2]。针织面料以其柔软、舒适的特点成为校服面料的首选，校服色牢度不合格易造成人体皮肤沾色、衣服严重退色，进而影响学生身体健康，因此针织校服染色牢度指标十分重要。

主成分分析PCA(Principal Component Analysis)法是将多组指标转换成互不相关的少数指标的数理统计分析方法[3,4]。它通过数据矩阵转换，将不同数据的相同部分归纳为一个主成分，通过指标在主成分下的客观权重系数，计算试样的总得分排序，进而优化选择。

1 样品及测试方法

1.1 样品准备

为了提高研究的代表性、可靠性，使实验结果更具说服力、有效性，本课题收集了20块蓝色系针织校服面料，将20块试样的颜色分为从浅到深的1级～10级，具体参数如表1所示。

表1 针织校服参数

1.2 测试方法及仪器

针织校服面料依据GB/T 3920—2008 《纺织品 色牢度试验 耐摩擦色牢度》、GB/T 3921—2008 《纺织品 色牢度试验 耐皂洗色牢度》、GB/T 3922—2013 《纺织品 色牢度试验 耐汗渍色牢度》、GBT 5713—2013 《纺织品 色牢度试验 耐水色牢度》、GB/T 8427—2008 《纺织品 色牢度试验 耐人造光色牢度 氙弧》等。其需注意的是制样时试样需将待测样品上的所有颜色覆盖包含[5]。

测试仪器：Y571B型摩擦色牢度仪、HW-24C耐洗色牢度试验仪、YG982C评级标准光源箱、YGB631耐汗渍色牢度仪、Q-SUN XE-2-HS耐日晒色牢度仪等。

2 结果与分析

2.1 实验结果

对20块针织校服进行了耐摩擦、耐水、耐汗渍、耐洗、耐光色牢度的综合测试。因试样经耐洗、耐水、耐汗渍(包含耐酸性汗渍色牢度和耐碱性汗渍色牢度)测试后试样变色均为4～5 级，故未在表3中逐一列出，其他实验结果如表2所示。

表2 校服染色牢度指标的测试结果

2.2 针织校服染色牢度的主成分分析[6]

PCA是将已知的多个指标属性利用数理统计中线性转换方法，提取各指标中的公共部分为主成分，后转换成不相关的几个指标变量。根据变量数据的方差值从高到低排序，其中方差最大的指标为第一主成分，方差次之的指标为第二主成分，依次类推[7]。

运用主成分分析模型对针织校服耐摩擦、耐洗、耐水、耐汗渍、耐光色牢度进行主成分提取，依据各主成分对应指标的类别和意义对其命名，得出主成分和相关指标的线性关系方程，并利用试样原始数据对主成分的客观权重系数进行分析，计算试样色牢度得分。通过对比得分，找出试样的综合性能差异，便于产品选购[8，9]。将20组试样的色牢度指标定义为X1=耐干摩擦沾色，X2=耐湿摩擦沾色，X3=耐洗棉沾色，X4=耐洗聚酯沾色，X5=耐水棉沾色，X6=耐水聚酯沾色，X7=耐酸汗渍棉沾色，X8=耐酸汗渍聚酯沾色，X9=耐碱汗渍棉沾色，X10=耐碱汗渍聚酯沾色，X11=耐光试样变色，共计11个色牢度指标进行主因子分析。因子分析转换过程中，通常将因子特征值≥1且累积方差贡献率≥85%的定义为主成分。针织校服色牢度指标的因子分析结果见表3、表4。

表3 指标解释的总方差

表4 成分矩阵

由表4分析结果可以看出，色牢度指标在主成分因子中所占权重系数值有正负之分，权重系数为正，表明该指标与主成分因子呈正相关线性关系，反之呈负相关线性关系。

根据针织校服耐摩擦、耐洗、耐水、耐汗渍、耐光染色牢度的物理意义，对表3中各主成分进行分析解释和命名：

第一主成分F1在指标耐水沾色、耐酸汗渍沾色、耐碱汗渍沾色上具有较高的正相关系数。由于这些指标属于GB 18401—2010《国家纺织产品基本安全技术规范》强制性要求，因此把F1命名为汗渍型指标。F1的正值大代表汗液接触时颜料转移作用越明显。

第二主成分F2在指标耐摩擦沾色、耐光试样变色上具有较高的正相关系数，在指标耐洗聚酯沾色上具有较高的负相关系数。因此把F2命名为摩擦型指标。F2的正值大代表穿着时颜色受摩擦作用影响较大。

第三主成分F3在指标耐洗棉沾色上具有较高的正相关系数，因此把F3命名为洗涤型指标。F3的正值大代表洗涤时易将颜色传递出去，造成其他物品沾色。

将各主成分中指标的权重系数进行标准归一化，利用权重系数除以其主成分下对应的特征根的开方得出相应的线性系数，进而得到主成分的线性关系方程：

F1=0.383X5+0.367X6+0.383X7+0.367X8+0.383X9+0.367X10

(1)

F2=0.587X1-0.394X4+0.465X11

(2)

F3=0.388X3

(3)

将20块试样染色牢度指标的测试结果分别代入式(1)、式(2)、式(3)，计算并得到试样在3个主成分下的得分。作为夏季针织校服，根据学生实际穿着，需要织物具有良好的耐摩擦性、耐汗渍性能。根据试样的服用要求和评分，进行优劣排序，结果如表5所示。

由表5计算结果可知，试样2#、试样9#在第二和第三主成分排序各为第一，在第一主成分第二，总体排序靠前。试样6#、试样7#、试样8#在第一、第三主成分排序均为第一，在第二主成分排序第二，总体排序靠前。因此综合考虑染色牢度指标时可优先选择这五块试样，其综合染色牢度质量表现优异，其中当重点考核校服耐摩擦色牢度时，可优先选择试样2#和试样9#；当重点考核人体出汗时校服染色牢度情况时，可优先选择试样6#、试样7#、试样8#。通过观察各试样的结构参数和试验结果可知，颜色偏浅的试样色牢度综合性能更为优异。

表5 试样在主成分下得分及排序

3 结论

通过SPSS软件，利用数学统计法中的主成分分析法对20块针织校服面料耐摩擦、耐洗、耐水、耐汗渍、耐光色牢度的试样变色和贴衬沾色进行测试并分析，依次得出汗渍型、摩擦型、洗涤型三个主成分。通过计算试样在主成分下的得分并排序，得出试样2#、试样6#、试样7#、试样8#、试样9#总体排序靠前，色牢度表现优异，可按需选择，并且通过试样2#、试样6#、试样7#、试样8#、试样9的蓝色系等级可知颜色偏浅的试样色牢度综合性能更为优异。