För att kvantifiera exakt hur kliande en ylletröja kan vara när den bärs direkt mot huden, eller hur mjuk en filt som är bred på din säng kan vara, Forskare från North Carolina State University utvecklade en metod för att mäta tygets grovhet med hjälp av 3D-bilder.

I journalen ACS tillämpade material och gränssnitt , forskare rapporterade om en serie experiment där de använde ett bildverktyg – röntgenmikro-datortomografi – för att ta 3D-bilder av tygets yta för att beräkna ytgeometrin, och mäta effekten på friktionen. Deras metod kan kvantifiera hud-textilgränssnitt i mikroskala utan att förstöra tyget.

"Vi behöver sätt att definitivt mäta friktion för att hjälpa textilindustrin att trimma tyger för att vara lämpliga för specifika applikationer, " sa studiens motsvarande författare Kavita Mathur, docent i textil och kläder, teknik och ledning vid NC State. "Vi har textilier för kläder, för idrottare, som bärs av patienter, och som går till inredning. Friktion kan vara var som helst – inte bara mot huden. I sista hand, vi tänker oss att använda denna metod för att säkerställa att tyger inte är för nötande för deras slutanvändning, om de är avsedda att hamna på en sjukhussäng där irritation kan leda till liggsår, eller på en idrottsman eller till möbler."

The Abstract satte sig ner med Mathur för att förstå hur 3D-bilder kan användas för att mäta friktion:

Sammanfattningen:Varför behöver du utveckla ett nytt sätt att mäta tygfriktion?

Mathur:Textilindustrin använder för närvarande tester som kräver ett instrument, speciellt en metallsond, som gnuggar fram och tillbaka mot en liten bit tyg för att ge en indikation på hur grovt eller slätt tyget är på mikronnivå. Metallsonden representerar varken våra hudegenskaper eller den faktiska interaktionen.

Min doktorand, Ruksana baby, arbetar på en friktionstestmetod som kan efterlikna människans hudreaktion på tyg vid olika förhållanden. Detta kommer att tillåta oss att undersöka hud-textil-interaktioner för olika applikationer som sportkläder, hälsovård och medicinska textilier, militära kläder, brandmans skyddskläder med mera.

TA:Hur tog du bilderna av tyg?

Mathur:Vi använde en datorenhet – ett nytt instrument i våra labb i Analytical Instrumentation Facility – för att ta en bild av ett tvärsnitt av tygets längd och djup. Så vi vet exakt, lager på lager, hur tyget var sammansatt. Det är oförstörande när det gäller att komma in i tyget. Detta berättar för oss tygets geometri från fibernivå till tygnivå.

Sedan lägger vi tyget mellan en konstgjord hudsimulant vid ett visst tryck för att trycka på alla fibrer, och det ger oss vad den verkliga kontaktytan är på ytan. Sedan tar vi bilden av den där mackan. Det utövade trycket vid kontaktgränssnittet kommer att ändra tygets ytgeometri, och det spelas in av instrumentet mycket exakt.

TA:Hur kan du använda en bild för att förstå friktionen i tyget?

Mathur:Bara genom att ändra tygstrukturen ensam, vi kan ändra friktionsinteraktionen med huden. Varför? Eftersom olika tygytor skapar olika interaktioner med vår hud. Eftersom vi inte kan se det med bara ögon, vi använde en datortomografi för att fånga tygbilder på ett oförstörande sätt så att vi kan se hur tygerna kommer i kontakt med huden, och undersök varför kontakten är annorlunda.

TA:Vilka egenskaper hos tyger skapar dess ytgeometri?

Mathur:Urvalet av fibrer och garn, såväl som tygets struktur, hjälpa till att trimma friktionsegenskapen hos textilier. Till exempel, du kommer att se att din bomulls-T-shirt känns annorlunda än ditt aktiva slitage, som vanligtvis är gjord av syntetiska fibrer.

I vissa applikationer, beroende på vilken typ av fiber som används, det kan vara korta fibrer som sticker ut från tygytan, känd som tyghårighet, vilket kan leda till hudirritation. Det här instrumentet kan berätta för oss hur mycket garnhårighet det är när det börjar röra vid kameran.

Tillsammans med fibrer, garn- och tygstrukturer bidrar också till ytgeometrin och skapar olika kontakt med huden. För att undersöka dessa aspekter, vi använder XRM-CT för att fånga hela tygdimensionerna, och kvantifiera kontaktgränssnittet mellan hud och tyg från bilderna, vilket kommer att leda oss att förutsäga friktion och nötningsförmåga hos tyger.

TA:I studien, du pratade om att tyg bara är en del av ekvationen för hur bekvämt tyg kan kännas – den andra delen är hud. Hur påverkar din hud hur slitande tyg kan kännas?

Mathur:Hudens egenskaper påverkar definitivt känslan av tygerna. Det finns inte två hudtyper som är exakt likadana. Det är därför vi tar fingeravtryck — för alla har en unik identifiering. Alla har en unik hudstruktur.

De andra faktorerna som också påverkar hudens komfort är fukthalten i huden och temperaturen. Till exempel, när huden är fuktig, tyget blir klibbigare – det fastnar på huden och ökar friktionen. När det gäller temperatur, om det är varmt eller kallt, hur kroppen reagerar på det är också olika.

I vår studie, vi tog hänsyn till olika testförhållanden samt testmiljöerna. Vi skulle vilja göra en mänsklig studie för att bekräfta resultaten från denna forskning i en verklig miljö vid olika luftfuktighet och tryck, och använd surrogathud för att efterlikna friska vuxna vävnader och svetttillstånd. Det som branschen använder just nu är friktion mot en metallyta. Vad vi behöver veta är:Vad är friktionen mot huden?