色牢度儀器評級(jí)法對不同紡織品的適用性

袁志磊, 張亞雯, 蔡佳仕(. 上海出入境檢驗(yàn)檢疫局, 上海 0035; . 東華大學(xué) 紡織學(xué)院, 上海 060)

色牢度儀器評級(jí)法對不同紡織品的適用性

袁志磊1, 張亞雯2, 蔡佳仕1
(1. 上海出入境檢驗(yàn)檢疫局, 上海 200135; 2. 東華大學(xué) 紡織學(xué)院, 上海 201620)

為了研究儀器評級(jí)法對不同類型紡織品的適用性，利用分光光度計(jì)、色差儀和數(shù)字圖像評級(jí)系統(tǒng)，在多種測試條件下對具有不同表面特征的織物進(jìn)行色牢度評定，并將評級(jí)結(jié)果與目光法評級(jí)結(jié)果進(jìn)行對比分析;其中測試條件包括色差公式、標(biāo)準(zhǔn)光源、幾何條件和視場角等，紡織品的類型有不平整織物、涂層織物、網(wǎng)眼織物、多色花型織物、絨毛織物、光澤織物。結(jié)果表明：織物色牢度受織物表面特征的影響較大；除個(gè)別顏色織物外，儀器評級(jí)法適用于大多數(shù)織物；不同的儀器適用于評定不同類型的織物；在使用儀器法評價(jià)織物色牢度等級(jí)時(shí)，應(yīng)綜合考慮織物的表面特征來選擇合適的測試儀器和條件；對于特殊織物的色牢度，應(yīng)將儀器評級(jí)法與目光評級(jí)法結(jié)合進(jìn)行綜合評價(jià)。

紡織品；色牢度；儀器評級(jí)；適用性

紡織品色牢度是指印染到織物上的顏色在加工和使用過程中對外界作用的抵抗力，是紡織品最基本、最重要的安全技術(shù)指標(biāo)之一[1]。傳統(tǒng)的色牢度評級(jí)方法一般是目光評級(jí)法，即通過人眼目測色牢度試驗(yàn)前后試樣的色差大小，并與標(biāo)準(zhǔn)灰卡進(jìn)行對比來評級(jí)，該方法操作起來比較簡單方便，但受檢測人員的主觀因素干擾較大，需要檢測人員具有一定的評級(jí)經(jīng)驗(yàn)，并定期進(jìn)行目光的比對。

目前在新修訂的色牢度試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)中，都將儀器評級(jí)方法作為色牢度評級(jí)方法的一種，儀器評級(jí)方法相對目光評級(jí)法更加客觀且精度高。儀器評級(jí)方法可分為分光光度法和數(shù)字圖像技術(shù)評級(jí)法，前者是通過測定顏色的光譜功率分布、顏色密度、色度坐標(biāo)、三刺激(RGB)值等對顏色進(jìn)行評級(jí)[2];后者是通過測定試樣圖像的RGB值，利用標(biāo)準(zhǔn)色卡校正得到試樣的標(biāo)準(zhǔn)色度值，以此來評價(jià)色牢度等級(jí)[3]。但對于一些具有特殊表面特征的織物，儀器評級(jí)與目光評級(jí)結(jié)果會(huì)存在較大差異，同時(shí)也會(huì)受到試驗(yàn)參數(shù)的影響，比如色差計(jì)算公式、光源、幾何條件和視場角等。因此，筆者使用3種具有代表性的測色儀，在不同的試驗(yàn)參數(shù)條件下，研究分析了儀器評級(jí)方法對6種具有不同表面特征織物的適用性。

1 試驗(yàn)儀器和測試條件

1.1 試驗(yàn)儀器

試驗(yàn)采用Digieye數(shù)碼影像評級(jí)系統(tǒng)、Color Eye 7000A型分光光度計(jì)和Hunter Labscan XE型色差儀來進(jìn)行。Digieye數(shù)碼影像評級(jí)系統(tǒng)通過高清數(shù)碼相機(jī)獲得試樣圖像，利用計(jì)算機(jī)軟件程序分析和測量圖像的RGB值，再通過標(biāo)準(zhǔn)色卡的CIE RGB顏色空間和CIE XYZ顏色空間之間的轉(zhuǎn)換模型，將測得的RGB值轉(zhuǎn)換成色度坐標(biāo)值，最后利用CIE DE2000色差公式計(jì)算出色差，并轉(zhuǎn)換為色牢度等級(jí)。Color Eye 7000A型分光光度計(jì)和Hunter Labscan XE型色差儀都是利用分光光度的原理，測試試樣反射的光譜功率分布，根據(jù)這些光譜測量數(shù)據(jù)計(jì)算得出在標(biāo)準(zhǔn)照明和標(biāo)準(zhǔn)觀察者條件下物體顏色的RGB值，根據(jù)CIE LAB公式計(jì)算出色差，并轉(zhuǎn)換為色牢度等級(jí)。儀器評級(jí)中主要包括以下4個(gè)方面的測試條件。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)光源

物體在不同的光源照射下會(huì)呈現(xiàn)不同的顏色，因此色牢度評級(jí)時(shí)需在同一穩(wěn)定、有效的光源下進(jìn)行。在紡織品儀器測色中，通常使用標(biāo)準(zhǔn)光源D65和A光源，CIE 光源A是相關(guān)色溫為2 856 K的充氣鎢絲燈模擬標(biāo)準(zhǔn)照明體A的人工光源，標(biāo)準(zhǔn)照明體D65是相關(guān)色溫大約為6 500 K的晝光[4]。

從色溫上看，標(biāo)準(zhǔn)A光源(2 856 K)的色溫要低于標(biāo)準(zhǔn)D65光源(6 500 K)，其在長波紅區(qū)部分的能量明顯高于短波藍(lán)紫區(qū)的，標(biāo)準(zhǔn)A光源光色整體偏黃[5]。在該試驗(yàn)中，Digieye數(shù)碼影像評級(jí)系統(tǒng)和Hunter Labscan XE型色差儀采用D65光源，Color Eye 7000A分光光度計(jì)采用D65光源和A光源兩種方式。

1.3 色差公式

目前，紡織品色牢度評級(jí)中常用的色差計(jì)算公式主要有CIE LAB和CIE DE2000。

1.3.1 CIE LAB色差公式

1976年，國際照明協(xié)會(huì)CIE推出了CIE LAB顏色空間及其色差公式。CIE LAB色差的計(jì)算公式如下[6]：

雖然CIELAB并非完全均勻的顏色空間，但容易根據(jù)坐標(biāo)空間上的位置找出相對應(yīng)的顏色。

1.3.2CIEDE2000色差公式

2000年，在CIELAB色差公式的基礎(chǔ)上，CIE技術(shù)委員會(huì)提出了CIEDE2000色差公式，如下：

式中：ΔE2000為色差；ΔL′為明度差；ΔC′為飽和度差；ΔH′為色調(diào)差；kL，kC，kH為根據(jù)實(shí)際情況許可明度、飽和度和色調(diào)的權(quán)重，對于紡織樣品，一般采用kL=1.5，kC=kH=1；SL，SC,SH分別是明度、飽和度和色調(diào)的權(quán)重函數(shù)；RT為交互項(xiàng)。

在該試驗(yàn)中,Color Eye 7000A型分光光度計(jì)和Hunter Labscan XE型色差儀采用CIE LAB色差公式，Digieye數(shù)碼影像評級(jí)系統(tǒng)采用CIE DE2000色差公式。

1.4 視場角

人眼在不同的視場角下觀察到的顏色會(huì)有一定的差異。在小視場(小于4°)的情況下，人眼辨別顏色差異的能力較低；視場角從2°增加到10°時(shí)，人眼對顏色匹配的精度和辨別差異的能力會(huì)提高；但視場角進(jìn)一步增大時(shí)，顏色匹配的精度提高并不大[7]。在紡織品的儀器測色中，通常采用2°或10°的視場角，如圖1所示。

圖1 2°和10°視場角示意圖Fig.1 Schematic diagram of 2° and 10° field angles

在該試驗(yàn)中分析了Digieye數(shù)碼影像評級(jí)系統(tǒng)分別在2°和10°視場角下的評級(jí)結(jié)果，及Color Eye 7000A型分光光度計(jì)和Hunter Labscan XE型色差儀在10°視場角下的評級(jí)結(jié)果。

1.5 幾何條件

幾何條件是指顏色測量儀器的照明光源和探測器與待測樣品之間的幾何關(guān)系[3]。紡織品儀器測色中常用的幾何條件有d/8，45/0，0/45等，如圖2所示。

d/8是指反射光束軸線與試樣中心法線成8°，在接收光束軸線5°內(nèi)的所有方向上，采樣孔徑反射的輻射是均勻的[8]，d表示漫反射 。

45/0是指照明光束的軸線與樣品表面法線成45°±2°，觀測方向和樣品表面法線的夾角不超過10°，照明光束軸線與任一光線之間的夾角不超過8°[9]。

0/45是指照明光束的軸線與樣品表面法線間的夾角不超過10°，在與法線成45°±2°的角度下觀察樣品，照明光束的軸線與任一光線之間的夾角不超過8°。

該試驗(yàn)中，Color Eye 7000A型分光光度計(jì)的幾何條件為d/8，Digieye數(shù)碼影像評級(jí)系統(tǒng)的幾何條件為d/8和45/0，Hunter Labscan XE型色差儀的幾何條件為0/45。

圖2 3種幾何條件示意圖Fig.2 Schematic diagram of three kinds of geometrical conditions

2 試驗(yàn)方法

2.1 試樣

選取通過色牢度試驗(yàn)的試樣和原樣，包括表面不平整、涂層、網(wǎng)眼、多色花型、絨毛和光澤6種不同織物，每種類型織物有5塊不同的試樣。

2.2 測試標(biāo)準(zhǔn)

分光光度法參照FZ/T 01023-1993《貼襯織物沾色程度的儀器評級(jí)方法》和FZ/T 01024-1993《試樣變色程度的儀器評級(jí)方法》，數(shù)碼影像評級(jí)法參照ISO 105-A11：2012DeterminationofColorFastnessGradesbyDigitalImagingTechniques[10-12]。

2.3 數(shù)據(jù)處理方法

根據(jù)下式計(jì)算在不同的試驗(yàn)條件下，儀器評級(jí)結(jié)果相對于目光評級(jí)結(jié)果的均方根誤差:

式中：XRMSE為均方根誤差,XRMSE越小，表明儀器評級(jí)結(jié)果與目光評級(jí)結(jié)果一致性越好；Xi，Yi分別為第i個(gè)試樣的儀器評級(jí)和目光評級(jí)級(jí)數(shù)；n為試樣的個(gè)數(shù)。

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 不平整織物

試驗(yàn)所用5塊具有凹凸效果的不平整織物分別為：墨綠色燈芯絨織物、黃褐色凸條紋針織物、灰色提花針織物、黑白條針織物和藏青色條紋機(jī)織物,依次編號(hào)為試樣1～5。其纖維成分分別為：100%棉(質(zhì)量分?jǐn)?shù),下同)、65%滌綸/35%棉、100%錦綸、60%滌綸/40%錦綸、99%棉/1%氨綸。在不同的測試條件下，這5塊不平整織物通過儀器及目光評定的色牢度評級(jí)結(jié)果如表1所示。

由表1可以看出：在測試不平整織物時(shí)，D65光源與目光的評級(jí)結(jié)果的一致性較好，使用CIE DE2000色差公式計(jì)算得到的色牢度結(jié)果較使用CIE LAB色差公式計(jì)算得到的更接近目光評級(jí)結(jié)果；數(shù)碼影像評級(jí)系統(tǒng)在d/8和45/0幾何條件下的試驗(yàn)結(jié)果均接近目光評級(jí)結(jié)果，當(dāng)幾何條件為d/8時(shí)，10°視場角比2°更為準(zhǔn)確，當(dāng)幾何條件為45/0時(shí)，10°和2°視場角的結(jié)果均較接近目光評級(jí)結(jié)果。因此，該試驗(yàn)中的不平整織物可采用數(shù)碼影像系統(tǒng)評級(jí)，宜選用D65標(biāo)準(zhǔn)光源、45/0幾何條件和10°視場角的測試條件。

表1 不平整織物的色牢度評級(jí)結(jié)果Tab.1 Rating results of color fastness of uneven fabrics 級(jí)

3.2 涂層織物

試驗(yàn)所用5塊涂層織物的顏色分別為：黃白色、深藍(lán)色、金黃色、米黃色和棗紅色,依次編號(hào)為試樣6～10。這些織物的纖維成分分別為：75%棉/25%滌綸、80%滌綸/20%棉、滌綸、75%棉/25%滌綸、滌綸。這5塊不同顏色的涂層織物通過儀器及目光評定的色牢度評級(jí)結(jié)果如表2所示。

由表2可以看出：3號(hào)金黃色涂層試樣的3個(gè)儀器評級(jí)結(jié)果分別為4.5，4.5，4級(jí)，目光評價(jià)結(jié)果為2級(jí)，兩種評級(jí)方法得到的結(jié)果差異較大；1，2，5號(hào)試樣的顏色分別為黃白色、深藍(lán)色、棗紅色，這3塊涂層織物的儀器評級(jí)結(jié)果與目光評級(jí)的差異在半級(jí)以內(nèi)；4號(hào)米黃色試樣由于變色不均勻，受到分光光度計(jì)測試孔徑大小的限制，只能測試較小的部分區(qū)域，得到的結(jié)果偏小，與目光評級(jí)之間存在1級(jí)的差異。從該試驗(yàn)結(jié)果來看，儀器評級(jí)不適合評價(jià)黃色涂層試樣的色牢度等級(jí)，對試驗(yàn)所用的另外幾種顏色可行。

表2 不同顏色涂層織物的色牢度評級(jí)結(jié)果Tab.2 Rating results of color fastness of coating fabrics with different colors 級(jí)

3.3 網(wǎng)眼織物

試驗(yàn)所用5塊網(wǎng)眼織物分別為：橘黃色提花網(wǎng)眼織物、淡綠色針織物、綠色提花網(wǎng)眼織物、橙黃色緯編針織物和粉色菱形網(wǎng)眼織物,依次編號(hào)為試樣11～15。這些織物的纖維成分分別為：70%錦綸/30%氨綸、50%聚酯/49%粘膠/1%氨綸、80%滌綸/20%棉、87%粘纖/11%錦綸/2%氨綸、錦綸。這5塊不同顏色、網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)織物通過儀器及目光評定的色牢度評級(jí)結(jié)果如表3所示。

由表3可以得出：測試網(wǎng)眼織物的色牢度等級(jí)時(shí)，數(shù)碼影像測試系統(tǒng)的評級(jí)結(jié)果較符合目光評級(jí)結(jié)果，且在不同的幾何條件和視場下，與目光評價(jià)結(jié)果的一致性較好；分光光度計(jì)評級(jí)結(jié)果與目光評級(jí)結(jié)果之間存在半級(jí)以上的差異。這主要是因?yàn)槔蒙顑x評級(jí)時(shí)，由于存在網(wǎng)眼，儀器中試樣夾持部件的顏色會(huì)對試樣的顏色測量產(chǎn)生影響。而數(shù)碼影像系統(tǒng)采用的底板背景色為灰色，且可對試樣圖像上的測量部位進(jìn)行選擇，不受背景顏色的影響。因此，從該試驗(yàn)結(jié)果來看，網(wǎng)眼織物適合采用數(shù)碼影像評級(jí)系統(tǒng)來進(jìn)行色牢度評定，且在不同的幾何條件和視場角下的試驗(yàn)結(jié)果與目光評級(jí)結(jié)果的一致性均較好。

表3 不同網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)織物的色牢度評級(jí)結(jié)果Tab.3 Rating results of color fastness of different mesh fabrics 級(jí)

3.4 多色花型織物

試驗(yàn)所用5塊多色花型織物分別為：黃藍(lán)花卉印花平紋織物、花灰針織物、藍(lán)白條紋機(jī)織物、紫黑針織物和紅白針織物,依次編號(hào)為試樣16～20。這些織物的纖維成分分別為：54%棉/22%滌綸/22%粘膠/2%氨綸、80%粘膠/20%滌綸、60%棉/40%莫代爾、70%尼龍/30%氨綸、80%滌綸/20%棉。這5種多色花型的織物試樣通過儀器及目光評定的色牢度評級(jí)結(jié)果如表4所示。

由表4可以看出：在測試不規(guī)則花型試樣的色牢度時(shí)，數(shù)碼影像評級(jí)系統(tǒng)在d/8和45/0幾何條件下的試驗(yàn)結(jié)果與目光評級(jí)結(jié)果的一致性較好。分光光度計(jì)由于受到測試孔徑大小的限制，僅能對大于測試孔面積的顏色進(jìn)行測量，而對于復(fù)雜花型、細(xì)條等較小部位的顏色變化難以通過測試孔來測量。因此，從該試驗(yàn)結(jié)果來看，多色花型織物適合采用數(shù)碼影像評級(jí)系統(tǒng)來評價(jià)色牢度等級(jí)，且不同幾何條件和視場角對評級(jí)結(jié)果的影響較小。

表4 多色花型織物的色牢度評級(jí)結(jié)果Tab.4 Rating results of color fastness of multicolor pattern fabrics 級(jí)

3.5 絨毛織物

試驗(yàn)所用的5塊絨毛織物試樣分別為：黑色長絨毛織物、白色仿羊羔毛織物、墨灰色搖粒絨織物、土黃色單面絨織物和青色搖粒絨織物,依次編號(hào)為試樣21～25。這些織物的纖維成分分別為：85%腈綸/15%羊毛、滌綸、50%棉/50%滌綸、滌綸、70%腈綸/30%滌綸。這5塊絨毛織物試樣通過儀器及目光評定的色牢度評級(jí)結(jié)果如表5所示。

由表5可以看出：數(shù)碼影像評級(jí)系統(tǒng)在d/8幾何條件下的色牢度評級(jí)結(jié)果較符合目光評級(jí)結(jié)果。分光光度計(jì)測試的試驗(yàn)結(jié)果與目光評級(jí)結(jié)果存在一定的差異，主要是因?yàn)榉止夤舛扔?jì)是直接接觸試樣，儀器的夾持部分對試樣表面的絨毛產(chǎn)生壓迫，一定程度上改變了試樣的表面形態(tài)。因此，該試驗(yàn)所用的絨毛織物更適合在d/8，D65/10°測試條件下，使用數(shù)碼影像評級(jí)系統(tǒng)來進(jìn)行色牢度評級(jí)。

3.6 光澤織物

試驗(yàn)所用的5塊光澤織物試樣分別為：白底黑點(diǎn)平紋織物、金黃色斜紋織物、粉底黑點(diǎn)平紋織物、綠色平紋織物和黑色斜紋織物，依次編號(hào)為試樣26～30。這些織物的纖維成分分別為：75%滌綸/25%棉、桑蠶絲、75%聚酯/25%棉、錦綸、92%桑蠶絲/8%氨綸。這5塊光澤織物通過儀器及目光評定的色牢度評級(jí)結(jié)果如表6所示。

表5 絨毛織物的評級(jí)結(jié)果Tab.5 Rating results of color fastness of nap fabrics 級(jí)

由表6可以看出：幾何條件為d/8的數(shù)碼影像測試系統(tǒng)和分光光度計(jì)得到的評級(jí)結(jié)果與目光評級(jí)結(jié)果較一致；幾何條件為0/45的色差儀和幾何條件為45/0的數(shù)碼影像系統(tǒng)的評級(jí)結(jié)果與目光評級(jí)結(jié)果之間存在半級(jí)以上的差異。測試光澤度較高的試樣時(shí)，幾何條件的不同會(huì)導(dǎo)致探測器接收光通量的差異，進(jìn)而導(dǎo)致其反射因數(shù)產(chǎn)生較大的差異，不同的幾何條件對試驗(yàn)結(jié)果的影響較大。因此，對于光澤度較好的織物，宜采用幾何條件為d/8的數(shù)碼影像測試系統(tǒng)和分光光度計(jì)來進(jìn)行色牢度評定。

表6 光澤織物的色牢度評級(jí)結(jié)果Tab.6 Rating results of color fastness of shiny fabrics 級(jí)

4 結(jié)論

通過對不同表面特征織物的色牢度試驗(yàn)分析，可以得出以下結(jié)論。

(1) 不同儀器和測試條件的色牢度測試結(jié)果受織物表面特征的影響較大。

(2) 除個(gè)別顏色外(如黃色)，儀器評級(jí)法適用于大多數(shù)紡織品的色牢度測定。

(3) 不同的儀器評級(jí)適用于不同類型的織物，如該試驗(yàn)中的網(wǎng)眼織物、多色花型織物及絨毛織物更適合采用數(shù)碼影像評級(jí)系統(tǒng)進(jìn)行色牢度評級(jí)。

(4) 在測定光澤織物和絨毛織物的色牢度時(shí)，宜選用d/8幾何條件。

(5) 在用儀器法評價(jià)紡織品色牢度等級(jí)時(shí)，應(yīng)綜合考慮織物的表面特征，選擇合適的測試儀器和條件。對于特殊織物，應(yīng)與目光評級(jí)法結(jié)合進(jìn)行綜合評價(jià)。對各種表面特征織物的適用儀器和測試條件，有必要進(jìn)行深入研究。

[1] 張紅霞.紡織品檢測實(shí)務(wù)[M].北京:中國紡織出版社,2007:82.

[2] 周煒,鐘蕾,李衛(wèi)東,等.色牢度目測評級(jí)與儀器評級(jí)的相關(guān)性[J].上海紡織科技,2013,41(5):4-5.

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[4] GB/T 3978-2008 標(biāo)準(zhǔn)照明體和幾何條件[S].

[5] 杜紅梅.D65光源和A光源對翡翠(綠色)質(zhì)量評價(jià)的影響[D].北京:中國地質(zhì)大學(xué),2010:44.

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[10] FZ/T 01023-1993 貼襯織物沾色程度的儀器評級(jí)方法[S].

[11] FZ/T 01024-1993 試樣變色程度的儀器評級(jí)方法[S].

[12] ISO 105-A11:2012 Determination of color fastness grades by digital imaging techniques[S].

Applicability of Instrument Rating Methods for Color Fastness on Different Types of Textiles

YUAN Zhi-lei1, ZHANG Ya-wen2, CAI Jia-shi1
(1. Shanghai Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau, Shanghai 200135, China;2. College of Textile, Donghua University, Shanghai 201620, China)

In order to study the applicability of instrument rating methods on different types of fabrics, the spectrophotometer, colorimeter and digital image grading system were used to evaluate the color fastness of textiles with different surface characteristic in different conditions. The rating results of instruments were compared with the visual rating results. The testing conditions included color-different formulas, standard illuminants, geometric conditions, field angles and so on. The types of fabrics included uneven fabrics, coating fabrics, mesh fabrics, multicolor pattern fabrics, nap fabrics and shiny fabrics. The results show that: the color fastness of fabrics was greatly affected by the surface characteristic of fabrics; instrument rating methods were suitable for most textiles except individual textiles in some colors; different instruments were suitable to evaluate different types of fabrics; the surface characteristic of fabrics should be taken into account comprehensively when choosing suitable testing instruments and conditions to evaluate the color fastness of textiles; for the color fastness of special fabrics, instrumental methods should be combined with visual assessment to evaluate comprehensively.

textile; color fastness; instrument rating; applicability

2016-04-05

袁志磊(1980-)，男，高級(jí)工程師，主要從事紡織品物理安全性和功能性檢測技術(shù)研究。

張亞雯(1987-)，女，碩士，主要從事紡織檢測與標(biāo)準(zhǔn)工作，yawenzhang0722@163.com。

10.11973/lhjy-wl201703006

TS1

A

1001-4012(2017)03-0172-06