原液著色渦流紗與不同捻系數(shù)環(huán)錠紗的顏色匹配

金佳冰， 盧雨正， 傅佳佳， 郭明瑞， 張 鑫

(江南大學(xué) 生態(tài)紡織教育部重點實驗室，江蘇 無錫 214122)

隨著社會的發(fā)展，人們對生活質(zhì)量的要求不斷提高，紡織品多變的款式與豐富的色彩為人們提供了更多的選擇機會。然而，紡織印染生產(chǎn)過程污水排放量極大，其廢水具有難脫色、水質(zhì)呈堿性、有機物濃度高等特點，污水處理極其困難。許多企業(yè)為了減少成本，往往污水處理不到位，這樣嚴(yán)重污染生活環(huán)境，并對生態(tài)環(huán)境造成極大的破壞。原液著色技術(shù)是通過在紡絲液中加入一定量色母粒[1]，使得紡出的長絲具有一定的顏色，且其紡織品具有染色均勻性好、色牢度好等優(yōu)勢。原液著色技術(shù)與傳統(tǒng)的紡織印染技術(shù)相比，免去了后道染色工序，有利于環(huán)境保護，符合紡織行業(yè)綠色發(fā)展的要求。

環(huán)錠紡紗距今已有近200年的歷史，其工藝相對成熟，紗線質(zhì)量穩(wěn)定，適應(yīng)產(chǎn)品范圍廣，在目前的紡織生產(chǎn)中占主導(dǎo)地位[2]。渦流紡屬于新型紡紗中的一類，其特點是紡紗速度快，紗線結(jié)構(gòu)緊密，條干均勻度好，斷裂強度高，毛羽少[3-5]。不同紡紗方式下紗線及織物的顏色存在一定差異，為此國內(nèi)外科研人員展開相關(guān)研究。楊文芳等[6]研究了捻度與黏膠紗顏色變化的關(guān)系；陳美玉[7]從不同角度分析加捻程度對原液著色滌綸紗線顏色的影響；ORTLEK H G等[8]探討有無添加金屬絲的環(huán)錠紡、賽絡(luò)紡和緊密包芯紗針織物的顏色和白度的差異。文中從織物顏色的反射率，L,a,b,c,h色度參數(shù)，色差等方面對渦流紗與不同捻系數(shù)環(huán)錠紗顏色的對比與匹配進行探究，以期為解決市場上紗線色差問題提供思路。

1 材料與方法

1.1 原料與儀器

1.1.1原料 藍(lán)色原液著色滌綸纖維、渦流紡紗線(紗線密度均為36.90 tex)與熟條,吳江京奕特種纖維有限公司生產(chǎn)。

1.1.2儀器 VORTEX III 870型渦流紡紗機，日本村田株式會社制造；THC 2015型粗紗機，常州同和紡織機械制造有限公司制造；CCZ-X多功能細(xì)紗機，無錫恒久電器技術(shù)有限公司制造；GSJX-1-44-14G型針織橫機，常熟國盛針織機械廠制造；Datacolor 650型測色儀，美國德塔公司制造；VHX-5000超景深三維數(shù)碼顯微鏡，基恩士(中國)有限公司制造；HD026N型電子織物強力機，南通宏大實驗儀器有限公司制造。

1.2 紡紗方法

1.2.1環(huán)錠紡 工藝流程：清花→梳棉→并條→熟條→粗紗→細(xì)紗。粗紗、細(xì)紗工藝參數(shù)分別見表1和表2。

表1 粗紗工藝參數(shù)

表2 細(xì)紗工藝參數(shù)

1.2.2渦流紡 工藝流程：清花→梳棉→并條→熟條→渦流紡→筒紗。渦流紡工藝參數(shù)見表3。

表3 渦流紡工藝參數(shù)

1.3 織造方法

采用針織橫機將渦流紗與不同捻系數(shù)的環(huán)錠紗織成1+1羅紋織物，幅寬為112 cm，橫機自停前最多編織3 000 次。

1.4 織物顏色的測量

將織好的小樣對折2次，在確保不透光的情況下，選取30 mm孔徑、D65光源，在10°視角下[9]用測色儀分別對小樣正反面的不同位置進行測色，測量4次，取平均值。從10 nm波長起，每隔360～700 nm記錄樣品的反射率，L，a，b值和CMC(2∶1)色差值。

1.5 紗線縱向圖像的拍攝

采用超景深三維數(shù)碼顯微鏡拍攝不同捻系數(shù)的環(huán)錠紗和渦流紗的縱向圖像。

1.6 織物頂破強力的測試

將渦流紡與環(huán)錠紡織物剪裁成5 cm×5 cm的樣品，進行頂破強力測試。

2 結(jié)果與討論

由于紗線很細(xì)，Datacolor孔徑大，不方便直接測量顏色，因此通常采用搖黑板機直接將細(xì)紗繞在硬紙板上的方法(制得的紗線板必須是排列均勻、不透光，利于測色)，或是將紗線制成織物。文中采用針織橫機織造緯編基本組織。環(huán)錠紗存在一定的捻度，而渦流紗屬于包纏紗，沒有捻度。有捻度的紗線選用平針組織進行織造后，織物具有線圈歪斜的特性，這會導(dǎo)致兩種紗線織成布樣的布面反射光有差異，不具備可比性；羅紋組織是由正面線圈縱行和反面線圈縱行以一定的組合相間配制而成，在自然狀態(tài)下，織物的兩面都是正面，因此不存在線圈歪斜的情況，所以文中選用簡單的1+1羅紋組織。

自然界所有的顏色都可以用明度、色相、飽和度加以描述，這是顏色的3個屬性。明度表示顏色的明亮程度，色相表示色彩相貌的差異，飽和度表示顏色的鮮艷程度。在CIE1976L*a*b*均勻顏色空間中，L*為明度；a*為紅綠坐標(biāo)，a*的正方向為紅，a*負(fù)方向為綠；b*為黃藍(lán)坐標(biāo)，b*的正方向為黃，b*的負(fù)方向為藍(lán)，具體如圖1所示[10]。L*a*b*的三維直角坐標(biāo)也可以轉(zhuǎn)換成柱坐標(biāo)L*(明度)、C*(飽和度)、h*(色相角)。

圖1 CIE1976L*a*b*表色系統(tǒng)示意圖Fig.1 Schematic diagram of CIE1976L*a*b* table color system

但是，實際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)在CIE1976L*a*b*顏色空間下，通過計算機計算的色差與視覺之間的相關(guān)性并不好，于是產(chǎn)生了CMC(2∶1)色差式。CMC(2∶1)色差式是在CIE1976L*a*b*色差式的基礎(chǔ)上建立起來的，是目前與視覺相關(guān)性較好的色差式[11]。

以渦流紗作為標(biāo)準(zhǔn)樣，對渦流紗織物的L，a，b，C，h進行統(tǒng)計，具體見表4。渦流紗與不同捻系數(shù)環(huán)錠紗織物的L，a，b差值見表5。

表4 渦流紗的L，a，b，C，h值

表5 渦流紗與不同捻系數(shù)環(huán)錠紗的L，a，b差值

Tab.5 Difference ofL,aandbbetween vortex yarns and ring spun yarns with different twist coefficients

環(huán)錠紗捻系數(shù)ΔLΔaΔb2802.25-0.12-0.423201.760.03-0.543600.870.32-0.414000.320.26-0.58440-0.130.30-0.59

2.1 渦流紗與不同捻系數(shù)環(huán)錠紗織物的反射率曲線

渦流紗與不同捻系數(shù)環(huán)錠紗織物的反射率曲線如圖2所示。由圖2可以看出，隨著環(huán)錠紡捻系數(shù)的增大，其反射率逐漸減小，但曲線形狀無太大變化，表明顏色色相與飽和度變化較??；圖2中渦流紗的顏色反射率介于捻系數(shù)400～440的環(huán)錠紗之間，當(dāng)捻系數(shù)達(dá)到440時，環(huán)錠紗織物的反射率低于渦流紗的，說明此時渦流紗的顏色比環(huán)錠紗的顏色淺，由此推測在400～440范圍內(nèi)存在某一個捻系數(shù)，使得此捻系數(shù)下環(huán)錠紗顏色接近于渦流紗。另外，根據(jù)圖2中不同捻系數(shù)環(huán)錠紗織物的反射率曲線可以推測，隨著捻系數(shù)的增加，環(huán)錠紗的顏色反射率依舊逐漸降低，環(huán)錠紗與渦流紗的色差逐漸增大。

圖2 渦流紗與不同捻系數(shù)環(huán)錠紗的反射率曲線Fig.2 Reflectivity curves of vortex yarn and ring spun yarn with different twist coefficients

2.2 渦流紗與不同捻系數(shù)環(huán)錠紗織物的L, a, b差值

渦流紗與不同捻系數(shù)環(huán)錠紗織物的L,a,b差值如圖3～圖5所示。通過Origin軟件對散點進行直線擬合，得出一條直線，這條直線可以反映出渦流紗與不同捻系數(shù)環(huán)錠紗織物L(fēng),a,b差值的趨勢。L表示顏色的明度，范圍是0～100；a表示顏色的紅綠值，分為256級，0～128級為紅，128級為正紅，-128～0級為綠，-128級為正綠；b表示顏色的黃藍(lán)值，分為256級，0～128級為黃，128級為正黃，-128～0級為藍(lán)，-128級為正藍(lán)。由圖3可以看出，渦流紗與不同捻系數(shù)環(huán)錠紗的ΔL是遞減的，說明隨著捻系數(shù)的增加，環(huán)錠紗的L值是遞減的，即明度下降。這與反射率規(guī)律一致，顏色對光的反射率可以間接體現(xiàn)在顏色的L值上。由圖4可以看出，渦流紗與不同捻系數(shù)環(huán)錠紗的Δa是遞增的，說明隨著捻系數(shù)的增大，環(huán)錠紗的a值遞增，由于a值為正，表明紅光增加；渦流紗與不同捻系數(shù)環(huán)錠紗的Δb是遞增的，說明隨著捻系數(shù)的增大，環(huán)錠紗的b值遞增，由于b值為正，表明黃光增加。

圖3 渦流紗與不同捻系數(shù)環(huán)錠紗的ΔLFig.3 ΔL between vortex yarn and ring spun yarn with different twist coefficients

圖4 渦流紗與不同捻系數(shù)環(huán)錠紗的ΔaFig.4 Δa between vortex yarns and ring spun yarns with different twist coefficients

圖5 渦流紗與不同捻系數(shù)環(huán)錠紗的ΔbFig.5 Δb between vortex yarns and ring spun yarns with different twist coefficients

2.3 渦流紗與不同捻系數(shù)環(huán)錠紗之間的色差對比

渦流紗與不同捻系數(shù)環(huán)錠紗之間的色差對比如圖6所示。渦流紗與捻系數(shù)為440的環(huán)錠紗的色差最小，為0.44，對比反射率曲線，此捻系數(shù)下環(huán)錠紗的反射率低于渦流紗且最為接近。色差與顏色區(qū)分度的比較見表6。由表6可以看出，渦流紗與捻系數(shù)為440的環(huán)錠紗的色差在0.2～0.6之間，對于顏色的區(qū)分度有一點差異，但基本上會被客戶所接受，說明捻系數(shù)在400～440范圍內(nèi)環(huán)錠紗的顏色和渦流紗是可以匹配的。

圖6 渦流紗與不同捻系數(shù)環(huán)錠紗的色差對比Fig.6 Color contrast of vortex yarns and ring spun yarns with different twist coefficients

Tab.6 Comparisons of the color discrimination with different values of chromation

色差數(shù)值顏色區(qū)分度<0.2人的眼睛無法區(qū)分顏色的變化0.2～0.6二者有一點差異0.6～1.2兩個顏色之間的差異可能被接受1.2～2.1感覺顏色之間的差異非常明顯>2.1兩個顏色完全不對色

紗線表面結(jié)構(gòu)可能是導(dǎo)致兩種紗線產(chǎn)生色差的主要原因。渦流紡與環(huán)錠紡成紗機理不同，紗線表面的排列方向也不同，渦流紗與不同捻系數(shù)的環(huán)錠紗顯微圖像及捻回角如圖7和圖8所示。

圖7 渦流紗與不同捻系數(shù)的環(huán)錠紗顯微鏡圖像Fig.7 Microscopic images of vortex yarns and ring spun yarns with different twist coefficients

圖8 不同捻系數(shù)環(huán)錠紗捻回角Fig.8 Twist angles of ring spun yarns with different twist coefficients

由圖7和圖8可以看出，隨著環(huán)錠紗捻系數(shù)的增大，紗線的捻回角明顯加大，即β1<β2<β3<β4<β5，環(huán)錠紗的表面結(jié)構(gòu)變得更加緊密，其纖維呈螺旋形排列，排列整齊，表面相對光潔。在紗線的光照模型中，根據(jù)視覺原理，柱狀物體的中部明顯亮于邊緣部位，即整個亮度值是由頂端向兩邊遞減，遞減的幅度一般是按照余弦規(guī)律變化[12]。就環(huán)錠紗而言，由于捻度的存在，亮度除了從紗線頂端向兩邊遞減，還從表層凸起的每根纖維的頂端向兩邊遞減，捻回角β的增大會導(dǎo)致同等長度紗線暗部區(qū)域增多，從而降低紗線顏色的明度與飽和度。渦流紡紗線為雙層結(jié)構(gòu)，包括芯纖維和包纏纖維，芯纖維是平行排列的，在旋轉(zhuǎn)氣流的作用下，末端纖維包覆纏繞于芯纖維外形成包纏纖維[13]，屬于包纏紗線。與環(huán)錠紗相比，渦流紡紗線排列錯亂，表面相對粗糙，纖維的亮度變化較為雜亂，光線照射到紗線表面鏡面反射少，漫反射多。當(dāng)環(huán)錠紗捻回角介于β4和β5之間時，環(huán)錠紗與渦流紗明暗部區(qū)域面積近似相等，導(dǎo)致其顏色接近。

2.4 渦流紡織物與環(huán)錠紡織物的頂破強力對比

渦流紡織物與不同捻系數(shù)環(huán)錠紡織物的頂破強力如圖9所示。由圖9可以看出，渦流紡織物與這5種捻系數(shù)環(huán)錠紡織物的頂破強力在1 010 N上下浮動，表明在針織物試樣顏色接近的情況下，其基本的力學(xué)性能也接近。因此，在保證織物力學(xué)性能的前提下，可以實現(xiàn)渦流紗與環(huán)錠紗顏色的匹配，這樣在實際的生產(chǎn)應(yīng)用中更具有參考價值。

圖9 渦流紡織物與環(huán)錠紡織物的頂破強力Fig.9 Bursting strength of vortex and ring spun fabrics

3 結(jié) 語

1) 隨著捻系數(shù)的增大，環(huán)錠紗顏色的反射率逐漸減小，直至捻系數(shù)增加到440，環(huán)錠紗顏色的反射率低于渦流紗，此時渦流紗較環(huán)錠紗顏色更淺。

2) 環(huán)錠紗的L值隨著環(huán)錠紗捻系數(shù)的增加而下降，并且達(dá)到440時，明度值開始小于渦流紗；環(huán)錠紗的a值(a>0)隨捻系數(shù)的增加而增大，說明反射光的綠光相對減少；環(huán)錠紗的b值(b>0)隨捻系數(shù)的增加也增大，說明反射光的藍(lán)光相對減少。因為這次選用的是藍(lán)色的原液著色纖維，這種規(guī)律是否隨著顏色的不同而改變，需要后續(xù)的實驗進行探究。

3) 渦流紗之所以與環(huán)錠紗有色差，其主要原因是成紗方式的不同導(dǎo)致紗線表面結(jié)構(gòu)的差異。作為有一定捻度的環(huán)錠紗，其表面纖維傾斜程度較為均勻整齊，按光照模型的理論，捻度會影響紗線表面纖維的排列程度，進而明暗部區(qū)域影響紗線的顏色，實驗結(jié)果也驗證了理論的正確性；作為包纏的渦流紗表面排列無序，這會影響光在紗線表面的反射、透射等，從而導(dǎo)致兩種紗線的色差。

4) 在顏色接近的情況下，渦流紗與環(huán)錠紗織物的力學(xué)性能沒有較大的差別。