多通道轉(zhuǎn)杯紡羊毛混色織物的Friele模型

楊瑞華， 王卓， 鄧茜茜， 徐亞亞

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

為滿足市場發(fā)展需求，現(xiàn)代紡織技術(shù)不斷革新，大量新型紡紗技術(shù)應(yīng)運而生，紗線形式呈現(xiàn)出多樣化趨勢。在各種新型紗線中，色紡紗線因其獨特的外觀、豐富的色彩，加之其生產(chǎn)方法，符合人們追求環(huán)保、個性時尚的消費理念，深受消費者青睞[1-2]。傳統(tǒng)混色紡紗的生產(chǎn)是先在前紡工序?qū)τ猩w維進行均勻混合，然后再紡制成紗；三通道轉(zhuǎn)杯紡紗技術(shù)是將轉(zhuǎn)杯紡與復(fù)合紡紗相結(jié)合，把不同顏色的粗紗條同時喂入轉(zhuǎn)杯紡紗系統(tǒng)，并均勻混合，一步成紗，不僅縮短了色紗生產(chǎn)流程，還可小批量、多品種生產(chǎn)，快速應(yīng)對市場需求[3]。轉(zhuǎn)杯紡作為一種新的紡紗方式，因其流程短、產(chǎn)量高、纖維適應(yīng)性廣，可循環(huán)利用廢棄的羊毛制品或下腳料，在毛紡領(lǐng)域具有很好的發(fā)展前景[4-5]。為將三通道轉(zhuǎn)杯紡紗技術(shù)引入毛色紡產(chǎn)品的生產(chǎn)，文中以有色毛纖維為原料，利用三通道轉(zhuǎn)杯紡紗機生產(chǎn)羊毛混色紗線，并研究混色織物的混色規(guī)律，為未來三通道轉(zhuǎn)杯毛紡產(chǎn)品在計算機測配色方向的發(fā)展提供理論依據(jù)。

計算機測配色技術(shù)以配色模型理論為依據(jù)，對來樣進行輔助配色，從而解決工廠配色難、效率低等困難。目前，常用的纖維混色配色模型主要有Kubelka-Munk雙常數(shù)模型[6-7]、Stearns-Noechel模型[8-9]以及Friele模型[10-11]，其中Friele模型是唯一在光學(xué)理論基礎(chǔ)上針對色纖維混合特征而提出的配色模型。文中利用Friele模型分別對三通道轉(zhuǎn)杯羊毛混色針織物及梭織物的混色規(guī)律進行探究，并分析Friele模型是否適用于三通道轉(zhuǎn)杯毛紡混色織物的測配色。

1 材料與方法

1.1 原料與儀器

1.1.1原料 紅、黃、藍(lán)純色羊毛粗紗，浙江蘭寶毛紡集團有限公司生產(chǎn)。

1.1.2儀器 Datacolor 650分光光度儀，美國 Data-color公司制造。

1.2 實驗方法

1.2.1紡紗方法 利用多通道轉(zhuǎn)杯紡紗機混與紡一體式的獨特紡紗方法，將紅、黃、藍(lán)3色羊毛粗紗同時喂入由獨立伺服電機控制的給棉羅拉中，通過給棉羅拉的給棉速度控制纖維混色比例，并在轉(zhuǎn)杯紡紗機獨有的分梳輥及轉(zhuǎn)杯裝置的高速運轉(zhuǎn)下，將喂入的不同顏色的粗紗條進行分梳及均勻混合，紡制出一定比例混合均勻的混色紗線[12]。

1.2.2樣品制備 紡制了紅、黃、藍(lán)3種純色紗，并以質(zhì)量比為10%的變化梯度將3種顏色兩兩混合紡制混色紗，共30個紗樣，分別織成緯編針織平紋織物和梭織斜紋織物，用于求解不同織物結(jié)構(gòu)下的最佳參數(shù)σ值。其中紗線線密度為44.85 tex，緯編針織平紋織物的線圈密度為108 個/cm2，梭織斜紋織物的經(jīng)密為306 根/dm、緯密為192 根/dm。利用紅、黃兩色纖維混合制成的不同比例混色針織物及梭織物分別如圖1和圖2所示。由圖1和圖2可以看出，利用相同紗線不同織造形式織出的織物在顏色及視覺效果上稍有不同，針織物有較明顯的色斑效果，而梭織物由于經(jīng)緯紗交織，弱化了色斑，在縱向上呈條紋效應(yīng)。

圖1 不同混色比例針織物Fig.1 Knitted fabrics of different color blending ratios

圖2 不同混色比例梭織物Fig.2 Woven fabrics of different color blending ratios

1.2.3測試方法 織物樣本采用分光光度儀測量其各波長下的光譜反射率。測量環(huán)境為：D65標(biāo)準(zhǔn)光源，10°視場，30 mm大孔徑。為減少測量誤差，測量時保證樣本不透光，每個樣本測量10次，取其平均值，波長取值范圍為380～700 nm，取點間隔為10 nm，即每個樣本共有33個波長下的光譜反射率值。

2 Friele模型及參數(shù)σ計算

當(dāng)不同顏色的單色纖維根據(jù)不同質(zhì)量比進行混合時，其形成的混色樣品反射率與單色纖維的反射率假設(shè)存在以下加和關(guān)系：

f[Rb(λ)]=∑xif[Ri(λ)]

(1)

式中：Rb(λ)表示波長為λ時混色樣品反射率；xi為混色樣品中第i組分單色纖維的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，且滿足∑xi=1；Ri(λ)表示第i組分單色樣品在波長為λ時反射率。

1952年，F(xiàn)riele在加和公式的基礎(chǔ)上推出了一個關(guān)于反射率的函數(shù)式，即Friele模型，具體表示為

f[R(λ)]=e-σ[1-R(λ)]2/2R(λ)

(2)

式中：R(λ)表示波長為λ時的反射率；σ為Friele模型參數(shù)。

Friele模型可用于有色纖維的混色研究。 Friele利用松散的羊毛纖維進行混色，推薦模型參數(shù)σ值為0.3。由于σ的取值受到纖維種類、混合方式等諸多方面因素的影響，于是許多研究者對σ的取值展開了進一步探討。PHILIPS等[13]對棉混色紗條的推薦σ值為0.245；沈加加等[14]對條子混色的棉和羊毛混色紗線的推薦σ值分別為0.128，0.093。

由式(2)即可反推出預(yù)測樣本的反射率

文中通過多通道轉(zhuǎn)杯紡紗機對有色纖維進行混色，并利用賦值法對Friele模型參數(shù)σ進行循環(huán)賦值(賦值范圍為0.001～1，賦值間隔為0.001)，分別求取針織樣品和梭織樣品平均色差最小時σ的取值作為最佳σ值，從而利用最優(yōu)參數(shù)建立關(guān)于多通道轉(zhuǎn)杯毛紡混色織物的Friele模型。文中色差計算均采用CMC(2∶1)色差公式。不同賦值參數(shù)下樣品平均色差的取值變化如圖3所示。

圖3 不同σ值對應(yīng)織物樣品平均色差Fig.3 Average color differences of fabric samples with different σ values

由圖3可以看出，針織樣品和梭織樣品的平均色差隨著σ值的增大，呈先減小后逐漸增大的趨勢；當(dāng)σ值在0.1～0.2范圍內(nèi)時，樣品平均色差達(dá)到最小。為清楚地呈現(xiàn)出樣本平均色差在0.1～0.2范圍內(nèi)的變化情況，在0.1～0.2區(qū)間內(nèi)作平均色差變化圖，具體如圖4所示。由圖4可以看出，兩種織物樣品的平均色差在此范圍內(nèi)因σ值的不同變化差異較大。當(dāng)σ值為0.125時，針織樣品的平均色差達(dá)到最小；當(dāng)σ值為0.141時，梭織樣品的平均色差達(dá)到最小。因此取針織物的Friele模型最優(yōu)σ值為0.125，梭織物的Friele模型最優(yōu)σ值為0.141。

圖4 σ值在0.1～0.2區(qū)間內(nèi)的織物平均色差Fig.4 Average color differences with the value of σ in the range of 0.1～0.2

3 配方計算

根據(jù)求得的最優(yōu)模型參數(shù)，利用全光譜配色法對樣本進行配方預(yù)測，假設(shè)在預(yù)測配方下標(biāo)準(zhǔn)樣反射率與配色樣反射率無限接近，即滿足[15]

Rs(λ) ≈Rm(λ)

(4)

式中：Rs(λ)為各波長下標(biāo)準(zhǔn)樣反射率，Rm(λ)為各波長下配色樣反射率。

由式 (2)可推得

f[Rs(λ)] ≈f[Rm(λ)]

(5)

對于3組分樣品配色，由式(1)可得到

f[Rm(λ)]=x1f[R1(λ)]+x2f[R2(λ)]+x3f[R3(λ)]

(6)

設(shè)

可得到Fs≈FX

(7)

利用式(7)中的33個線性方程組求解3個未知數(shù)，則方程有解，且為多個解，因此利用最小二乘法求方程組的解，即使Δ→0

x2f[R2(λ)]-x3f[R3(λ)]}

解得>X=(FTF)-1FTFs

(8)

利用最小二乘法求解出的預(yù)測配方使得匹配樣與標(biāo)準(zhǔn)樣之間反射率差異最小，但為保證各單色纖維預(yù)測配方和為1，需對以上求得的配方進行歸一化處理，作為最終的預(yù)測配方。

4 預(yù)測結(jié)果分析

根據(jù)求得的預(yù)測配方，即可預(yù)測混色樣關(guān)于Friele模型的f[Rb(λ)]，并利用式(3)可以計算出預(yù)測混色樣的反射率Rb(λ)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)混色樣與預(yù)測混色樣的反射率，計算預(yù)測配方下預(yù)測樣品的色差。

為驗證預(yù)測配方的準(zhǔn)確性，文中在針織樣品和梭織樣品中分別選取10種不同比例的3色混色樣品，利用最優(yōu)模型參數(shù)即式(8)，對樣品進行配方預(yù)測及預(yù)測配方下樣品色差計算，其中1～10號驗證樣品為緯編針織平紋織物，11～20號驗證樣品為梭織斜紋織物。各樣品配色結(jié)果見表1和表2。

由表1可知：當(dāng)σ1=0.125，對針織樣本進行配方預(yù)測時，有兩個樣品色差大于1，其他均小于1，平均色差為0.58；當(dāng)σ2=0.141，對梭織物進行配方預(yù)測時，其驗證樣品的色差在1左右，平均色差為0.83。兩種織物的平均色差均小于1，且每個樣品的色差均在1個色差單位左右，有效滿足了行業(yè)內(nèi)人眼識別的色差要求，預(yù)測效果相對較好，說明Friele理論能夠較好地應(yīng)用于多通道轉(zhuǎn)杯毛紡混色織物的纖維混色配比及顏色預(yù)測的研究。

5 結(jié)語

文中將Friele模型應(yīng)用于三通道轉(zhuǎn)杯羊毛混色織物的混色規(guī)律研究，利用賦值迭代法計算出適用于緯編針織平紋織物的模型參數(shù)σ為0.125，適用于梭織斜紋織物的模型參數(shù)σ為0.141。將求出的模型參數(shù)進行配色，并計算色差，結(jié)果顯示：樣品色差均在1左右，平均色差小于1，滿足配色要求，預(yù)測效果相對較好。

多通道轉(zhuǎn)杯紡紗技術(shù)能夠?qū)⒒焐c紡紗一體化生產(chǎn)，在未來色紡領(lǐng)域具有較好的發(fā)展前景。計算機測配色技術(shù)是未來色紡紗發(fā)展的必然趨勢，將多通道轉(zhuǎn)杯紡紗技術(shù)與配色計算技術(shù)相結(jié)合，可為未來多通道轉(zhuǎn)杯紡純羊毛混色織物計算機配色軟件的開發(fā)及應(yīng)用提供一定的理論依據(jù)。