色紗與色織物之間顏色相關性研究

王小艷 杜金梅 蔣陽 許長海

摘要： 為解決紗線色深不合格造成的色紗浪費問題，文章研究了不同顏色深度色紗與色織物之間顏色相關性，探討了色深不合格的色紗織成織物后，織物顏色與目標織物顏色一致的可能性。結果表明，同深度色紗織成織物的顏色深度相較于紗線會降低;異深度色紗織物的顏色深度具有可預測性。對于平紋色織物，當經(jīng)緯紗線的同色性指數(shù)在0.81～1.23時，異深度色紗織物與同深度色紗織物具有相同的預測模型，且要求預測偏差為2%時，準確率可達85.53%;同色性指數(shù)在此范圍內(nèi)的經(jīng)緯色紗可被重新使用以得到色深合格的織物，從而避免浪費。

關鍵詞： 色紗;色織物;顏色深度;同色性指數(shù);顏色預測

中圖分類號： TS151.9

文獻標志碼： A

Abstract： Colored yarns that are disqualified in color depths for yarn-dyed fabrics are usually discarded or left unused in current industry. In this paper， the color correlation between the colored yarns and yarn-dyed fabrics with different color depths was investigated， to explore the possibility that that the colors of fabrics woven from colored-yarns that were disqualified in color depths matched the colors of target fabrics. The results showed that the color depth of a fabric woven from colored-yarn with the same depth was lower than that of yarn， and the color depths of fabrics woven from colored-yarns with different depths was predictable. For a plain weave yarn-dyed fabric， when the homochromy index（K） of warp/weft yarn was 0.81-1.23， fabrics woven from colored-yarns with different depths and those with the same depth had the same color prediction model. When a prediction bias of 2% was required， the accuracy of prediction model was up to 85.53%. It was indicated that colored yarns that were disqualified in color depths within this homochromy index range can be reused to obtain fabrics qualified in color depths， to avoid waste.

Key words： colored yarns; yarn-dyed fabric; color depth; homochromy index; color prediction

色織物是由有色紗線織造而成的織物，年產(chǎn)量超30億 m[1]。與印染布相比，色織物具有風格獨特、色彩豐富、立體感強等特點[2-3]。用于色織物的色紗一般是通過筒子紗染色獲得，但筒子紗染色很難控制筒紗的外層、中層及內(nèi)層顏色深度完全相同[4]，且每一批筒子紗之間的顏色深度也有差異，這些都會造成染出的紗線顏色深度與目標紗線顏色深度不一致，即產(chǎn)生了顏色深度不合格的色紗[5-6]。為保證產(chǎn)品質(zhì)量，色織廠通常將顏色深度不達標色紗丟棄或閑置，這造成了大量色紗的浪費[7]。

色織物的顏色不僅取決于經(jīng)緯紗線的顏色，還與織物的組織結構密切相關[8-9]。所以，即使是同色的經(jīng)緯紗線，織成織物的顏色與紗線的顏色也可能不同[10]。為了獲得目標色的織物，需要對色紗的顏色進行篩選。這也提供了一種將色深與目標色深不一致的色紗交織來得到目標一致的色織物的思路。

通常情況下，為保證目標色織物的顏色均一性，會使用顏色深度相同的經(jīng)緯色紗進行織造。本文以經(jīng)緯同染料同深度（簡稱“同深度”）的色織物為目標色織物，擬利用一系列同染料異深度（簡稱“異深度”）的經(jīng)緯色紗來模擬顏色深度與目標色紗顏色深度不一致的色紗，探究經(jīng)緯異深度的色織物表觀顏色與目標色織物表觀顏色一致的可能性，以重新使用顏色深度不合格的色紗，降低色紗廢棄量，節(jié)約成本。

1 試 驗

1.1 材料、藥品和儀器

材料：平均單強強力>440 cN的高強力棉紗（博茂紡織品有限公司）。

藥品：活性紅3BS、活性黃3RS和活性艷藍KN-R（浙江龍盛集團股份有限公司），碳酸鈉、氯化鈉（分析純，國藥集團化學試劑有限公司）。

儀器：Datacolor 650型反射光分光光度計（美國Datacolor公司）。

1.2 方 法

1.2.1 試驗樣品的設計

以同染料不同染色深度的紗線來模擬色深不合格的色紗，并以這些紗線設計一系列平紋（1︰1）色織物。其中，經(jīng)紗和緯紗的色深度相同或不同，紗線及織物各項參數(shù)為：紗線線密度為14.58×2 tex，捻度為7.1 捻/cm，單強強力為466 cN;織物的組織結構為平紋（1︰1），經(jīng)緯密均為23.62 根/cm。

所設計色織物的經(jīng)緯紗線的顏色深度通過控制紗線染色染料質(zhì)量分數(shù)獲得。染料質(zhì)量分數(shù)為淺色（0～1%），中色1（1%～2%），中色2（2%～3%）和深色（3%～4%）。在每個染色質(zhì)量分數(shù)范圍內(nèi)，每只染料按0.25%的染色質(zhì)量分數(shù)梯度上染紗線。每只染料每個染色質(zhì)量分數(shù)范圍內(nèi)包含8個樣品，其中經(jīng)緯紗線同質(zhì)量分數(shù)的色織物和經(jīng)緯紗線不同質(zhì)量分數(shù)的色織物各4個，選擇紅、黃、藍三種色相的染料。由于不同色相紗線混合會有空間混合效果，為了減少干擾因素，分別研究同一色相經(jīng)緯紗線與織物顏色的對應關系，故共有96個色織物樣本。色織物的經(jīng)緯紗線染色質(zhì)量分數(shù)組合如表1所示。

1.2.2 色織物樣品的準備

委托江蘇聯(lián)發(fā)高端紡織技術研究所，根據(jù)試驗樣品設計進行染紗和織造，得到品質(zhì)較高的色織物樣品。

1.3 測試方法

1.3.1 紗線色樣的顏色測試

將紗線均勻緊密地纏繞在灰色硬紙卡上，纏繞層數(shù)為4層，避免紗線之間間隙或陰影造成光線透射而導致測色不準確。紗線色樣測色時色樣狀態(tài)如圖1所示。使用Datacolor 650型測色配色儀，采用D65光源和10°觀察角測定紗線樣品的K/S值，選擇不同位點測量10次，取平均值。

1.3.2 織物色樣的顏色測試

將織物整理平整并折疊成4層，測色時色樣狀態(tài)如圖2所示。按紗線色樣的顏色測試方法測量織物樣品的K/S值。

1.3.3 同色性指數(shù)K值

對于經(jīng)緯異深度的色織物，經(jīng)緯紗線顏色深度差異用同色性指數(shù)K值來衡量。根據(jù)下式計算色織物中經(jīng)緯紗線同色性指數(shù)K值：

K=（K/S）經(jīng)紗（K/S）緯紗（1）

式中：K為同色性指數(shù);（K/S）經(jīng)紗和（K/S）緯紗分別為經(jīng)紗K/S值和緯紗K/S值。

當K>1，說明經(jīng)紗色深大于緯紗;當K<1，說明經(jīng)紗色深小于緯紗;K值越接近1，說明該色織物中經(jīng)緯紗線顏色深度相差較小，兩者的同色性越好，反之則越差[11]。

1.3.4 預測偏差

根據(jù)試驗所得紗線顏色與織物顏色的對應關系，分別獲得經(jīng)緯同深度色織物和經(jīng)緯異深度色織物的顏色深度預測模型。通過預測模型計算出的K/S值為預測值，實際測得的K/S值為實測值，以預測偏差來衡量預測模型的可靠性，根據(jù)下式計算預測偏差S：

S/%=（K/S）預測值-（K/S）實測值（K/S）實測值×100（2）

式中：S表示預測偏差;（K/S）預測值為通過預測模型計算出的K/S值;（K/S）實測值為實際測得的K/S值。

1.3.5 預測模型的準確性

用錯誤預測點的數(shù)量來衡量預測模型的準確性，根據(jù)下式計算模型準確率A：

A/%=Q0-Q1Q0×100（3）

式中：A表示預測模型準確率;Q0表示總的預測點的數(shù)量;Q1表示錯誤預測點的數(shù)量。

2 結果與分析

2.1 經(jīng)緯同深度紗線與其織物的顏色深度關系

2.1.1 經(jīng)緯同深度紗線與其織物的K/S值曲線關系

同深度色紗交織成織物過程中的顏色變化主要是由織物組織結構引起的。為了探究從紗線到織物轉變過程中由于織物組織結構產(chǎn)生的顏色變化，對不同染色質(zhì)量分數(shù)范圍內(nèi)的經(jīng)緯同深度染色紗線及其織物的K/S值曲線進行對比，結果

如圖3所示。

由圖3可以看出，同染料同深度色紗與其織成織物的K/S值曲線形狀一致，最大吸收波長的位置不變，但色紗的最大吸收強度（K/S值）高于織物，在中色和深色時這種最大吸收強度差異尤為明顯。說明同染料同深度色紗交織成織物過程中，顏色色相沒有發(fā)生明顯的變化，但顏色深度發(fā)生了變化，且顏色深度的變化程度在各個染色深度范圍有所差別。

2.1.2 經(jīng)緯同深度的色織物顏色預測模型

根據(jù)同深度色紗與其織物K/S值曲線的關系，選用最大吸收波長處的K/S值為同深度色紗交織物的過程中顏色深度變化的衡量指標，以建立一個簡明的經(jīng)緯同深度的色織物顏色預測模型，達到由紗線K/S值預測織物K/S值的目的。

由于經(jīng)緯同深度色織物的經(jīng)紗和緯紗顏色一致，所以可以用經(jīng)紗和緯紗的K/S值平均值作為紗線的K/S值，每個紗線的K/S值對應一個由此經(jīng)緯紗線織成織物的K/S值。對活性紅3BS、活性黃3RS和活性艷藍KN-R三只染料上染的紗線的K/S值與其織物的K/S值作圖，每只染料對應16個樣品點，共48個樣品點，并對散點圖進行擬合，結果如圖4所示。

由圖4中的擬合直線可以看出，織物K/S值隨其紗線的K/S值呈線性變化，擬合系數(shù)大于0.990 0，說明它們具有良好的線性關系。其中，斜率為0.922 1，截距為0。由此，以最大吸收波長處的K/S值為紐帶，得到了經(jīng)緯同深度色織物的紗線顏色與織物顏色的對應，建立了經(jīng)緯同深度的色織物顏色預測模型，如下式所示：

（K/S）同深度色織物=0.922 1×[0.5（（K/S）經(jīng)紗+（K/S）緯紗）]（4）

根據(jù)這一模型，由紗線的K/S值可推測出用該紗線織成的色織物的K/S值。

對于織物組織結構為經(jīng)緯密相同的一穿一空平紋織物（1︰1），經(jīng)紗和緯紗各占織物表面50%，若不考慮織物組織結構的影響，經(jīng)緯同深度色織物的K/S值應與經(jīng)紗和緯紗K/S值平均值相同，即織物的K/S值與紗線的K/S值關系應為圖4中斜率為1的黑色直線關系。但是實際測量發(fā)現(xiàn)，織物的K/S值低于紗線的K/S值。從預測模型可知，紗線的K/S值乘以系數(shù)0.922 1才是對應織物的K/S值，即織物的K/S值降低了779%。因此，根據(jù)此預測模型可得出，對于本文采用的織物組織結構，同深度色紗織成織物的過程中，由于組織結構的影響，織物的K/S值降低7.79%。分析認為主要原因是在色紗交織成織物的過程中，由于紗線的屈曲形態(tài)發(fā)生改變，紗線與用其織成織物的表面狀態(tài)不一致，對光的反射、吸收情況產(chǎn)生了變化。

2.2 經(jīng)緯異深度紗線與其織物的顏色深度關系

2.2.1 經(jīng)緯異深度紗線與其織物的K/S值曲線關系

為探究經(jīng)緯異深度色織物與其經(jīng)緯色紗及同深度的色織物（簡稱“目標色織物”）顏色深度關系，測試了不同深度的經(jīng)緯色紗及其織物的K/S值曲線，并與目標色織物進行對比。以經(jīng)紗和緯紗染色深度分別為3%和2%的色紗為例，探究了經(jīng)紗和緯紗及其織成的異深度色織物（織物3），以及經(jīng)緯紗線染色質(zhì)量分數(shù)均為2%的目標色織物（織物1）和均為3%的目標色織物（織物2）的K/S曲線關系，結果如圖5所示。

由圖5可以看出，異深度色紗與其織成的色織物及目標色織物的K/S值曲線形狀一致，最大吸收強度的位置不變，最大吸收強度的高度存在一定差異。說明同色相異深度色紗交織后，色相沒有變化且與目標織物色相一致，但顏色深度存在較為明顯的差異。試驗發(fā)現(xiàn)，三只染料其他染色質(zhì)量分數(shù)下的色紗及其織物的K/S值曲線關系與本例一致。

2.2.2 異深度紗線與其織物的K/S值的關系

根據(jù)異深度色紗與其織物K/S值曲線的關系，同樣選用最大吸收波長處的K/S值為異深度色紗織成織物過程中顏色深度變化的衡量指標，探究經(jīng)紗K/S值不變時，經(jīng)緯異深度色織物的K/S值隨緯紗的K/S值的變化情況，并進行擬合，結果如圖6所示。

由圖6可看出，當控制經(jīng)紗K/S值不變時，經(jīng)緯異深度色織物的K/S值隨其緯紗K/S值呈線性變化。擬合系數(shù)較高（除了一個0.989 0的外，其余都大于0.990 0），說明它們具有良好的線性關系。由此可以判斷，經(jīng)緯異深度色織物顏色深度具有可控性及可預測性，即可以通過控制紗線中部分組分顏色深度不變，調(diào)整其他組分顏色深度以獲得目標顏色深度的色織物。

從圖6還可以看出，擬合直線的斜率不一致，說明當控制經(jīng)紗K/S值不變時，色織物的K/S值隨緯紗K/S值變化的規(guī)律是不一致的。這一現(xiàn)象也說明色織物的顏色深度不僅受到織物組織結構的影響，還受到經(jīng)緯紗線顏色深度差異即經(jīng)緯色紗同色性指數(shù)的影響。

2.3 經(jīng)緯異深度的色織物顏色預測

2.3.1 經(jīng)緯異深度的色織物顏色預測模型

色織物的顏色深度同時受到織物組織結構和經(jīng)緯紗線顏色深度差異的影響，本文設計的經(jīng)緯異深度織物具有與同深度織物相同的組織結構，因此織物組織結構對織物顏色深度的影響是確定的。若僅考慮織物組織結構的影響，對于1︰1平紋經(jīng)緯異深度色織物的顏色深度預測模型，應為下式所示：

（K/S）異深度色織物=0.922 1×[0.5（（K/S）經(jīng)紗+（K/S）緯紗）]（5）

按該預測模型得到的預測K/S值與實際測得的K/S值進行對比，通過預測偏差來衡量此預測模型的可靠性，并探究預測偏差與經(jīng)緯色紗同色性指數(shù)的關系，以判斷此預測模型的適用范圍，結果如圖7所示。

從圖7可以看出，散點圖的走勢是向上的，說明預測偏差隨著同色性指數(shù)的增大呈增加趨勢。當同色性指數(shù)較小時，預測偏差也較小，表明當經(jīng)緯顏色深度差異較小時，預測模型具有較好的預測精度，可以認為此時影響經(jīng)緯異深度色織物顏色深度的主要因素為織物組織結構。

2.3.2 同色性指數(shù)臨界值

為了確定所建立經(jīng)緯異深度色織物與經(jīng)緯同深度色織物預測模型的適用范圍，預測偏差和同色性指數(shù)的關系（圖7）可被一條水平線（指定的預測偏差）和一條垂直線（K=KC，KC為待定的臨界同色性指數(shù)）分為A1—A4四個部分，可以認為A1和A4中的點屬于錯誤預測點[12]。KC從小到大移動，當錯誤預測點最少時，認為此時的K值為預測偏差小于特定預測偏差的臨界下限值;KC從大到小移動，當錯誤預測點最少時，認為此時的K值為預測偏差小于特定預測偏差的臨界上限值;臨界下限值和上限值的平均值定義為預測偏差小于特定預測偏差時的同色性指數(shù)臨界值。預測模型的準確性用測試方法1.3.5中的式（3）計算。表2為預測偏差分別在2%和4%以下的同色性指數(shù)臨界值及對應的模型準確率。

由圖7和表2可知，當預測偏差要求在2%以內(nèi)時，同色性指數(shù)臨界值為1.23，模型準確率為85.53%。根據(jù)已有的對色織物顏色預測模型研究[13]，認為該預測模型具有良好的預測精度和預測準確率。由于經(jīng)紗和緯紗對織物的貢獻是一致的，同色性指數(shù)在1以下的臨界值可以為1以上的倒數(shù)（1/1.23），即同色性指數(shù)的范圍為0.81～1.23。由式（4）和式（5）可知，經(jīng)緯紗線顏色深度差異在以上同色性指數(shù)范圍內(nèi)的異深度色織物與同深度色織物具有相同的預測模，當要求預測偏差小于2%時，預測準確率為85.53%。同理，預測偏差要求在4%或其他值以內(nèi)，也可得到相關的預測信息?？梢哉J為，對于與本文采用的織物具有相同組織結構的織物，根據(jù)對預測模型偏差的要求，可確定同色性指數(shù)范圍，顏色深度差異在此范圍內(nèi)經(jīng)緯紗線織成的異深度色織物可達到與同深度色織物相同的均一的表觀顏色。所以，原色織廠定義為顏色深度不合格的色紗只要符合同色性指數(shù)范圍規(guī)定是可以被重新使用的，這能降低色紗廢棄量，有效節(jié)約生產(chǎn)成本。

3 結 論

本文以表觀色深為衡量指標，建立了經(jīng)緯同深度、異深度色織物顏色預測模型，并確定了異深度色織物與同深度色織物具有相同的、均一的表觀顏色時，異深度色織物的經(jīng)緯紗線顏色深度波動范圍，有利于廢紗重新使用，節(jié)約成本。

1）同染料同深度色紗交織成織物時，由于織物組織結構的影響，織物色深與紗線色深不同。以K/S值為衡量指標，建立經(jīng)緯同深度色織物顏色預測模型，預測模型具有較高準確性;根據(jù)模型判斷，織物的K/S值相較于紗線會下降。

2）同染料異深度色紗織成織物時，織物的色深同時受到織物組織結構和經(jīng)緯顏色深度差異的影響。在一定的經(jīng)緯紗線同色性指數(shù)范圍內(nèi)，可以僅考慮織物組織結構影響，建立經(jīng)緯異深度色織物顏色預測模型。

3）經(jīng)緯紗線的同色性指數(shù)在0.81～1.23時，異深度色織物與同深度色織物具有相同的預測模型，當要求預測偏差2%時，準確率可達85.53%，此時異深度色紗交織織物能與同深度色紗交織織物顏色一致。

4）根據(jù)對預測模型偏差的要求，可以確定同色性指數(shù)范圍，顏色深度差異在此范圍內(nèi)經(jīng)緯紗線織成的異深度色織物可達到與同深度色織物相同的均一的表觀顏色。所以，顏色深度不合格的色紗只要在同色性指數(shù)范圍內(nèi)是可被重新使用，能減少色紗的廢棄，節(jié)約成本。

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