激光粘接技術(shù)在西安半坡彩陶紋服飾設(shè)計中的應(yīng)用研究

摘 要：西安半坡彩陶紋樣服飾面料是一種傳統(tǒng)的文化藝術(shù)品，現(xiàn)有的服裝面料處理工藝已經(jīng)很難將傳統(tǒng)文化元素融入主流服裝面料中。為更好地實現(xiàn)傳統(tǒng)文化元素與服裝面料的融合傳承，提出了將聚氯乙烯作為粘接介質(zhì)，并對該介質(zhì)進行了不同的粘接測試。實驗結(jié)果表明，激光電壓為17 kV時，193 nm輻照強度下聚氯乙烯材料粗糙度最大值為2.36 μm，該值遠小于258 nm的輻照強度值。同時193 nm輻照后聚氯乙烯材料產(chǎn)生了大量—OH極性基團和親水性烴基。此外，193 nm激光輻照處理后的聚氯乙烯材料粘接強度增加了近85%。研究提出的聚氯乙烯材料在193 nm的激光輻照強度下粘接性能最佳。

關(guān)鍵詞：激光粘接；半坡彩陶；服裝面料；聚氯乙烯；輻照強度

中圖分類號：TQ325.3 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1001-5922（2024）11-0009-04

Application research of laser bonding technology in thedesign of Xi’an Banpo colored pottery patterned clothing

HU Xiao，HU Jianbo，LV Jiangbo

（Shaanxi Fashion Engineering University，Xi’an 712046，China）

Abstract：Xi’an Half-slope Pottery Pattern Clothing Fabric is a traditional cultural artwork with unique patterns，and the existing clothing fabric processing process has been difficult to integrate traditional cultural elements intothe mainstream clothing fabric. In order to better realize the integration and inheritance of traditional cultural ele?ments and clothing fabrics，polyvinyl chloride was proposed as the adhesive medium，and different bonding testswere carried out on the medium. The experimental results showed that the maximum value of the roughness of thepolyvinyl chloride material under 193 nm irradiation intensity was 2.36 μm when the laser voltage was 17 kV，which was much smaller than the irradiation intensity of 258 nm. At the same time，after 193 nm irradiation，thePVC material produced a large number of polar groups and hydrophilic hydrocarbon groups. In addition，the adhe?sive strength of the 193 nm laser irradiated PVC material increased by nearly 85%. The proposed polyvinyl chloridematerial has the best bonding performance at 193 nm laser irradiation intensity.

Key words：laser bonding；half-slope pottery；garment fabrics；polyvinyl chloride；irradiation intensity

西安半坡彩陶紋樣代表著古代中國文明的杰出成就，這些千年前的藝術(shù)品展現(xiàn)了豐富多彩的文化和審美傳統(tǒng) [1] 。而傳統(tǒng)文化元素與現(xiàn)代服裝材料的結(jié)合，既可以看作是對傳統(tǒng)文化的傳承，也可以是服裝行業(yè)發(fā)展的一種新趨勢 [2] 。在設(shè)計中，設(shè)計師們試圖通過新穎的材料突顯傳統(tǒng)文化的魅力，以滿足當(dāng)下社會對個性化和多樣性的需求 [3-4] 。在這一趨勢中，聚氯乙烯（PVC）面料因其獨特的質(zhì)感和塑性特點而備受關(guān)注 [5-6] 。將傳統(tǒng)文化元素通過PVC融入服裝設(shè)計中，不僅體現(xiàn)了對傳統(tǒng)文化的尊重和傳承，還為時尚產(chǎn)業(yè)注入了新的創(chuàng)意和活力 [7] 。然而傳統(tǒng)的服裝面料處理工藝難以滿足PVC材質(zhì)的紋樣粘接，激光粘接技術(shù)是一種非常有前景的工藝，可以為半坡彩陶紋樣在PVC服裝面料上的保護和應(yīng)用提供新的可能性 [8-9] 。因此，研究創(chuàng)新性地將激光粘接技術(shù)運用于PVC面料粘接處理中，嘗試為傳統(tǒng)文化元素在服裝行業(yè)中的傳承發(fā)展提供新的技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1. 1 實驗材料

西安半坡彩陶的紋樣主要包括動物紋、花鳥紋、幾何紋等。將這種傳統(tǒng)文化元素融入現(xiàn)代的衣物織布中仍需要一定的特殊介質(zhì) [10-11] 。這種介質(zhì)在凡是涂覆有熱塑性高分子化合物的織物上，通過一定的溫度和壓力與面料結(jié)合，具有一定的粘合力，并作為服裝襯里的織物成為粘合襯 [12] 。研究以PVC粘合襯為主，嘗試運用該材料到服裝粘接中。該材料隨著溫度升高，結(jié)構(gòu)狀態(tài)也會相應(yīng)改變 [13-14] 。因此，研究以PVC服裝面料為實驗對象，進行重點分析，具體的實驗設(shè)備：LPX305iF激光輻照系統(tǒng)，德國LambdaPhysik公司；WykoNT1100三維表面輪廓儀，美國Veeco公司；TENSOR II傅里葉變換紅外光譜儀，德國布魯克公司；ESCALAB250Xi X 射線光電子能譜儀，美國 Thermo Scientific公司。

1. 2 實驗方法

激光粘接技術(shù)的原理是利用特定的方式使物質(zhì)受激輻射光子，而受輻射的光束聚集形成巨大能量，這些能量在與服裝面料進行接觸的過程中可被材料吸收 [15-17] 。當(dāng)溫度上升到一定熔點后，待粘接材料就會與服裝面料進行融合。原理示意圖如圖1所示。

由圖1可知，為了達到最好的粘接效果，激光粘接可根據(jù)面料的種類、尺寸，粘接的位點、粘接的溫度進行變換。在此基礎(chǔ)上，研究采用準(zhǔn)分子激光輻照的方式進行PVC材料粘接。分別運用193 nm和258 nm的準(zhǔn)分子激光輻照材料表面。

2 實驗結(jié)果分析

2. 1 三維表面形貌及粗糙度分析通過實驗方法中的2種不同激光輻照方式進行實驗測試，測試時間取30 s，數(shù)據(jù)采樣頻率設(shè)定為3 s。以粗糙程度作為參考指標(biāo)，通過改變電壓和速度分別對193 nm和258 nm PVC材料進行輻照測試的具體測試結(jié)果如表1所示。

由表2可知，193 nm和258 nm的激光輻照后的PVC材料表面粗糙度最大值分別為2.36μm和3.18μm。

上下線浮動較大的原因可能是準(zhǔn)分子激光的熱降解效應(yīng)，該效應(yīng)簡單理解為溫度隨電壓增大而升高，同時材料發(fā)生熔融現(xiàn)象。此外，改變激光移動速度的情況下。對比后發(fā)現(xiàn)當(dāng)速度低于0.16 mm/s，258 nm輻照的粗糙度大于193 nm的PVC。然而在速度大于0.16 mm/s時，結(jié)果反之。綜上所述，當(dāng)激光移動速度固定時，電壓的變化會伴隨熱降解效應(yīng)發(fā)生，從而導(dǎo)致粗糙度起伏變化。當(dāng)激光電壓固定時，此時的PVC材料表面粗糙度會持續(xù)降低，更好地達到粘接狀態(tài)。

2. 2 傅里葉紅外光譜圖分析

研究在傅里葉紅外光譜分析技術(shù)背景下設(shè)置了5種不同的對照組。第1組和第2組粗糙度相同皆為1.84 μm ，但區(qū)別在于第1組接受了激光輻照，而第2組沒有。第3和第5組都接受193 nm激光輻照，但初始的材料粗糙程度存在差別，分別為1.68 μm和2.23 μm 。第4組的粗糙度最大為4.71 μm ，激光輻照數(shù)最大為 258 nm 。具體的測試結(jié)果如圖 2所示。

由圖2可知，透過率越低，材料中的化學(xué)鍵或基團吸收的光線越多，也就表示吸收峰越強。隨著熱強度增大，C—C鍵繼續(xù)發(fā)生無規(guī)則斷裂，形成多脂肪烴類物質(zhì)。再經(jīng)過重新排布和環(huán)化后聚集形成籌環(huán)芳香類物質(zhì)。綜上所述，使用波長更短的激光輻照后，PVC材料中的—CH 2 —、—C—Cl—和—C—C—等基團發(fā)生了斷裂，一定程度上生成了—C===O和—C—O—等極性基團，而這些基團的出現(xiàn)也會導(dǎo)致PVC材料極性增強，自由能增大，從而更好地實現(xiàn)激光粘接的目的。

2. 3 X射線光電子能譜分析

研究設(shè)置了原始樣本、樣本1和樣本2。其中原始樣本表面粗糙度為1.45 μm的未經(jīng)過激光輻照的PVC材料，樣本1粗糙度為2.56 μm經(jīng)過激光輻照的PVC材料，樣本2粗糙度為1.05 μm經(jīng)過激光輻照的PVC材料。各樣本PVC材料中的Cls和Ols含量變化如圖3所示。

由圖3可知，樣本1和樣本2同時發(fā)生了CaCO 3分解，但此—C—C—和—C—H—鍵要遠高于原始樣本。說明在激光處理后，—O—C===O和—C===O—等基團發(fā)生了斷裂，產(chǎn)生了新的有機物等。另外，由圖3（b）可知，含量峰值變化主要集中于532～536 eV，而在此區(qū)間產(chǎn)生的—OH。樣本1與原始樣本相比氧化物較少，說明在激光輻照下—OH極性基團開始大量產(chǎn)生，在后續(xù)輻照下導(dǎo)致大量羥基產(chǎn)生。

2. 4 粘接強度分析

研究以剝離強度作為參考指標(biāo)，對激光電壓或激光移動速率進行調(diào)整。其中未經(jīng)過激光輻照的原始PVC材料的剝離強度為2.40 kN/m。具體的測試結(jié)果如表2所示。

由表2可知，2類PVC材料的剝離強度相差幅度控制在1kN/m左右。與原始材料相比，193nm和258nm處理后的PVC材料粘接強度分別增加了近85%和56%。該數(shù)據(jù)說明，193 nm激光輻照效果更優(yōu)于258nm激光輻照。此外，在相同的參數(shù)條件下，193 nm處理PVC材料所需要的能量也遠高于258 nm，而此時的PVC材料吸收更多的能量有助實現(xiàn)化學(xué)鍵的斷裂。

3 結(jié)語

由于傳統(tǒng)的紋樣圖案粘接技術(shù)已經(jīng)無法滿足現(xiàn)有的服裝設(shè)計要求。因此，在結(jié)合激光粘接技術(shù)后提出了一種粘接介質(zhì)材料，即PVC材料。實驗結(jié)果表明，當(dāng)電壓為17 kV時，193 nm和258 nm輻照下PVC材料粗糙度最大值分別為2.36 μm和3.18 μm。傅里葉紅外光譜圖分析發(fā)現(xiàn)，193 nm激光輻照后，PVC材料中生成了—C===O和—C===O—等極性親水基團。X射線光電子能譜分析發(fā)現(xiàn)，193 nm輻照后PV材料表明產(chǎn)生了大量—OH極性基團和親水性烴基。粘接強度分析中發(fā)現(xiàn)，193 nm激光輻照處理后的PVC材料粘接強度增加了近85%，而258 nm增加了近56%。盡管此次研究對PVC材料的粘接進行了多方面的測量，但實驗環(huán)境未考慮風(fēng)量，濕度等因素，因此后續(xù)研究可將這些因素全面納入，以保證實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性。

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