張 娜，王 妮，施楣梧，俞建勇

(1.中國專利技術(shù)開發(fā)公司，北京 100088;2.東華大學紡織學院，上海 201620;3.產(chǎn)業(yè)用紡織品教育部工程研究中心，上海 201620;4.總后勤部軍需裝備研究所，北京 100088;5.東華大學研究院，上海 201620)

不同用途的紡織品，要求具有不同的光學特性，如防紫外、防紅外、透明或防透明。防透明一般指防可見光透視，即具有良好的視覺遮蔽性。近年來，由于服用紡織品功能化和高支輕薄化的發(fā)展，視覺遮蔽性不足的問題凸顯。但是遮蔽性和時尚舒適會互為矛盾，如夏季淺色、白色的輕薄服裝和泳裝經(jīng)常會出現(xiàn)內(nèi)衣顏色外露或“走光”的不雅現(xiàn)象。同時，遮蔽性不足的問題也影響到精紡毛紡織品向夏季輕薄涼爽服用面料的拓展［1－2］。

由于人類視覺的復雜性，如視覺的光感受、明暗適應性、光分辨能力以及對光輻射反應特性不同等，使得服裝的遮蔽效果評價應該同時包含物理、心理和生理等諸多方面，故紡織品視覺遮蔽性客觀評價方法遠遠滯后于相關(guān)纖維及產(chǎn)品的開發(fā)。目前的研究中，或是利用主觀評價的方法，或是借鑒一些其他行業(yè)的指標及方法［3］來進行表征，如:施楣梧等［4－5］將被測試紡織品作為遮擋物，利用觀察者在一定距離后觀察被其遮擋的視力表，然后根據(jù)最小能見距離來表征被測織物的視覺遮蔽性;張燕等［6］在標準D65光源下，以GB/T 250—2008《紡織品色牢度試驗評定變色用灰色樣卡》規(guī)定的1級色差灰卡樣品為標準物質(zhì)，將待測織物覆蓋其上，根據(jù)色差等級評判方法，得到類似于色差的4級9檔視覺遮蔽效果值，這種方法可簡便地對織物的視覺遮蔽性進行定量檢測，且已經(jīng)應用于海軍官兵白色襯衣面料的視覺遮蔽性評價;蔣惠鈞等［7］利用光線通過織物照射背襯材料并反射透過織物的二階反射光來表征織物的遮蔽性能;陳麗芬等［8］讓觀察者在北向自然光條件下目測判斷評級樣卡上不同大小和顏色深淺的字，通過對字的辨識確定相應防透等級。此外，與此方面類似的還有一些用簡單的主觀對比法研究復合材料透明度，如:Naganuma T等［9－10］在研究不同尺寸納米二氧化硅粒子對環(huán)氧樹脂基復合材料光學透明度的影響中，利用背襯圖片的清晰程度來評價復合材料的透明度;而Li Yuanqing等［11］也采用同樣的方法研究了納米氧化鋅環(huán)氧樹脂的透明度。

上述方法雖然在一定程度上可以表征織物或其他材料的遮蔽性能，但多為主觀性測試方法，或多或少都存在人為因素的影響。標準測試方法和表征指標的滯后，一方面造成在研究中測試方法和表征指標各異，且相互之間缺乏可比性;另一方面在很大程度上阻礙了防透明纖維及相關(guān)視覺遮蔽紡織品的進一步研發(fā)。因此，本文在詳細介紹和對比這些常見紡織品光學性能表征指標的基礎上，對其在視覺遮蔽性表征上的適用性進行探討，以期進一步推動相關(guān)標準的建立和防透明纖維及視覺遮蔽紡織品的開發(fā)。

1 試驗部分

1.1 試樣準備

試樣選用30種不同纖維種類、顏色、組織的織物。其中1～13號為白色或淺色織物，14～30號為不同顏色的織物，具體規(guī)格見表1。

1.2 測試方法與原理

1.2.1 白度測試

選用國產(chǎn)WSB-Ⅱ d/0白度計(溫州儀器儀表有限公司)，將鹵鎢燈光經(jīng)濾光器修正為模擬CIE標準D65光源作為照明光源，ISO白度光學系統(tǒng)光譜功率分布的主峰波長為457 nm(藍色光波段范圍為430～470 nm)，半峰高波寬度為44 nm。白度儀器可測試的指標主要有白度值R457(引用造紙行業(yè)樣品的藍光反射因數(shù)R457表示白度，即ISO白度)、不透明度以及透明度［12－13］。將白度計用黑筒和標準硫酸鋇校準，測量時每塊織物選取4個不同的點，取平均值得到每塊織物的R457白度值。不透明度N和透明度O的計算公式分別為

式中:R0為單層試樣背襯黑筒時對主波長為457 nm光的漫反射因數(shù);RY為背襯白度為(84±2)%的白板時單層試樣的綠光漫反射因數(shù);R∞為厚度達到不透光程度的多層試樣折疊時的反射因數(shù)。

1.2.2 明度測試

非光源物體表面的顏色取決于照明光源的光譜能量分布、觀察者的視覺特性和物體對光選擇性吸收的結(jié)果。CIE的三刺激值表色體系中，照明光和觀察者已被標準化，將復雜的測色簡化為測光。利用Datacolor 650型電腦測色儀(美國Datacolor公司)測量織物在近似平均白晝光D65光源下的L*、a*、b*值。其中L*表示明度，其值等于0時表示對光線全部吸收而呈現(xiàn)黑色，等于100時表示對光全反射而呈現(xiàn)白色;a*表示偏紅或偏綠程度，正值時偏紅，負值時偏綠;b*表示偏黃或偏藍程度，正值時偏黃，負值時偏藍［14］。測試時將織物折疊為4層以不透光，同一樣品在不同部位測試4次，取其平均值。

1.2.3 透射率和反射率測試

使用日立U-4100型紫外可見近紅外分光光度儀(日本日立公司)，在波長340～800 nm范圍每間隔4 nm測試透射率及反射率，取550 nm的透射率及380～780 nm波段的平均透射率及反射率來分析織物的遮蔽性能。透射率T和反射率R的表達式分別為

表1 試樣的基本參數(shù)Tab.1 Basic parameters of samples

式中:IR為反射光的輻射強度;It為透射光的輻射強度;I0為從某標準表面反射光的輻射強度。

2 結(jié)果及分析

2.1 白度與不透明度、透明度

由于防透明類紡織品通常是針對夏季淺色輕薄型服裝而開發(fā)的，所以對各類不同顏色和組織等織物的白度與透明度和不透明度之間的關(guān)系進行了分析，結(jié)果如圖1、2所示。通常而言，白色是最常見的色調(diào)，白度則是物質(zhì)表面特殊的顏色屬性，具有高的反射率和低的純度，是一個受觀察者心理因素影響的量，同時也是棉花、羊毛、白色涂料等多種物質(zhì)品質(zhì)評定的主要指標之一［15］。本文白度儀測試的是波長457 nm光的反射率，并非可見光譜所有波長的反射率平均值，即白度越高時，457 nm處的光反射率越高。而透明度和不透明度則主要是針對綠光波段的漫反射因素，即490～580 nm處，前半段為青色(藍綠色)，后半段為黃綠色(550～570 nm)，所以透明度和不透明度主要是針對主波長在550 nm的光而言。從透明度計算式的各變量定義中可看出，R0可以認為是織物本身對綠光的全部漫反射光量占照射織物總綠光量的百分數(shù)，因為測試時其背襯的黑筒將所有透過織物的綠光全部吸收;而Ry可以認為是織物本身對綠光的全部漫反射光量，再加上透過織物的部分綠光經(jīng)過Ry=(84±2)%的白板反射后再次經(jīng)過織物的散射、折射和透射的綠光量之和，所以白度與透明度以及白度與不透明度在所有的顏色范圍內(nèi)沒有顯示出可循的規(guī)律，也就是不能用白度來表示織物的視覺遮蔽性。

圖1 白度與不透明度Fig.1 Whiteness and opaqueness

圖2 白度與透明度Fig.2 Whiteness and transparency

為了進一步說明白度與不透明度之間的關(guān)系，從圖1中觀察對比1～13號白色或淺色織物及其他顏色織物的白度與不透明度時可見，當織物顏色為白色或淺色時，其白度和不透明度相關(guān)性很大，即白度越大，不透明度越高;而有色織物的白度和不透明度關(guān)系較復雜，無規(guī)律可循。這主要是因為越白的織物，其表面對波長為457 nm光的反射越強，而同時因為織物是白色或淺色的，其內(nèi)部很少存在染料等分子的選擇性吸收，因此，對綠光的漫反射程度也越高，即不透明度越高。對于白色織物而言，則可能利用其白度評價其視覺遮蔽性好壞;而對于有色織物而言，由于染料的選擇性吸收，當織物對波長為457 nm光的吸收強時，其白度低，而同時可能織物對綠光的漫反射也很強，則不透明度高，也可能織物對綠光的漫反射較弱，則不透明度低。同樣由圖2可見，當織物為白色或淺色時，織物的白度和透明度相關(guān)性較大，即織物的白度越大，透明度越低。

2.2 550 nm光透射率、反射率與不透明度

由于在不透明度的測試中采用波長為550 nm的光，所以此處將不透明度與分光光度計在550 nm處所得反射率和透射率進行比較，結(jié)果如圖3、4所示。

圖3 550 nm光透射率與不透明度Fig.3 Transmittance at 550 nm and opaqueness

圖4 550 nm光反射率與不透明度Fig.4 Reflectance at 550 nm and opaqueness

從圖3可見，對于以紙張不透明度所表示的織物防透性而言，與分光光度計所測得的550 nm光透射率有著較好的相關(guān)性，其相關(guān)系數(shù)達－0.8948。從圖4可見，不透明度指標與同樣550 nm條件下的光反射率相關(guān)性較小。這主要是因為透明與否雖然在理論上與表面反射光有關(guān)系，也就是增強的表面反射光會干擾到有效信息，但是其與光透射率更相關(guān)，也就是人眼發(fā)出的光線要透過織物，照射到被觀察物體上，然后由被觀察物的表面反射，攜帶著被觀察物體特征的反射光必須要再次透過織物，進而到達人眼，才能引起視覺的反應而被觀察到。如透射率太低，或在第1次從人眼發(fā)出的光線透過織物或攜帶有效信息的反射光第2次從織物反面透過織物時，即因被吸收、散射等而衰減到無法到達人眼或者強度不夠，則人眼是無法觀察到被織物遮擋的物體的，所以雖然光線的透射率僅僅是涉及到能量的透過多少或比例，而不涉及成像，與透明度不完全相關(guān)，但是在很多情況下，可以在很大程度上表征或量化透明度。

2.3 明度與不透明度

物體吸收的光線越少，反射光的比率越多時，看起來會比較明亮，就是明度高。在各種彩色中，黃色明度較高，藍色明度較低。一般認為，明度越高，顏色越淺，反之越深。不同織物的明度與不透明度的測試結(jié)果如圖5所示。

圖5 明度與不透明度Fig.5 Brightness and opaqueness

由圖5可見，織物的明度和不透明度之間沒有明顯的規(guī)律可循。這是因為對織物而言，纖維材料本身對光的吸收不同，再加上染色后，染料的光吸收不同，對不透明度影響最大的是黑色、紫色和藍色，其次是綠色和紅色，再其次是橙色和黃色［11］，從而造成不透明度差別或明度差別的來源不同，所以其二者之間的可比性較差。此外不透明度/透明度僅是指某一波長光照射織物，進一步增加了這個問題的復雜性。為了排除顏色的影響，探討織物明度和不透明度之間的關(guān)系，選取圖5中1～13號織物，比較其明度和不透明度之間的關(guān)系。同樣可以看出，即使是白色或淺色織物，其明度和不透明度之間的相關(guān)性也不大。這主要是與織物的纖維材料組成有關(guān)，不同種類纖維對可見光的吸收不同，因此，圖6示出了不同顏色的25～30號苧麻織物明度和不透明度之間的關(guān)系，可以發(fā)現(xiàn)具有一定的規(guī)律性，織物的明度越大，不透明度越小。利用明度表征纖維及織物的防透明效果，在日本的關(guān)于防透明纖維及織物的開發(fā)中應用較多。但是從本文對明度和不透明度的對比可見，應用明度表征視覺遮蔽性或防透明性有很大的局限性，應慎重選用。

2.4 可見光平均透射率、反射率與不透明度

圖6 苧麻織物明度與不透明度Fig.6 Brightness and opaqueness of ramie fabric

織物的視覺遮蔽性實際上是一個涉及到視光學、物理光學、材料科學、紡織科學等多方面的復雜問題，而本文所選用的表征指標為透明度/不透明度以及白度和不同波段下的反射率/透射率等指標，與視覺遮蔽性并不完全等同。透明度/不透明度所測試的僅僅是可見光波段范圍內(nèi)局部波長下的視覺遮蔽性，但是在目前尚無相關(guān)標準的前提下，透明度/不透明度作為造紙行業(yè)衡量紙張質(zhì)量的一個客觀指標，可以借鑒表征紡織品的視覺遮蔽性，尤其是淺色、甚至白色織物。如劉曉松等［16］研究發(fā)現(xiàn)，人眼在自然光條件下，對白色織物的主觀視覺透明感評價與白度儀測得的透明度值秩位相關(guān)系數(shù)最高，而素色織物則是與可見光波段平均透射率相關(guān)系數(shù)最高。為了進一步研究可見光波段平均透射率、反射率與不透明度的關(guān)系，將其進行對比，結(jié)果如圖7、8所示。

圖7 可見光區(qū)域內(nèi)平均透射率與不透明度Fig.7 Average transmittance and opaqueness under visible light

圖8 可見光區(qū)域內(nèi)平均反射率與不透明度Fig.8 Average reflectance and opaqueness under visible light

可以看出，可見光平均透射率和織物不透明度的相關(guān)性較大，其相關(guān)系數(shù)達到－0.8886，但低于550 nm光透射率與不透明度的相關(guān)系數(shù)(－0.8948)，而平均反射率則與不透明度的相關(guān)性不大。這主要是因為不透明度測試時的主波長在500～550 nm范圍內(nèi)，更接近于550 nm光透射率。

3 結(jié)論

1)白度與織物不透明度、透明度之間的關(guān)系不大，僅在織物為淺色或白色時，二者才具有一定相關(guān)性。明度僅在纖維材料組成相同時，才能用于表征織物的遮蔽性。

2)550 nm波長光的透射率以及可見光平均透射率和織物不透明度相關(guān)性均較好，而反射率與不透明度相關(guān)性不大;在目前標準測試方法及指標缺失的情況下，可以考慮采用這2種透射率表征及比較不同織物的視覺遮蔽性。

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