陳麗麗，曹秀明，王 妮，施楣梧

(1.東華大學(xué)a.紡織學(xué)院； b.生態(tài)紡織教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 201620； 2.江蘇陽光股份有限公司，江蘇 江陰 214426； 3.總后軍需裝備研究所，北京 100082 )

近年來，隨著全球氣溫的不斷攀升，面料輕薄化的趨勢愈加明顯。數(shù)據(jù)顯示，自20世紀(jì)80年代以來，幾乎所有紡織面料的面密度都大大降低。就毛紡織物而言，其面密度在1980—1990年間下降幅度就達(dá)到了60 g/m2左右，而這個趨勢仍在延續(xù)[1]；就服裝產(chǎn)品而言，大量兼具輕薄和保暖特性的秋冬服裝占領(lǐng)市場，例如優(yōu)衣庫新推產(chǎn)品——薄得可以團(tuán)起來塞進(jìn)小包的輕羽絨服一上市便受到廣大消費(fèi)者的追捧，媒體也評價其為近幾年服裝創(chuàng)新最成功的產(chǎn)品[2]。秋冬服裝尚且如此，春夏自不必說。高支棉、麻、絲、毛、超細(xì)纖維及其混紡原料等得到進(jìn)一步研發(fā)，結(jié)合精細(xì)化的纖維整理和高支甚至超高支紡紗等新型技術(shù)，紗線高支化和產(chǎn)品輕薄化的趨勢愈加明顯[3]。

但是，過度追求輕薄所帶來的是產(chǎn)品基本功能——遮蔽性的弱化，尤其對淺色織物而言，遮蔽性不足的問題尤為突出?；谌藗兊男枨?，防透明纖維及視覺遮蔽性紡織品應(yīng)運(yùn)而生，很好地解決了面料輕薄化與遮蔽性不足之間的矛盾。然而，迄今為止，在織物的視覺遮蔽性方面還未建立一套完善的測試評價方法，大大限制了此類產(chǎn)品的進(jìn)一步發(fā)展。目前，分光光度計是國內(nèi)最為通用也相對權(quán)威的一種織物視覺遮蔽性測試儀器，但購置成本較高。基于比較背襯黑白板后織物的色差變化的理論可行性，本文提出并驗(yàn)證了用色差儀測試方法表征織物視覺遮蔽性的新思路。

關(guān)于織物視覺遮蔽性的測試方法可分為主觀和客觀兩大類。

(1)主觀方法。 施楣梧等[4-5]提出可簡便借助“描圖紙的透明性能”測試，即將 8 張掃描圖紙疊合在一起，觀察“1.5 mm×60 mm”墨線的清晰程度來表征視覺遮蔽性。同時，施楣梧[5]等還借助標(biāo)準(zhǔn)光源箱， 以“評定變色用灰色樣卡”中的 1 級色差灰色樣卡為標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，將待測織物覆蓋其上，根據(jù)GB/T 250—2008《紡織品色牢度試驗(yàn)評定變色用灰色樣卡》的判斷方法，對其色差級別進(jìn)行判讀，得到4 級 9 檔視覺遮蔽效果值。該方法是我國海軍首批裝備——防透襯衣視覺遮蔽性的評價方法[5]。無獨(dú)有偶，陳麗芬等[6-7]研究的織物視覺遮蔽性測試方法也是基于一種如圖1所示的防透評級樣卡進(jìn)行遮蔽性評級。

主觀評價方法方便快捷且可操作性強(qiáng)，對織物進(jìn)行定性分析十分有效。然而，人眼能夠識別的差異有限，當(dāng)視覺遮蔽性的差異超出人眼能夠識別的范圍時，就需要通過客觀方法進(jìn)行定量分析。

圖1 防透評級樣卡Fig.1 Antitransparent rating cards

(2)客觀方法。通常需借助于測量儀器，其中以分光光度計的應(yīng)用最為廣泛。然而，分光光度計只可獲取能量的透過比例，不涉及光學(xué)成像，并非表征織物視覺遮蔽性的最佳選擇，而且其高昂的購置成本限制了進(jìn)一步的應(yīng)用。而色差儀在這方面的優(yōu)勢則相當(dāng)明顯，由于其遮蔽性，織物在襯墊黑白板后，將呈現(xiàn)出有別于其自身固有色的另外一種顏色，借助色差儀獲取兩種情況下的色差便能表征相應(yīng)的遮蔽性強(qiáng)弱?；谝陨侠碚撛O(shè)想，本文提出用色差儀法表征織物視覺遮蔽性的新思路。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試樣準(zhǔn)備

為驗(yàn)證色差儀法的普適性，在試樣的選擇方面力求多樣化。因此，試驗(yàn)選用不同纖維種類、顏色和織物組織的試樣60種，具體規(guī)格詳見表1和2所示。其中，1～31為白色織物(29～31帶有細(xì)條紋)，32～33/34～35/36～41/42～49為控制顏色為單一變量的不同顏色織物，50～60為織物組織結(jié)構(gòu)、厚度、面密度以及顏色皆不相同的織物(未控制顏色為單一變量)。在所有的主客觀測試評價之前，試樣均放置于標(biāo)準(zhǔn)溫濕度環(huán)境條件下平衡24 h。

1.2 測試方法與原理

為檢驗(yàn)色差儀法測量織物視覺遮蔽性的準(zhǔn)確性，需建立相應(yīng)的對比試驗(yàn)，即人眼視覺評價法和分光光度計法。

表1白色織物基本參數(shù)
Table1Basicparametersofwhitesamples

編號組織結(jié)構(gòu)紗線密度/(根·(10 cm)-1)經(jīng)緯厚度/mm面密度/(g·m-2)CIE顏色L*a*b*1平紋4453230.05914.98492.69-0.72 5.602緞紋4152450.10821.96692.89-0.645.033平紋4613090.05850.16192.39-0.555.364平紋3603010.12756.84992.82-0.645.595平紋4303150.14476.04692.472.18-8.286平紋6255150.14199.07994.622.97-10.337平紋3842950.193102.04293.80-0.444.038平紋2372210.135103.36294.822.65-7.829平紋4552950.180104.71995.002.32-8.0310斜紋5153460.215105.50395.013.06-10.2011平紋3953200.242106.89593.35-0.433.7912平紋6055290.129108.12395.292.42-10.2913斜紋5543820.238110.10095.682.77-12.7114針織2001420.529115.78391.61-0.955.2715斜紋4853530.256116.63895.222.14-7.9816平紋+斜紋5203130.235119.04394.792.82-10.3517平紋+斜紋5303100.180119.41995.374.32-13.8618斜紋4903600.206121.28994.951.84-6.6519斜紋3983320.345124.04494.733.01-12.1820平紋4152950.231144.30695.373.49-11.1721緞紋3253410.360145.88695.583.59-12.5822斜紋4753400.253156.50592.862.99-14.0023平紋3362210.281174.19892.471.42-7.7724斜紋3502900.334183.05892.533.37-16.6525平紋2452220.338186.97093.742.12-9.5926平紋2512290.311187.65493.732.27-9.3027斜紋3382590.346191.89892.173.04-14.0828平紋2482260.355194.12193.652.81-11.8329平紋6754250.16396.53792.493.48-12.4530斜紋4883620.242119.23992.351.83-10.1431斜紋5584110.213121.25892.403.29-11.89 注: 2～5、8、18、21～28為滌綸織物;6～7、9～13、15～17、19～20、29～31為棉織物;1為蠶絲織物;14為滌棉交織。平紋+斜紋: 織物組織結(jié)構(gòu)為若干厘米平紋與若干厘米斜紋交替出現(xiàn),下文表格同此意。

表2 有色織物基本參數(shù)Table 2 Basic parameters of colorful samples

(續(xù) 表)

1.2.1 人眼視覺評價法

人眼視覺評價法是借鑒文獻(xiàn)[6-7]的防透評級樣卡進(jìn)行織物防透等級的評定。該評級樣卡根據(jù)字形大小和顏色深淺搭配分為1.0～5.0級，1.0級字形最小、顏色最淺，5.0級字形最大、顏色最深。將20 cm×20 cm的試樣平鋪于評級樣卡上，觀察者在北向自然光條件下，眼睛與試樣距離為50～80 cm，視線垂直于試樣，以能清晰判讀樣卡上字向的最低級數(shù)為起點(diǎn)，通過目測判讀相應(yīng)等級上全部字的方向來確定面料的防透等級[8-9]。級數(shù)越小，表明織物的視覺遮蔽效果越差，反之越好?？椢镆曈X遮蔽性試驗(yàn)通過隨機(jī)邀請視力正常的20人目測判讀實(shí)現(xiàn)。觀察者但凡有一字讀錯或難以判斷，就上移一個等級，直至能夠準(zhǔn)確判讀所有字向，以此確定面料的防透等級并記錄[10-11]。更換觀察者，重復(fù)前述步驟。最后，對20人的判讀結(jié)果取平均值，進(jìn)行秩位排序，以便與分光光度計和色差儀測量結(jié)果進(jìn)行秩相關(guān)性分析。

1.2.2 分光光度計法

織物視覺遮蔽性試驗(yàn)選用日本日立公司的U-4100型紫外可見近紅外分光光度儀作為試驗(yàn)儀器。通過分光光度計可獲得多項(xiàng)用于表征織物視覺遮蔽性的指標(biāo)，如: 555 nm(明視覺下人眼最敏感的可見光波段)波長光透射率、可見光范圍內(nèi)的平均透射率和反射率、總光通量透射比等。試驗(yàn)引入紡織行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)FZ/ T 01009—2008《紡織品織物透光性的測定》對片狀紡織品在可見光范圍內(nèi)的透射率總量指標(biāo)進(jìn)行檢測，即采用總光通量透射比作為表征織物視覺遮蔽性的指標(biāo)。

總光通量透射比計算如式(1)所示。

(1)

式中:τt為試樣總光通量透射比(%)；τt(λ)為試樣在波長λ處的單色光譜透射比(%)；S(λ)為CIE(國際照明委員會)標(biāo)準(zhǔn)照明體D65相對光譜功率分布；V(λ)為光譜光視效率，等于CIE色匹配函數(shù)；Δλ為波長間隔(10 nm)。其中相對光譜功率分布S(λ)以及光譜光視效率V(λ)可通過查表獲得。

1.2.3 色差儀法

本文選用HZ-2503C型電腦色差儀作為測試儀器，該儀器依據(jù)CIE標(biāo)準(zhǔn)和國家標(biāo)準(zhǔn)研制而成，主要用于被檢品的色差評定。在織物視覺遮蔽性方面，檢測背襯黑白板(其中黑板的明度大小L*、偏紅偏綠程度a*、偏黃偏藍(lán)程度b*值分別為27.17，0.33，-0.41；白板的L*、a*、b*值分別為90.07，0.24，-5.05)后織物的色差變化來表征遮蔽效果，在原理上正好與色差儀相符。

色差公式如式(2)所示。

(2)

2 結(jié)果與分析

2.1 人眼視覺評價法與分光光度計法

表3 白色織物視覺遮蔽性測試結(jié)果Table 3 Test results of white samples with visual shielding property

圖2 主客觀方法測試結(jié)果秩相關(guān)性分析(白色織物)Fig.2 Rank correlation analysis of subjective and objective test results (white fabrics)

29～35織物在可見光范圍內(nèi)的透射率如圖3所示，29～31為帶有深色細(xì)條紋的白色織物，條紋間距在10 mm以上，其在可見光范圍內(nèi)的光透射率變化同1～28白色織物類似，即波動不大，表明該條紋對其視覺遮蔽性影響較小。這很可能是因?yàn)?種織物的條紋都較細(xì)且間距較大，所起到的視覺遮擋效果較弱。由于怎樣設(shè)置條紋間距和如何控制條紋粗細(xì)能達(dá)到較好的視覺遮蔽效果并不是本文的主要研究內(nèi)容，在后續(xù)關(guān)于白色織物不同測試結(jié)果的相關(guān)性分析中，不再考慮29～31織物。此外，由于34、35、37、40、46～48、53織物的視覺遮蔽性能極好，其對防透評級樣卡上的最高級別5.0級上的字形都難以分辨，即人眼無法獲取其防透等級，也就無法進(jìn)行秩位排序，更不能與分光光度計測量結(jié)果進(jìn)行秩相關(guān)性分析，后續(xù)關(guān)于有色織物不同測試結(jié)果的相關(guān)性分析中，將這幾種織物也排除在外，余下21種有色織物的測試結(jié)果如表4所示。

圖3 29～35織物在可見光范圍內(nèi)透射率Fig.3 Transmittance of fabrics from 29 to 35 in visible range表4 有色織物視覺遮蔽性測試結(jié)果Table 4 Test results of colorful samples with visual shielding property

編號3233363839414243444549顏色黃粉黃紫粉藍(lán)灰淺黃深黃米黃橙R03.2254.2003.3754.0753.7503.3504.0003.3253.6503.0253.450γ082112201611191015613Tz24.67216.81823.44819.98521.61024.26021.66524.10324.16533.26021.429γz719111714813109415編號50515254555657585960顏色黑褐綠黃粉淺藍(lán)綠淺黃藍(lán)深黃R03.0002.7502.6751.5503.7753.2002.9753.8003.5503.300γ05321177418149Tz35.96139.64421.97934.59316.04827.74226.99420.54517.09714.600γz211232056161821

有色織物主客觀方法測試結(jié)果的線性相關(guān)圖像如圖4所示。由圖4可見，對有色織物而言，主客觀方法測量結(jié)果之間的相關(guān)性程度明顯不如白色織物，散點(diǎn)圖略顯分散(rs為0.736 4)。因?yàn)榉止夤舛扔媽τ诳椢镎诒涡缘臏y量僅從能量透過角度進(jìn)行考慮而不涉及光學(xué)成像因素。不同顏色織物對光的特定波段有選擇性的吸收，進(jìn)而影響織物的總光通量透射比，而人眼視覺評價的是視覺透明感，涉及視覺對顏色靈敏程度的綜合評價[10]。由此可見，分光光度計雖是目前定量表征織物視覺遮蔽性最為權(quán)威的測試儀器，但依然存在著某些亟待改進(jìn)的缺陷。

圖4 主客觀方法測試結(jié)果秩相關(guān)性分析(有色織物)Fig.4 Rank correlation analysis of subjective and objective test results (colorful fabrics)

2.2 色差儀

色差儀測得白色和有色織物的色差指標(biāo)與主客觀方法的測試對比結(jié)果如表5和6所示。將1～31織物襯墊黑白板后的色差值與總光通量透射比進(jìn)行趨勢比較，如圖5所示。色差值總體趨勢與總光通量透射比的結(jié)果較為一致，呈正相關(guān)關(guān)系，即總光通量透射比越大，襯墊黑白板后織物的色差值越大，織物越透明。

圖5 背襯黑白板后色差值與總光通量透射比之間的關(guān)系(白色織物)Fig.5 The relationship between the chromatic aberration after backing white and black board and the total luminous flux(white fabrics)表5 白色織物色差儀測量結(jié)果Table 5 Testing results of white fabrics with colorimeter

編號12345678910愰E37.94031.42021.97726.23620.7859.8029.82915.2365.7419.029γE124359861914編號11121314151617181920愰E8.3699.0318.0789.5268.0359.29310.4693.6736.8829.430γE1513161017127211811編號2122232425262728愰E4.9981.9241.6181.6512.8633.2220.7642.493γE2025272623222824 注: γE為襯墊黑白板后織物色差秩位,下文表格同此意。

表6 有色織物色差儀測量結(jié)果Table 6 Testing results of colorful fabrics with colorimeter

為獲取定量的相關(guān)性指標(biāo)，分別以人眼視覺評價的防透等級秩位與分光光度計的總光通量透射比秩位為橫軸，以襯墊黑白板后織物的色差值秩位為縱軸進(jìn)行秩相關(guān)性分析，如圖6所示。由圖6可知，rs分別為0.938 7和0.987 4，均與1較為接近，置信度為0.01時，織物襯墊黑白板所測色差值與主客觀方法測量結(jié)果的相關(guān)性是顯著的。其中與分光光度計法的相關(guān)性尤為顯著，秩相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.9874。由此可見，就白色織物而言，通過比較背襯黑白板后織物的色差變化大小可以起到與分光光度計較為一致的視覺遮蔽性表征結(jié)果。

(a)

(b)圖6 色差儀法與主客觀方法測試結(jié)果秩相關(guān)性分析(白色織物)Fig.6 Colorimeter test results comparing to subjective and objective method’s on rank correlation analysis(white fabrics)

與主觀方法rs=0.938 7比較，色差儀也僅稍遜于分光光度計(rs=0.940 9)。因此，可以推斷就白色織物而言，借助色差儀獲取背襯黑白板后織物的色差值，可以較好地表征織物視覺遮蔽性。此外，由于色差儀的易操作以及低成本等優(yōu)勢，在白色織物的測量上，色差儀更具優(yōu)勢。

而就有色織物而言，其襯墊黑白板后的色差值與總光通量透射比的趨勢線走向依然呈現(xiàn)很強(qiáng)的相關(guān)性，如圖7所示。通過比較色差值與主客觀測量結(jié)果的秩相關(guān)系數(shù)值(如圖8所示)發(fā)現(xiàn)，其間的相關(guān)性程度依然不如白色織物。與白色織物不同的是，有色織物的色差儀與人眼視覺評價結(jié)果的相關(guān)性程度(rs=0.823 4)明顯高于主客觀方法(rs=0.736 4)之間的比較結(jié)果，而與客觀的分光光度計測量結(jié)果的相關(guān)系數(shù)也有0.7078，與主客觀方法之間的比較結(jié)果相比相關(guān)性顯著。

因此，就目前結(jié)果而言，相比較分光光度計的總光通量透射比，色差儀通過色差原理所取得的背襯黑白板后織物的色差大小更適合于表征有色織物的視覺遮蔽性。試驗(yàn)結(jié)果也可表明，雖然色差儀與分光光度計在工作原理上存在較大差異，但均能較好地表征織物的視覺遮蔽性。

圖7 背襯黑白板后色差值與總光通量透射比之間的關(guān)系(有色織物)Fig.7 The relationship between the chromatic aberration after backing white and black board and the total luminous flux(colorful fabric)

(b)圖8 色差儀法與主客觀方法測試結(jié)果秩相關(guān)性分析(有色織物)Fig.8 Colorimeter test results comparing to subjective and objective method’s on rank correlation analysis(colorful fabrics)

2.3 關(guān)于借助色差儀評價視覺遮蔽性的設(shè)想

色差儀可用于測量標(biāo)準(zhǔn)樣與待測樣的色差，為控制產(chǎn)品的色差級別，該儀器在參數(shù)設(shè)置中有容差這一關(guān)鍵指標(biāo)，如圖9所示。容差值人為設(shè)定，可根據(jù)顏色管理要求的高低判斷色差是否為合格的標(biāo)準(zhǔn)值[16-17]。若測出的色差值小于容差值，即為合格，大于則不合格。該儀器對色差的測量非常精確，并可對不同的色差值進(jìn)行級別劃分，如圖10所示。根據(jù)色差值大小的不同，將色差分為1.0～5.0級9個等級，1.0級表示色差最大，產(chǎn)品顏色質(zhì)量最差(類比視覺遮蔽性最差)，5.0級表示色差最小，產(chǎn)品顏色質(zhì)量最佳(類比視覺遮蔽性最佳)。圖9和10均引自色彩品質(zhì)管理系統(tǒng)CQCS3操作說明書。

圖9 容差等參數(shù)設(shè)置Fig.9 Tolerance parameter setting

圖10 色差等級設(shè)置Fig.10 Color grading

該等級設(shè)置與文獻(xiàn)[6-7]研究的防透評級樣卡相似。因此，不僅可通過色差判斷產(chǎn)品的視覺遮蔽性是否為合格，還可通過色差值所屬級別的不同比較產(chǎn)品的優(yōu)劣。而這一點(diǎn)對于改進(jìn)色差儀的功能，從而能夠進(jìn)行織物視覺遮蔽性的表征有著很大的借鑒意義。

3 結(jié) 論

(1) 通過人眼視覺評價法(防透等級)與分光光度計法(總光通量透射比)的秩相關(guān)性分析可知，白色織物的秩相關(guān)系數(shù)rs為0.940 9，相關(guān)性顯著，而有色織物rs為0.736 4，相關(guān)性稍弱。

(2) 對白色織物而言，其襯墊黑白板后色差測量結(jié)果與分光光度計結(jié)果幾乎一致(rs=0.987 4)，而與主觀人眼視覺評價法的測量結(jié)果也存在很高的一致性(rs=0.938 7)。因此，通過比較襯墊黑白板后織物的色差變化，即總色差可以表征白色織物的防透性能。

(3) 對于有色織物，襯墊黑白板后色差儀測量結(jié)果與人眼視覺評價法和分光光度計法測量結(jié)果的秩相關(guān)系數(shù)分別為0.823 4和0.707 8。該法與主觀視覺評價結(jié)果的秩相關(guān)系數(shù)(rs=0.823 4)明顯高于分光光度計法與主觀方法之間的秩相關(guān)系數(shù)(rs=0.736 4) 。研究結(jié)果為色差儀替代分光光度計進(jìn)行織物視覺遮蔽性的表征提供了一定的試驗(yàn)依據(jù)。

(4) 通過色差儀功能中容差以及色差等級的設(shè)置等，可對織物的視覺遮蔽性進(jìn)行快速簡便的評級，并可判斷其視覺遮蔽性合格與否。