向玲杰，王 榮，易清珠，李 瑤，王 妮

(1.東華大學(xué) 紡織學(xué)院， 上海 201620； 2.東華大學(xué) 紡織面料技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 201620；3.江蘇丹毛紡織股份有限公司，江蘇 丹陽 212300)

色紡紗是由2種或2種以上不同顏色的纖維混合紡制而成的紗線，因其色彩豐富、混色效果獨(dú)特而備受青睞[1-3]，大部分天然纖維本色是白色，需要通過染色處理得到色彩豐富的紡織品。在色紡紗配色方面常見的計(jì)算機(jī)測配色模型有Kubelka-Munk模型、Stearns-Noechel模型、Friele模型和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)配色模型[4-6]，但這些模型都存在計(jì)算精度低、運(yùn)算復(fù)雜等缺點(diǎn)，在紡織行業(yè)的應(yīng)用并未普及，目前大多數(shù)紡織企業(yè)仍然采用人工配色的方法。傳統(tǒng)人工配色需要根據(jù)客戶來樣進(jìn)行人工分析，一方面受人為因素影響較大，對(duì)配色人員要求高，如在毛紡行業(yè)要求配色人員經(jīng)驗(yàn)豐富且熟悉條染拼毛過程和色彩理論；另一方面，隨著產(chǎn)品積累顏色增加，保留下來的色號(hào)也越來越多，導(dǎo)致色纖維庫存不斷增多，不利于企業(yè)的生產(chǎn)管理，影響生產(chǎn)效率[7-9]。

原色纖維混合配色，是以彩色印刷中原色油墨混合理論為依據(jù)，對(duì)比原色油墨優(yōu)選出三原色或少數(shù)幾種基礎(chǔ)色纖維，通過混配可以呈現(xiàn)一定色域范圍內(nèi)的多種顏色，促進(jìn)不同種類纖維和不同類型染料的綜合應(yīng)用，改善了企業(yè)庫存色纖維多、難以管理的問題[10-11]。但是目前對(duì)于三原色纖維混配呈色的研究還較少，優(yōu)選出來的三原色纖維與標(biāo)準(zhǔn)的原色還存在一定差距，由三原色纖維兩兩混合得到的3種間色纖維與標(biāo)準(zhǔn)的油墨間色紅、綠、藍(lán)色的色差也就更大，導(dǎo)致最終混合色域空間范圍較小。

本文以羊毛纖維為研究對(duì)象，在優(yōu)選出三原色纖維的基礎(chǔ)之上，進(jìn)一步對(duì)三間色纖維進(jìn)行優(yōu)選和改進(jìn)，得到一組由三原色纖維和三間色纖維組成的原色纖維，擴(kuò)大了原色纖維混合呈色范圍。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料及儀器

材料：本色羊毛毛條(19.5 μm)由江蘇丹毛紡織股份有限公司提供。毛用活性染料：安諾菲克斯紅AB，蘭納素黃4G，安諾菲克斯藍(lán)A3G，蘭納灑脫紅2B，安諾菲克斯紫B，蘭納灑脫綠B，安諾菲克斯橙ARG，蘭納灑脫黃4GN，由亨斯邁染料公司生產(chǎn)。染色助劑：醋酸、氫氧化鈉、硫酸銨、氨水、元明粉、勻染劑阿白格B、碳酸鈉均為市購產(chǎn)品。

儀器：DL-2003型常溫震蕩染色試驗(yàn)機(jī)(常州第二紡織儀器廠)，JA3003A電子天平(上海茲訊儀器有限公司)，Datacolor 850電腦測色配色儀(德塔顏色商貿(mào)有限公司)，DHG-9145型恒溫烘燥機(jī)(上海一恒科學(xué)儀器有限公司)，CRST-C01快速成條儀(東華大學(xué)自主研發(fā))。

1.2 羊毛纖維的染色

選用安諾菲克斯紅AB，蘭納素黃4G，安諾菲克斯藍(lán)A3G 3種染料作為品紅、黃、青三原色染料對(duì)羊毛纖維進(jìn)行染色處理，考慮到毛條上染百分率和染色深度的原因，實(shí)驗(yàn)中對(duì)不同顏色的染料均設(shè)置5個(gè)染色濃度，其染料用量分別為1%、2%、3%、4%、5%(owf)，每次實(shí)驗(yàn)中染色毛條的質(zhì)量為5 g，浴比1∶50，分別按照對(duì)應(yīng)的染色工藝曲線對(duì)纖維進(jìn)行染色處理，取出試樣后水洗并烘干，得到對(duì)應(yīng)顏色的纖維，染色工藝流程圖如圖1所示。

圖1 染色工藝曲線

不同染色濃度對(duì)應(yīng)的工藝參數(shù)見表1。

表1 染色工藝參數(shù)

1.3 染色纖維的顏色表征

將染色后的纖維開松梳理，得到均勻排布密度相似的纖維網(wǎng)，保證纖維厚度均勻且密不透光，在D65光源和10°視場條件下，用電腦測色配色儀Datacolor 850對(duì)染色后的羊毛纖維進(jìn)行測量，得到不同染色纖維的顏色特征值、光譜反射率曲線和色品坐標(biāo)，每個(gè)試樣重復(fù)測試5次。

1.4 原色纖維的混合色域空間

將染色后的纖維分別與對(duì)應(yīng)的油墨原色對(duì)比，優(yōu)選出三原色纖維，對(duì)于優(yōu)選出來的三原色纖維，利用快速成條儀將其兩兩等質(zhì)量比混合梳理，重復(fù)5次得到混合均勻的纖維網(wǎng)，作為3種間色纖維，并測量3種間色纖維的顏色值以及色品坐標(biāo)，將三原色和三間色的色品坐標(biāo)繪制到色品圖中，順次連接起來得到一個(gè)平面六邊形區(qū)域，近似表示三原色纖維均勻混合的色域范圍。

1.5 混合色域范圍的擴(kuò)大

為了進(jìn)一步擴(kuò)大原色纖維的混合色域空間，對(duì)三原色纖維兩兩混合得到的三間色纖維進(jìn)行進(jìn)一步的篩選與優(yōu)化，選用安諾菲克斯紅AB和安諾菲克斯橙ARG，蘭納灑脫綠B，安諾菲克斯紫B近似作為紅、綠、藍(lán)三間色染料上染羊毛纖維，代替染色纖維等比例混合得到的間色纖維，通過與印刷中的油墨三間色紅、綠、藍(lán)色對(duì)比篩選出新的改進(jìn)后的三間色纖維，并測量其色品坐標(biāo)與顏色值，得到改進(jìn)后的一組原色纖維混合形成的顏色空間。

1.6 原色纖維優(yōu)選及其混合色域空間的實(shí)際應(yīng)用

測量出企業(yè)常用的庫存羊毛色纖維的顏色值，將各個(gè)色纖維的色品坐標(biāo)繪制在色品圖中，與實(shí)驗(yàn)優(yōu)選出來的三原色纖維和三間色纖維的混合色域空間進(jìn)行對(duì)比，同時(shí)利用該實(shí)驗(yàn)方法從企業(yè)常用色纖維中直接篩選出一組企業(yè)的原色纖維，依次連接色品坐標(biāo)得到企業(yè)的原色纖維的均勻混合色域空間，與實(shí)驗(yàn)得到的原色纖維均勻混合色域空間對(duì)比。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 原色纖維的優(yōu)選

采用電腦測色配色儀Datacolor 850對(duì)染色后的羊毛纖維進(jìn)行測量，得到不同顏色纖維的光譜反射率值，用平滑的曲線依次連接反射光譜率值各點(diǎn)得到可見光譜反射率曲線，黃、品紅和青色纖維與油墨的光譜反射率曲線如圖2所示。

圖2 黃、品紅和青色纖維與油墨的光譜反射率曲線

由圖2可知，隨著染料用量的變化，染色纖維的光譜反射率曲線的形狀變化趨勢是保持不變的，但隨著染料用量的增加，光譜反射率曲線會(huì)整體沿著縱軸向下移動(dòng)，這說明隨著染料用量的增加，更多的染料分子轉(zhuǎn)移到羊毛纖維上，會(huì)更多地吸收入射光中各個(gè)波長的單色光，反射率隨之降低，因此光譜反射曲線會(huì)整體向下平移。通過對(duì)比不同染色纖維與對(duì)應(yīng)油墨的光譜反射率曲線可以發(fā)現(xiàn)，其反射光譜在某些波段存在差異，直接導(dǎo)致了染色纖維與油墨色彩存在一定色差，可見范圍內(nèi)物體的光譜反射率是決定物體顏色的根本因素，因此對(duì)染色纖維和原色油墨的光譜反射率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，通過比較二者之間光譜反射率均方差，以反映二者之間顏色視覺差異的大小，均方差計(jì)算公式如下：

(1)

式中：Rλ表示某一特定顏色的染色纖維對(duì)波長為λ的單色光的反射率值，RSλ指對(duì)應(yīng)該顏色纖維的原色油墨對(duì)波長為λ的單色光的反射率值。按照式(1)計(jì)算出的不同濃度染色纖維與對(duì)應(yīng)的原色油墨之間的光譜反射率值均方差如表2所示。

表2 染色纖維與原色油墨光譜反射率值的均方差

通過對(duì)比分析可以得到，染料用量1%(owf)染色濃度下的品紅色纖維、染料用量2%(owf)染色濃度條件下的黃色纖維與染料用量1%(owf)染色濃度條件下的青色纖維分別與對(duì)應(yīng)油墨的光譜反射率均方差最小，因此，選取安諾菲克斯紅AB染料用量為1%(owf)時(shí)，蘭納素黃4G染料用量為2%(owf)時(shí)以及安諾菲克斯藍(lán)A3G染料用量1%(owf)時(shí)得到的染色纖維作為優(yōu)選出來的三原色纖維。

2.2 原色纖維均勻混合的呈色范圍

將優(yōu)選出來的三原色纖維兩兩等比例混合均勻，得到3種間色纖維，測出3種間色纖維的顏色特征值，得到三原色纖維均勻混合的色域空間見圖3，x軸為紅原色比例，y軸為綠原色比例。

圖3 原色纖維混合色域空間

由圖3示出原色油墨和原色纖維混合色域?qū)Ρ?，通過三原色纖維的混合可以得到一定范圍的顏色空間，但與原色油墨相比較，三原色纖維混合所能得到的色域范圍明顯比原色油墨的色域范圍小，這一結(jié)果與趙玉等[10]及易清珠等[11]的研究一致。

2.3 改進(jìn)后原色纖維的均勻混合呈色范圍

表3 新增染色纖維的顏色特征值與對(duì)應(yīng)油墨的色差

由表3示出，當(dāng)紅色纖維染料用量為5%(owf)時(shí)，綠色纖維染料用量為1%(owf)時(shí)，以及藍(lán)色纖維染料用量為4%(owf)時(shí)，染色纖維與標(biāo)準(zhǔn)色彩之間的色差值最小。

但綠色纖維和綠色油墨之間色差較大，需要對(duì)綠色染料配方進(jìn)行改進(jìn)，由表4綠色纖維的顏色值可以看出，綠色纖維的b*值為負(fù)，而標(biāo)準(zhǔn)綠色油墨的b*值為91.5，b*值由負(fù)到正表示從藍(lán)色逐漸過渡到黃色的范圍，相比之下說明染色得到的綠色纖維比標(biāo)準(zhǔn)綠色油墨明顯偏藍(lán)光，缺少黃光，所以向蘭納灑脫綠B染料中按照質(zhì)量比6∶1、5∶1和4∶1加入同類型的蘭納灑脫黃4GN染料，即分別將6 g蘭納灑脫綠B和1 g蘭納灑脫黃4GN、5 g蘭納灑脫綠B和1 g蘭納灑脫黃4GN、4 g蘭納灑脫綠B和1 g蘭納灑脫黃4GN混合均勻后，分別以染料用量1%(owf)的染色濃度對(duì)羊毛纖維進(jìn)行染色處理，測量纖維的顏色值并計(jì)算與綠色油墨的色差值，結(jié)果如表4所示。

表4 改進(jìn)后的綠色纖維顏色值及色差值

對(duì)比得到蘭納灑脫綠B與蘭納灑脫4GN質(zhì)量比為6∶1時(shí)色差值最小，因此將其作為改進(jìn)后的綠色纖維，與紅色纖維A5和藍(lán)色纖維4共同組成改進(jìn)后的間色纖維。將改進(jìn)后的間色纖維與優(yōu)選三原色纖維的色品坐標(biāo)共同繪制在CIE193lxy色品圖中，順次連接起來得到改進(jìn)后的原色纖維混合色域空間(圖3)。根據(jù)圖3色品圖中原色纖維混合呈色范圍可以看出，改進(jìn)后的原色混合色域范圍不僅覆蓋了原本的三原色纖維混合色域空間，且明顯比原本的三原色纖維混合呈色范圍更大，說明通過改進(jìn)后的原色纖維混合可以獲得更加豐富的顏色類型。

2.4 實(shí)際應(yīng)用

企業(yè)常用羊毛色纖維的顏色值以及實(shí)驗(yàn)得到的原色纖維混合色域空間和企業(yè)優(yōu)選原色纖維混合色域空間如圖4所示。

圖4 企業(yè)原色纖維混合色域空間及其常用色

由圖4示出，由實(shí)驗(yàn)優(yōu)選出來的原色纖維均勻混合色域空間覆蓋了220種企業(yè)常用羊毛色纖維中的大多數(shù)，只有少數(shù)色纖維的色品坐標(biāo)落在實(shí)驗(yàn)得到的原色纖維混合色域空間范圍之外。再利用上述實(shí)驗(yàn)方案直接從企業(yè)常用色纖維中篩選出企業(yè)的原色纖維，將其色品坐標(biāo)順次連接起來得到企業(yè)原色纖維混合色域空間，發(fā)現(xiàn)企業(yè)原色纖維混合色域空間可覆蓋213種庫存色纖維，只有7種色纖維的色品坐標(biāo)在該色域范圍之外，但也都靠近該色域空間范圍，可有效減少企業(yè)色纖維庫存，利于生產(chǎn)管理，進(jìn)一步驗(yàn)證了本文實(shí)驗(yàn)方案的可行性與有效性。

3 結(jié) 論

①利用不同顏色染料在不同染料用量條件下對(duì)羊毛纖維進(jìn)行染色處理后，對(duì)比染色纖維與標(biāo)準(zhǔn)油墨三原色的色差值以及二者間的光譜反射率值均方差，優(yōu)選出來的三原色纖維分別是染料用量為1%(owf)的品紅色纖維，染料用量為2%(owf)的黃色纖維，以及染料用量為1%(owf)的青色纖維。

②新增原色染料對(duì)羊毛纖維進(jìn)行染色后，通過與標(biāo)準(zhǔn)油墨的色差值比較和光譜反射率值統(tǒng)計(jì)分析，確定了染料用量為5%(owf)的紅色纖維，染料用量為1%(owf)的綠色纖維，以及染料用量為4%(owf)的藍(lán)色纖維作為3種間色纖維，代替三原色纖維混合得到的3種間色纖維，與優(yōu)選的三原色纖維共同組成一組原色纖維，明顯擴(kuò)大了原色纖維混合色域空間。

③利用上述實(shí)驗(yàn)理論和方案直接從企業(yè)庫存常用羊毛色纖維中篩選出一組企業(yè)的原色纖維，得到的均勻混合色域空間可覆蓋96.8%以上的庫存色纖維顏色范圍，減少了企業(yè)色纖維存儲(chǔ)，便于管理。