羊毛用原色纖維混合色域空間擴展研究

向玲杰，王 榮，易清珠，李 瑤，王 妮

(1.東華大學 紡織學院， 上海 201620； 2.東華大學 紡織面料技術教育部重點實驗室，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算機測配色模型有Kubelka-Munk模型、Stearns-Noechel模型、Friele模型和BP神經網絡配色模型[4-6]，但這些模型都存在計算精度低、運算復雜等缺點，在紡織行業的應用并未普及，目前大多數紡織企業仍然采用人工配色的方法。傳統人工配色需要根據客戶來樣進行人工分析，一方面受人為因素影響較大，對配色人員要求高，如在毛紡行業要求配色人員經驗豐富且熟悉條染拼毛過程和色彩理論；另一方面，隨著產品積累顏色增加，保留下來的色號也越來越多，導致色纖維庫存不斷增多，不利于企業的生產管理，影響生產效率[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，對比原色油墨優選出三原色或少數幾種基礎色纖維，通過混配可以呈現一定色域范圍內的多種顏色，促進不同種類纖維和不同類型染料的綜合應用，改善了企業庫存色纖維多、難以管理的問題[10-11]。但是目前對于三原色纖維混配呈色的研究還較少，優選出來的三原色纖維與標準的原色還存在一定差距，由三原色纖維兩兩混合得到的3種間色纖維與標準的油墨間色紅、綠、藍色的色差也就更大，導致最終混合色域空間范圍較小。

本文以羊毛纖維為研究對象，在優選出三原色纖維的基礎之上，進一步對三間色纖維進行優選和改進，得到一組由三原色纖維和三間色纖維組成的原色纖維，擴大了原色纖維混合呈色范圍。

1 實 驗

1.1 實驗材料及儀器

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。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、碳酸鈉均為市購產品。

儀器：DL-2003型常溫震蕩染色試驗機(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(德塔顏色商貿有限公司)，DHG-9145型恒溫烘燥機(上海一恒科學儀器有限公司)，CRST-C01快速成條儀(東華大學自主研發)。

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A3G 3種染料作為品紅、黃、青三原色染料對羊毛纖維進行染色處理，考慮到毛條上染百分率和染色深度的原因，實驗中對不同顏色的染料均設置5個染色濃度，其染料用量分別為1%、2%、3%、4%、5%(owf)，每次實驗中染色毛條的質量為5 g，浴比1∶50，分別按照對應的染色工藝曲線對纖維進行染色處理，取出試樣后水洗并烘干，得到對應顏色的纖維，染色工藝流程圖如圖1所示。

圖1 染色工藝曲線

不同染色濃度對應的工藝參數見表1。

表1 染色工藝參數

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，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對染色后的羊毛纖維進行測量，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，每個試樣重復測試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應的油墨原色對比，優選出三原色纖維，對于優選出來的三原色纖維，利用快速成條儀將其兩兩等質量比混合梳理，重復5次得到混合均勻的纖維網，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，將三原色和三間色的色品坐標繪制到色品圖中，順次連接起來得到一個平面六邊形區域，近似表示三原色纖維均勻混合的色域范圍。

1.5 混合色域范圍的擴大

為了進一步擴大原色纖維的混合色域空間，對三原色纖維兩兩混合得到的三間色纖維進行進一步的篩選與優化，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、藍色對比篩選出新的改進后的三間色纖維，并測量其色品坐標與顏色值，得到改進后的一組原色纖維混合形成的顏色空間。

1.6 原色纖維優選及其混合色域空間的實際應用

測量出企業常用的庫存羊毛色纖維的顏色值，將各個色纖維的色品坐標繪制在色品圖中，與實驗優選出來的三原色纖維和三間色纖維的混合色域空間進行對比，同時利用該實驗方法從企業常用色纖維中直接篩選出一組企業的原色纖維，依次連接色品坐標得到企業的原色纖維的均勻混合色域空間，與實驗得到的原色纖維均勻混合色域空間對比。

2 實驗結果與分析

2.1 原色纖維的優選

采用電腦測色配色儀Datacolor 850對染色后的羊毛纖維進行測量，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，光譜反射率曲線會整體沿著縱軸向下移動，這說明隨著染料用量的增加，更多的染料分子轉移到羊毛纖維上，會更多地吸收入射光中各個波長的單色光，反射率隨之降低，因此光譜反射曲線會整體向下平移。通過對比不同染色纖維與對應油墨的光譜反射率曲線可以發現，其反射光譜在某些波段存在差異，直接導致了染色纖維與油墨色彩存在一定色差，可見范圍內物體的光譜反射率是決定物體顏色的根本因素，因此對染色纖維和原色油墨的光譜反射率進行統計分析，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，均方差計算公式如下：

(1)

式中：Rλ表示某一特定顏色的染色纖維對波長為λ的單色光的反射率值，RSλ指對應該顏色纖維的原色油墨對波長為λ的單色光的反射率值。按照式(1)計算出的不同濃度染色纖維與對應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應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，蘭納素黃4G染料用量為2%(owf)時以及安諾菲克斯藍A3G染料用量1%(owf)時得到的染色纖維作為優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對比，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，這一結果與趙玉等[10]及易清珠等[11]的研究一致。

2.3 改進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應油墨的色差

由表3示出，當紅色纖維染料用量為5%(owf)時，綠色纖維染料用量為1%(owf)時，以及藍色纖維染料用量為4%(owf)時，染色纖維與標準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，需要對綠色染料配方進行改進，由表4綠色纖維的顏色值可以看出，綠色纖維的b*值為負，而標準綠色油墨的b*值為91.5，b*值由負到正表示從藍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準綠色油墨明顯偏藍光，缺少黃光，所以向蘭納灑脫綠B染料中按照質量比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)的染色濃度對羊毛纖維進行染色處理，測量纖維的顏色值并計算與綠色油墨的色差值，結果如表4所示。

表4 改進后的綠色纖維顏色值及色差值

對比得到蘭納灑脫綠B與蘭納灑脫4GN質量比為6∶1時色差值最小，因此將其作為改進后的綠色纖維，與紅色纖維A5和藍色纖維4共同組成改進后的間色纖維。將改進后的間色纖維與優選三原色纖維的色品坐標共同繪制在CIE193lxy色品圖中，順次連接起來得到改進后的原色纖維混合色域空間(圖3)。根據圖3色品圖中原色纖維混合呈色范圍可以看出，改進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，說明通過改進后的原色纖維混合可以獲得更加豐富的顏色類型。

2.4 實際應用

企業常用羊毛色纖維的顏色值以及實驗得到的原色纖維混合色域空間和企業優選原色纖維混合色域空間如圖4所示。

圖4 企業原色纖維混合色域空間及其常用色

由圖4示出，由實驗優選出來的原色纖維均勻混合色域空間覆蓋了220種企業常用羊毛色纖維中的大多數，只有少數色纖維的色品坐標落在實驗得到的原色纖維混合色域空間范圍之外。再利用上述實驗方案直接從企業常用色纖維中篩選出企業的原色纖維，將其色品坐標順次連接起來得到企業原色纖維混合色域空間，發現企業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，可有效減少企業色纖維庫存，利于生產管理，進一步驗證了本文實驗方案的可行性與有效性。

3 結 論

①利用不同顏色染料在不同染料用量條件下對羊毛纖維進行染色處理后，對比染色纖維與標準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新增原色染料對羊毛纖維進行染色后，通過與標準油墨的色差值比較和光譜反射率值統計分析，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，與優選的三原色纖維共同組成一組原色纖維，明顯擴大了原色纖維混合色域空間。

③利用上述實驗理論和方案直接從企業庫存常用羊毛色纖維中篩選出一組企業的原色纖維，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，減少了企業色纖維存儲，便于管理。