原液著色滌/粘雙組分雙色纖維混配色研究

李少聰　王旭　方寅春　張文強　彭旭光　石榮亮

摘 要：為了提高滌/粘雙組分色紡紗配色效率，運用Kubelka-Munk理論，通過K/S值的計算，構建一種雙組分雙色混配色模型。以3種單色滌綸短纖維和3種單色粘膠短纖維為研究對象，分別選擇1種滌綸和1種粘膠纖維形成3種雙組分搭配方式，并按9種不同混合比例共形成27種混色纖維樣品，運用Kubelka-Munk理論對6種單色纖維及27種混色纖維的K/S值的加和性進行研究。結果表明：在可見光范圍內，滌/粘雙組分不同比例混合的K/S值，總是介于該波長下的2個不同組分單色纖維的K/S值之間，且對于藍T/紅R混配時，除個別預測偏差較大外，總體效果好，黃T/藍R以及紅T/黃R，均呈現預測偏差兩頭小中間大的特征。

關鍵詞：滌/粘雙組分；色紡紗混配色；K/S；Kubelka-Munk理論；顏色預測

中圖分類號：TS101.2文獻標識碼：A 文章編號：2095－414X（2023）05－0017－08

以原液著色纖維為原料的色紡紗生產具有節能減排、環境友好等優點[1]，而纖維混配色是重要的環節之一。傳統纖維混配色大多基于人工經驗進行，具有效率低、主觀性強等缺點[2]，因此借助計算機輔助測配色來提高配色打樣效率及客觀性，成為該領域研究熱點。當前色紡紗混配色研究主要有兩種，一是基于Kubelka-Munk[3]、Friele[4]、Stearns-Noechel[5]等模型以及對其算法改進的配色預測，二是基于如Ga-BP神經網絡、人眼視覺特性等方法進行配色預測。高新等[6]基于Kubelka-Munk模型預測比例前先對數據進行標準化映射，以此來提高單常數模型的準確性，結果顯示對混色棉纖維的顏色預測取得了較好的預測效果，模型預測精度有明顯的提高。王卓等[7]將最小二乘法用于雙常數Kubelka-Munk模型，使得配色模型預測精度更高。馬崇啟等[8]通過改變Friele模型中參數Q的確定方法，并進行實際打樣驗證，得到了較好的結果。沈加加等[9]基于Friele模型的色紡紗計算機光譜配色原理，優化了Friele模型參數σ。馬崇啟等[10]改進Stearns-Noechel模型算法中未知參數M值的確定方法、初始配方的計算方法以及結合人眼視覺特性進行色紡紗配色的假設，提高色紡紗配色的準確性。此外，基于BP神經網絡算法模型[11-12]，當測試樣本在訓練樣本中時結果精確，但不在訓練樣本中時其色差較大，精度低，因此其配色結果與樣本

容量大小有較大關系，而Friele與Stearns-Noechel模型中都有未知參數，其預測結果與參數有很大關系，且不同纖維材料的參數不同，對配色結果影響較大，而單常數Kubelka-Munk模型則不涉及材質相關的參數的計算。目前色紡領域滌/粘（T/R）混紡產品較為常用，故本文擬采用Kubelka-Munk模型，選用原液著色滌、粘兩種組分，以及紅、黃、藍三種顏色，按照一定比例混配，討論了各組分單纖維與不同比例雙組分混配纖維的K/S值之間的加和性關系，并對纖維的實際混合比例和計算混合比進行比較，研究結果為企業提高配色打樣效率提供一種可行的方法。

1? Kubelka-Munk模型

1931年，Kubelka和Munk提出了光線在不同介質中被吸收和散射的光學理論和光二通道理論模型，并逐漸形成Kubelka-Munk（K-M）理論，即物體反射率R與吸收系數K和散射系數S關系如式（1）：

（1）

式中：R為不透明物體的反射率；K為吸收系數；S為散射系數。

在20世紀60年代，Davidson等[13-14]將K-M理論“色料混合理論”相結合，得到K-M單常數和K-M雙常數理論。在色紡領域，單常數K-M理論和雙常數K-M理論是在不同假設前提下由K-M理論導出的兩個推論。

2實驗

2.1實驗材料

大紅、寶蘭G、金黃原液著色的滌綸纖維，規格為1.5dtex×38mm，分別記A、B、C。大紅、寶蘭G、金黃原液著色的粘膠纖維，規格為1.5dtex×38mm，分別記D、E、F。上述原料由滁州安興環保彩纖有限公司提供。

2.2實驗方案

將三種滌綸纖維與三種粘膠纖維進行兩兩混搭，分別為AF、CE、BD，每對組合按1∶9，2∶8，…，9∶1比例混合，分別記作AF1，AF2，…，AF9；CE1，…，CE9；BD1，…，BD9，共形成27個均勻混纖樣品，每個樣品質量100g。具體實驗材料如表1所示。

使用Hunterlab測色儀，波長范圍400～700nm（10nm間隔）、CIELAB標尺、D65光源、10°測量、25.4mm測量孔徑。取纖維樣品定重1.17～1.18g，每個樣品測試4次取平均K/S值。測得6種單色樣及27種混配樣的K/S值見表2、表3、表4、表5所示。

3結果與討論

圖1所示為6種單色纖維在400-700nm波長范圍內的K/S值，其中圖1（a）、（b）分別為3種滌綸纖維和3種粘膠纖維的K/S值分布情況，A、B、C分別表示大紅、寶藍、金黃色滌綸纖維，D、E、F分別表示大紅、寶蘭G、金黃粘膠纖維。

從圖1（a）、（b）中可以看出，對于3種滌綸纖維來說，不同顏色K/S值明顯存在區別，如：A在400nm～550nm時的K/S較大，而在600nm之后K/S很小，基本不吸收此波段的光，故呈現紅色。同時，色系接近的滌綸纖維和粘膠纖維，K/S值在400-700nm波長范圍內的分布趨勢相似。研究表明[15]，直接利用不同顏色纖維的反射率，進行混配色纖維反射率加權平均，其實際反射率并不準確。而通過K-M理論，將反射率轉換為K/S值后，進行混配色纖維比例的估算具有可行性[16]。

圖2所示為雙組分混配纖維從九種比例混合樣中任意取三個與混合單色原樣的K/S和波長作圖，其中圖2（a）中AF2表示紅色滌綸和黃色粘膠的質量比為2：8，AF5表示紅色滌綸和黃色粘膠的質量比為5：5，AF7表示紅色滌綸和黃色粘膠的質量比為7：3，圖2（b）、（c）中CE3、BD5等表示意思上同。

由圖2（a）可看出AF2、AF5、AF7三條曲線在400～700nm范圍內基本都處于A、F兩條曲線之間；圖2（b）、（c）均表現出類似的特征，即可見光范圍內，某波長下，雙組分不同比例混合的K/S值，總是介于該波長下的2個不同組分單色纖維的K/S值之間。同時，混合樣K/S值曲線會偏向其中比例較大的單色樣，外觀上也會與占比例大的單色樣顏色接近。上述研究結果說明，在滌/粘雙組分中，基于單色纖維與混配色纖維的K/S值的加和性進行混配色纖維比例的估算具有可行性。其原理是運用不同比例纖維的混配后K/S值，與單色纖維K/S值的加和性，通過聯立方程對混合比例進行求解，并與實際混配比例進行比較，從而驗證混配模

型的可行性。基于K/S值的單色纖維與混配色纖維的加和性，如式（2）。

在400～700nm范圍內，每隔10nm可以列出1個簡易二元一次方程。方程如下 ：

而實際A纖維占比為0.1，存在一定的誤差。類似上述方法，在每個波長采樣點可列1個方程，共31個二元一次方程，去除部分不符合要求的數值后取均值作為最終的預測占比。同理CE、BD也可預測 值。類似方式可求解AF、CE、BD在九種不同比例下的計算的平均 值，如表6所示。

為綜合評價在不同比例下預測占比 的偏差情況，令偏差百分比t，其計算如式（7）：

（7）

其中 為某比例下實際值； 為計算值。三種混配在不同比例下的偏差比如圖3所示。

圖3? AF、CE、BD在不同比例下的偏差百分比

由圖3可看出，AF、CE在單一組分比例低或高的時候，計算出的結果誤差較小，在兩者比例接近時，誤差較大；而BD的誤差最大值處于1：9時，其余比例時，誤差都較小。

為衡量混配在9種不同比例下預測比例與實際比例的綜合差異，構建離差平方和f為指標。

（8）

式中：x1，…，x9分別表示9種配比的計算 值。 值越低，說明預測與實際誤差小，反之誤差大。

利用離差平方和公式可以算出： =0.0853； =0.0465； =0.0029

由此可以看出三組搭配中預測和實際配方綜合差異：BD差異最小（藍T/紅R），AF最大（紅T/黃R），CE（黃T/藍R）介于兩者之間。

4結論

（1）在可見光范圍內，某一個波長下，滌/粘雙組分不同比例混合的K/S值，總是介于該波長下的2個不同組分單色纖維的K/S值之間。且當混合樣中單色樣的比例越大時，其整體的K/S值會逐漸向比例大的單色樣的K/S值靠近。

（2）在一定的已知條件下，對于藍T/紅R混配時，除個別預測偏差較大外，總體效果好；黃T/藍R以及紅T/黃R，均呈現預測偏差兩頭小中間大的特征，即這兩類混配在質量比接近時要注意控制配方偏差。

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Study on Color Matching of Polyester/Viscose Bi-Component Bi-Color

Fiber Dyed with Original Solution

LI Shao-cong1，WANG Xu1，FANG Yin-chun1，ZHANG Wen-qiang2，PENG Xu-guang2，SHI Rong-liang2

（1. College of Textile and Clothing，Anhui Polytechnic University， Wuhu Anhui 241000， China；

2. Chuzhou Xiake Non-dyeing Color Spining Company Limited， Chuzhou Anhui 239000， China）

Abstract：In order to improve the color matching efficiency of polyester/viscose bi-component color spinning，proposed based on Kubelka-Munk theory， through the calculation of K/S values， a two-color mixed color model is constructed. Three kinds of monochrome polyester staple fiber and three kinds of monochrome viscose staple fiber were studied， one polyester fiber and one viscose fiber were selected to form three bi-component matching， and 27 kinds of mixed fiber samples were formed according to 9 different mixing ratios， the additivity of K/S values of 6 monochromatic fibers and 27 mixed fibers was studied by using Kubelka-Munk theory. The results show that in the visible light range， the K/S value of the mixture of polyester/viscose two components at different proportions is always between the K/S value of the two monochromatic fibers at the same wavelength，and for blue T/ red R， the overall effect is good except for the large deviation of individual prediction， yellow T/ blue R and red T/ yellow R showed the characteristics of small prediction deviation at both ends and large in the middle.

Keywords：polyester/viscose bi-component；color spinning yarn blending；K/S；Kubelka-Munk theory；color prediction

（責任編輯：周莉）