紡織行業(yè)及材料特性管理知識分析課件

紡織材料的光學特性紡織材料的光學特性1第一節(jié)纖維結(jié)構(gòu)的影響影響纖維的光學特性的因素1.纖維的內(nèi)部結(jié)構(gòu)高聚物的分子結(jié)構(gòu)，分子聚集態(tài)結(jié)構(gòu)以及共混或共聚物組成2.外部結(jié)構(gòu)截面形狀、復合結(jié)構(gòu)和側(cè)面結(jié)構(gòu)第一節(jié)纖維結(jié)構(gòu)的影響影響纖維的光學特性的因素2一、

纖維的內(nèi)部結(jié)構(gòu)對光學性能的影響纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)影響纖維的折射率和透明性纖維的折射率分子的電子結(jié)構(gòu)因輻射的光頻電場作用而形變的程度纖維的折射率大對光線的反射比越大纖維回潮率高對光的折射率下降一、纖維的內(nèi)部結(jié)構(gòu)對光學性能的影響纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)影響纖維的折3常見纖維的折射率常見纖維的折射率4n⊥的折射光（稱尋常光線或稱O光）：振動面與纖維幾何軸垂直，遵守折射定律，在不同方向的折射率不變；n∥的折射光（稱為常光線或稱為E光）：振動面與纖維幾何軸平行，它不遵守折射定律，折射率隨方向而變纖維分子鏈平行方向和垂直方向?qū)廨椛湫巫冇胁煌牡挚鼓芰?，導致了分子平行向和垂直向折射率的差異雙折射現(xiàn)象n⊥的折射光（稱尋常光線或稱O光）：纖維分子鏈平行方向和垂直5絕干純凈的纖維材料是絕緣電介質(zhì)材料，消光系數(shù)k接近于零，透明度極高纖維材料含有伴生物、雜質(zhì)、含有水分，對光線既不全透明，也不全反射，半透明材料

纖維的內(nèi)部結(jié)構(gòu)對纖維透明度的影響纖維多為半透明和不透明絕干純凈的纖維材料是絕緣電介質(zhì)材料，消光系數(shù)k接近于零，透明6(a)光反射(c)光線大角向前散射引起的光霧(b)光散射(a)光反射(c)光線大角向前散射引起的光霧(b)光散射7纖維內(nèi)部折射率的不均勻性可能來自纖維高分子無定形區(qū)和結(jié)晶區(qū)密度的差異，或由于濕法紡絲去除溶劑時造成的微隙引起，或起因于纖維中的添加物。高分子中TiO2粒徑越小，其表面積越大，散射效率隨之增加。當其粒徑減小到可見光波長范圍以下時，將引起衍射現(xiàn)象，使散射效率急劇下降直到透明。TiO2比CaCO3的散射系數(shù)要大得多，散射中心折射率變化越大，散射效率越大。二氧化鈦碳酸鈣s(1/mm)粒徑(mm)00.040.080.120.160.2001.02.03.0纖維內(nèi)部折射率的不均勻性可能來自纖維高分子無定形區(qū)和結(jié)晶區(qū)密8二、纖維的外部結(jié)構(gòu)對光學性能的影響（一）截面形狀2.42.22.01.81.61.41.21.01.51.92.32.73.1反射光相對強度a/b二、纖維的外部結(jié)構(gòu)對光學性能的影響（一）截面形狀2.42.29（二）側(cè)面結(jié)構(gòu)（二）側(cè)面結(jié)構(gòu)10（三）長度和細度長度越短的纖維組成的織物光澤和透明感越不好。纖維細，截面的曲率大，纖維集合體表面的反射光中漫反射比例大，光澤比較柔和。纖維越細，其比表面積越大纖維表面的反射率R隨纖維細度增大而增大的。超細纖維織物散射光比例大，反射率較大，使用同樣的染色工藝時，與粗纖維制品得色比較不鮮艷，且表觀得色淺。（三）長度和細度長度越短的纖維組成的織物光澤和透明感越不好。11三、纖維的光學特性（一）反射和透射光通量其中三、纖維的光學特性（一）反射和透射光通量其中12（二）光澤纖維光澤的測量：三維變角光度儀。邊旋轉(zhuǎn)試樣邊測定反射通量，測出的最高和最低光通量M和L，光澤度G纖維外表面的平整決定了纖維反射光輝度的分布纖維內(nèi)部的反射比例以及透明性與輝度分布反映出纖維光澤的質(zhì)感－光澤感（二）光澤纖維光澤的測量：三維變角光度儀。邊旋轉(zhuǎn)試樣邊測定反13蠶絲和滌綸纖維光澤曲線蠶絲和滌綸纖維光澤曲線14第二節(jié)織物的光學特點一、織物的光學模型庫貝爾卡和芒克假定織物為沒有邊緣影響的無限寬闊的薄膜。推出了有限厚度薄膜層反射光比例R的計算公式薄膜厚度無限厚（K/S公式）第二節(jié)織物的光學特點一、織物的光學模型庫貝爾卡和芒克假定15阿倫-戈德芬格模型阿倫-戈德芬格模型16K—M模型與A—G模型的比較A—G考慮了纖維表面的福勒斯納反射因素，因此其預測較正確。K—M模型與A—G模型的比較A—G考慮了纖維表面的福勒斯納17二、織物組織結(jié)構(gòu)對光學性能的影響影響織物光學性能的主要因素：1.纖維的折射率及內(nèi)外部形態(tài)2.紗線結(jié)構(gòu)3.織物結(jié)構(gòu)以及染料顏色和染色深度二、織物組織結(jié)構(gòu)對光學性能的影響影響織物光學性能的主要因素：18（一）紗線結(jié)構(gòu)的影響紗線捻度較大增力光澤紗線的捻向不同可影響光反射的方向性（一）紗線結(jié)構(gòu)的影響紗線捻度較大增力光澤紗線的捻向不同可影19（二）織物結(jié)構(gòu)的影響紗線的交織點越多，越影響織物的平整性，光澤越差（二）織物結(jié)構(gòu)的影響紗線的交織點越多，越影響織物的平整性，光20平行光順著紗線的軸向，射在紗線上，反射光也平行，光澤感就強；射到紗線上的光束與紗的軸向垂直，易形成散射，光澤就差織物平面入射面織物平面入射面（a）

平行光順著紗線軸向排列，得到平行反射光（b）

入射面與紗線軸向相交，得到散射光平行光順著紗線的軸向，射在紗線上，反射光也平行，光澤感就強；21經(jīng)緯紗的捻向一致，有助于光線的規(guī)律反射，如果經(jīng)緯紗不同捻向，且其捻回角(加捻后紗的表層纖維對紗軸的傾角)各為一定數(shù)，使經(jīng)緯的纖維排列方向完全一致時，光澤感最強ZZZS（a）捻向相同，光澤方向相反（b）捻向相反，光澤方向相同經(jīng)緯紗的捻向一致，有助于光線的規(guī)律反射，如果經(jīng)緯紗不同捻向，22（三）織物的被覆性被復性：織物表面紗線的幾何學上的覆蓋性織物的被覆性反映了透明度和透光度的大小皮爾斯(Pirece)被覆系數(shù)芒登(Munden)被覆系數(shù)簡化簡化紗的直徑越粗，結(jié)構(gòu)越緊密，被覆系數(shù)越大。紗中纖維的卷曲性大。有使紗線變粗的趨勢；紗的收縮率高也會增加紗的直徑。纖維卷曲和紗線收縮都會增加織物的被覆性。（三）織物的被覆性被復性：織物表面紗線的幾何學上的覆蓋性織23三、織物光澤的測定織物的光澤特性也包括光澤強度和光澤質(zhì)感兩方面織物光澤的評價（1）織物不同方向反射光強度，即對比光澤度；（2）織物表面反射光的總亮度；（3）織物反射光組成，即偏振光光澤度，括織物表面纖維外表面反射光和內(nèi)部反射光的比例，與纖維品種、纖維截面形狀、纖維表面特征、織紋組織等有關；（4）織物反射光中各種不同波長光束的色散程度；（5）織物本身顏色對光澤的貢獻。三、織物光澤的測定織物的光澤特性也包括光澤強度和光澤質(zhì)感兩24（一）鏡面光澤度光澤度采用變角光澤計測定。使用鎢帶燈作為光源，因為在鎢帶表面法線方向發(fā)生的輻射是非偏振的。一般使用黑玻璃作光澤度參考標準，其折射率為n＝1.567。光澤度定義為，樣品的規(guī)則反射比與黑玻璃參考標準的規(guī)則反射比的比值，光澤度測量的幾何條件定為20°、60°和85°，施照體為CIE標準A光源和C光源。（一）鏡面光澤度25（二）擴散光澤度不以鏡面光澤為條件的反射光束的強度為擴散光澤度，它用氧化鎂標準白板的強度百分率來對照表示（三）二次元對比光澤度入射的平行光束以某入射角照在試樣上，在入射―正反射平面上，變化各測量角，得到各種角度下的擴散反射R以及正反射值S。計算二次元光澤度（二）擴散光澤度（三）二次元對比光澤度26（四）三次元對比光澤度它除了在二次元平面上入射角和測量角都可以調(diào)整以外，還可在與二次元測量平面垂直的平面上，以γ角的變化測得反射值。此外，還可以固定二次元和三次元平面，以φ角的變化旋轉(zhuǎn)試樣，測得織物在各種入射情況下的三次元對比光澤度（四）三次元對比光澤度27紡織材料的光學特性紡織材料的光學特性28第一節(jié)纖維結(jié)構(gòu)的影響影響纖維的光學特性的因素1.纖維的內(nèi)部結(jié)構(gòu)高聚物的分子結(jié)構(gòu)，分子聚集態(tài)結(jié)構(gòu)以及共混或共聚物組成2.外部結(jié)構(gòu)截面形狀、復合結(jié)構(gòu)和側(cè)面結(jié)構(gòu)第一節(jié)纖維結(jié)構(gòu)的影響影響纖維的光學特性的因素29一、

纖維的內(nèi)部結(jié)構(gòu)對光學性能的影響纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)影響纖維的折射率和透明性纖維的折射率分子的電子結(jié)構(gòu)因輻射的光頻電場作用而形變的程度纖維的折射率大對光線的反射比越大纖維回潮率高對光的折射率下降一、纖維的內(nèi)部結(jié)構(gòu)對光學性能的影響纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)影響纖維的折30常見纖維的折射率常見纖維的折射率31n⊥的折射光（稱尋常光線或稱O光）：振動面與纖維幾何軸垂直，遵守折射定律，在不同方向的折射率不變；n∥的折射光（稱為常光線或稱為E光）：振動面與纖維幾何軸平行，它不遵守折射定律，折射率隨方向而變纖維分子鏈平行方向和垂直方向?qū)廨椛湫巫冇胁煌牡挚鼓芰?，導致了分子平行向和垂直向折射率的差異雙折射現(xiàn)象n⊥的折射光（稱尋常光線或稱O光）：纖維分子鏈平行方向和垂直32絕干純凈的纖維材料是絕緣電介質(zhì)材料，消光系數(shù)k接近于零，透明度極高纖維材料含有伴生物、雜質(zhì)、含有水分，對光線既不全透明，也不全反射，半透明材料

纖維的內(nèi)部結(jié)構(gòu)對纖維透明度的影響纖維多為半透明和不透明絕干純凈的纖維材料是絕緣電介質(zhì)材料，消光系數(shù)k接近于零，透明33(a)光反射(c)光線大角向前散射引起的光霧(b)光散射(a)光反射(c)光線大角向前散射引起的光霧(b)光散射34纖維內(nèi)部折射率的不均勻性可能來自纖維高分子無定形區(qū)和結(jié)晶區(qū)密度的差異，或由于濕法紡絲去除溶劑時造成的微隙引起，或起因于纖維中的添加物。高分子中TiO2粒徑越小，其表面積越大，散射效率隨之增加。當其粒徑減小到可見光波長范圍以下時，將引起衍射現(xiàn)象，使散射效率急劇下降直到透明。TiO2比CaCO3的散射系數(shù)要大得多，散射中心折射率變化越大，散射效率越大。二氧化鈦碳酸鈣s(1/mm)粒徑(mm)00.040.080.120.160.2001.02.03.0纖維內(nèi)部折射率的不均勻性可能來自纖維高分子無定形區(qū)和結(jié)晶區(qū)密35二、纖維的外部結(jié)構(gòu)對光學性能的影響（一）截面形狀2.42.22.01.81.61.41.21.01.51.92.32.73.1反射光相對強度a/b二、纖維的外部結(jié)構(gòu)對光學性能的影響（一）截面形狀2.42.236（二）側(cè)面結(jié)構(gòu)（二）側(cè)面結(jié)構(gòu)37（三）長度和細度長度越短的纖維組成的織物光澤和透明感越不好。纖維細，截面的曲率大，纖維集合體表面的反射光中漫反射比例大，光澤比較柔和。纖維越細，其比表面積越大纖維表面的反射率R隨纖維細度增大而增大的。超細纖維織物散射光比例大，反射率較大，使用同樣的染色工藝時，與粗纖維制品得色比較不鮮艷，且表觀得色淺。（三）長度和細度長度越短的纖維組成的織物光澤和透明感越不好。38三、纖維的光學特性（一）反射和透射光通量其中三、纖維的光學特性（一）反射和透射光通量其中39（二）光澤纖維光澤的測量：三維變角光度儀。邊旋轉(zhuǎn)試樣邊測定反射通量，測出的最高和最低光通量M和L，光澤度G纖維外表面的平整決定了纖維反射光輝度的分布纖維內(nèi)部的反射比例以及透明性與輝度分布反映出纖維光澤的質(zhì)感－光澤感（二）光澤纖維光澤的測量：三維變角光度儀。邊旋轉(zhuǎn)試樣邊測定反40蠶絲和滌綸纖維光澤曲線蠶絲和滌綸纖維光澤曲線41第二節(jié)織物的光學特點一、織物的光學模型庫貝爾卡和芒克假定織物為沒有邊緣影響的無限寬闊的薄膜。推出了有限厚度薄膜層反射光比例R的計算公式薄膜厚度無限厚（K/S公式）第二節(jié)織物的光學特點一、織物的光學模型庫貝爾卡和芒克假定42阿倫-戈德芬格模型阿倫-戈德芬格模型43K—M模型與A—G模型的比較A—G考慮了纖維表面的福勒斯納反射因素，因此其預測較正確。K—M模型與A—G模型的比較A—G考慮了纖維表面的福勒斯納44二、織物組織結(jié)構(gòu)對光學性能的影響影響織物光學性能的主要因素：1.纖維的折射率及內(nèi)外部形態(tài)2.紗線結(jié)構(gòu)3.織物結(jié)構(gòu)以及染料顏色和染色深度二、織物組織結(jié)構(gòu)對光學性能的影響影響織物光學性能的主要因素：45（一）紗線結(jié)構(gòu)的影響紗線捻度較大增力光澤紗線的捻向不同可影響光反射的方向性（一）紗線結(jié)構(gòu)的影響紗線捻度較大增力光澤紗線的捻向不同可影46（二）織物結(jié)構(gòu)的影響紗線的交織點越多，越影響織物的平整性，光澤越差（二）織物結(jié)構(gòu)的影響紗線的交織點越多，越影響織物的平整性，光47平行光順著紗線的軸向，射在紗線上，反射光也平行，光澤感就強；射到紗線上的光束與紗的軸向垂直，易形成散射，光澤就差織物平面入射面織物平面入射面（a）

平行光順著紗線軸向排列，得到平行反射光（b）

入射面與紗線軸向相交，得到散射光平行光順著紗線的軸向，射在紗線上，反射光也平行，光澤感就強；48經(jīng)緯紗的捻向一致，有助于光線的規(guī)律反射，如果經(jīng)緯紗不同捻向，且其捻回角(加捻后紗的表層纖維對紗軸的傾角)各為一定數(shù)，使經(jīng)緯的纖維排列方向完全一致時，光澤感最強ZZZS（a）捻向相同，光澤方向相反（b）捻向相反，光澤方向相同經(jīng)緯紗的捻向一致，有助于光線的規(guī)律反射，如果經(jīng)緯紗不同捻向，49（三）織物的被覆性被復性：織物表面紗線的幾何學上的覆蓋性織物的被覆性反映了透明度和透光度的大小皮爾斯(Pirece)被覆系數(shù)芒登(Munden)被覆系數(shù)簡化簡化紗的直徑越粗，結(jié)構(gòu)越緊密，被覆系數(shù)越大。紗中纖維的卷曲性大。有使紗線變粗的趨勢；紗的收縮率高也會增加紗的直徑。纖維卷曲和紗線收縮都會增加織物的被覆性。（三）織物的被覆性被復性：織物表面紗線的幾何學上的覆蓋性織50三、織物光澤的測定織物的光澤特性也包括光澤強度和光澤質(zhì)感兩方面織物光澤的評價（1）織物不同方向反