色牢度儀器評級法對不同紡織品的適用性

袁志磊, 張亞雯, 蔡佳仕(. 上海出入境檢驗檢疫局, 上海 0035; . 東華大學 紡織學院, 上海 060)

色牢度儀器評級法對不同紡織品的適用性

袁志磊1, 張亞雯2, 蔡佳仕1
(1. 上海出入境檢驗檢疫局, 上海 200135; 2. 東華大學 紡織學院, 上海 201620)

為了研究儀器評級法對不同類型紡織品的適用性，利用分光光度計、色差儀和數字圖像評級系統，在多種測試條件下對具有不同表面特征的織物進行色牢度評定，并將評級結果與目光法評級結果進行對比分析;其中測試條件包括色差公式、標準光源、幾何條件和視場角等，紡織品的類型有不平整織物、涂層織物、網眼織物、多色花型織物、絨毛織物、光澤織物。結果表明：織物色牢度受織物表面特征的影響較大；除個別顏色織物外，儀器評級法適用于大多數織物；不同的儀器適用于評定不同類型的織物；在使用儀器法評價織物色牢度等級時，應綜合考慮織物的表面特征來選擇合適的測試儀器和條件；對于特殊織物的色牢度，應將儀器評級法與目光評級法結合進行綜合評價。

紡織品；色牢度；儀器評級；適用性

紡織品色牢度是指印染到織物上的顏色在加工和使用過程中對外界作用的抵抗力，是紡織品最基本、最重要的安全技術指標之一[1]。傳統的色牢度評級方法一般是目光評級法，即通過人眼目測色牢度試驗前后試樣的色差大小，并與標準灰卡進行對比來評級，該方法操作起來比較簡單方便，但受檢測人員的主觀因素干擾較大，需要檢測人員具有一定的評級經驗，并定期進行目光的比對。

目前在新修訂的色牢度試驗方法標準中，都將儀器評級方法作為色牢度評級方法的一種，儀器評級方法相對目光評級法更加客觀且精度高。儀器評級方法可分為分光光度法和數字圖像技術評級法，前者是通過測定顏色的光譜功率分布、顏色密度、色度坐標、三刺激(RGB)值等對顏色進行評級[2];后者是通過測定試樣圖像的RGB值，利用標準色卡校正得到試樣的標準色度值，以此來評價色牢度等級[3]。但對于一些具有特殊表面特征的織物，儀器評級與目光評級結果會存在較大差異，同時也會受到試驗參數的影響，比如色差計算公式、光源、幾何條件和視場角等。因此，筆者使用3種具有代表性的測色儀，在不同的試驗參數條件下，研究分析了儀器評級方法對6種具有不同表面特征織物的適用性。

1 試驗儀器和測試條件

1.1 試驗儀器

試驗采用Digieye數碼影像評級系統、Color Eye 7000A型分光光度計和Hunter Labscan XE型色差儀來進行。Digieye數碼影像評級系統通過高清數碼相機獲得試樣圖像，利用計算機軟件程序分析和測量圖像的RGB值，再通過標準色卡的CIE RGB顏色空間和CIE XYZ顏色空間之間的轉換模型，將測得的RGB值轉換成色度坐標值，最后利用CIE DE2000色差公式計算出色差，并轉換為色牢度等級。Color Eye 7000A型分光光度計和Hunter Labscan XE型色差儀都是利用分光光度的原理，測試試樣反射的光譜功率分布，根據這些光譜測量數據計算得出在標準照明和標準觀察者條件下物體顏色的RGB值，根據CIE LAB公式計算出色差，并轉換為色牢度等級。儀器評級中主要包括以下4個方面的測試條件。

1.2 標準光源

物體在不同的光源照射下會呈現不同的顏色，因此色牢度評級時需在同一穩定、有效的光源下進行。在紡織品儀器測色中，通常使用標準光源D65和A光源，CIE 光源A是相關色溫為2 856 K的充氣鎢絲燈模擬標準照明體A的人工光源，標準照明體D65是相關色溫大約為6 500 K的晝光[4]。

從色溫上看，標準A光源(2 856 K)的色溫要低于標準D65光源(6 500 K)，其在長波紅區部分的能量明顯高于短波藍紫區的，標準A光源光色整體偏黃[5]。在該試驗中，Digieye數碼影像評級系統和Hunter Labscan XE型色差儀采用D65光源，Color Eye 7000A分光光度計采用D65光源和A光源兩種方式。

1.3 色差公式

目前，紡織品色牢度評級中常用的色差計算公式主要有CIE LAB和CIE DE2000。

1.3.1 CIE LAB色差公式

1976年，國際照明協會CIE推出了CIE LAB顏色空間及其色差公式。CIE LAB色差的計算公式如下[6]：

雖然CIELAB并非完全均勻的顏色空間，但容易根據坐標空間上的位置找出相對應的顏色。

1.3.2CIEDE2000色差公式

2000年，在CIELAB色差公式的基礎上，CIE技術委員會提出了CIEDE2000色差公式，如下：

式中：ΔE2000為色差；ΔL′為明度差；ΔC′為飽和度差；ΔH′為色調差；kL，kC，kH為根據實際情況許可明度、飽和度和色調的權重，對于紡織樣品，一般采用kL=1.5，kC=kH=1；SL，SC,SH分別是明度、飽和度和色調的權重函數；RT為交互項。

在該試驗中,Color Eye 7000A型分光光度計和Hunter Labscan XE型色差儀采用CIE LAB色差公式，Digieye數碼影像評級系統采用CIE DE2000色差公式。

1.4 視場角

人眼在不同的視場角下觀察到的顏色會有一定的差異。在小視場(小于4°)的情況下，人眼辨別顏色差異的能力較低；視場角從2°增加到10°時，人眼對顏色匹配的精度和辨別差異的能力會提高；但視場角進一步增大時，顏色匹配的精度提高并不大[7]。在紡織品的儀器測色中，通常采用2°或10°的視場角，如圖1所示。

圖1 2°和10°視場角示意圖Fig.1 Schematic diagram of 2° and 10° field angles

在該試驗中分析了Digieye數碼影像評級系統分別在2°和10°視場角下的評級結果，及Color Eye 7000A型分光光度計和Hunter Labscan XE型色差儀在10°視場角下的評級結果。

1.5 幾何條件

幾何條件是指顏色測量儀器的照明光源和探測器與待測樣品之間的幾何關系[3]。紡織品儀器測色中常用的幾何條件有d/8，45/0，0/45等，如圖2所示。

d/8是指反射光束軸線與試樣中心法線成8°，在接收光束軸線5°內的所有方向上，采樣孔徑反射的輻射是均勻的[8]，d表示漫反射 。

45/0是指照明光束的軸線與樣品表面法線成45°±2°，觀測方向和樣品表面法線的夾角不超過10°，照明光束軸線與任一光線之間的夾角不超過8°[9]。

0/45是指照明光束的軸線與樣品表面法線間的夾角不超過10°，在與法線成45°±2°的角度下觀察樣品，照明光束的軸線與任一光線之間的夾角不超過8°。

該試驗中，Color Eye 7000A型分光光度計的幾何條件為d/8，Digieye數碼影像評級系統的幾何條件為d/8和45/0，Hunter Labscan XE型色差儀的幾何條件為0/45。

圖2 3種幾何條件示意圖Fig.2 Schematic diagram of three kinds of geometrical conditions

2 試驗方法

2.1 試樣

選取通過色牢度試驗的試樣和原樣，包括表面不平整、涂層、網眼、多色花型、絨毛和光澤6種不同織物，每種類型織物有5塊不同的試樣。

2.2 測試標準

分光光度法參照FZ/T 01023-1993《貼襯織物沾色程度的儀器評級方法》和FZ/T 01024-1993《試樣變色程度的儀器評級方法》，數碼影像評級法參照ISO 105-A11：2012DeterminationofColorFastnessGradesbyDigitalImagingTechniques[10-12]。

2.3 數據處理方法

根據下式計算在不同的試驗條件下，儀器評級結果相對于目光評級結果的均方根誤差:

式中：XRMSE為均方根誤差,XRMSE越小，表明儀器評級結果與目光評級結果一致性越好；Xi，Yi分別為第i個試樣的儀器評級和目光評級級數；n為試樣的個數。

3 試驗結果與討論

3.1 不平整織物

試驗所用5塊具有凹凸效果的不平整織物分別為：墨綠色燈芯絨織物、黃褐色凸條紋針織物、灰色提花針織物、黑白條針織物和藏青色條紋機織物,依次編號為試樣1～5。其纖維成分分別為：100%棉(質量分數,下同)、65%滌綸/35%棉、100%錦綸、60%滌綸/40%錦綸、99%棉/1%氨綸。在不同的測試條件下，這5塊不平整織物通過儀器及目光評定的色牢度評級結果如表1所示。

由表1可以看出：在測試不平整織物時，D65光源與目光的評級結果的一致性較好，使用CIE DE2000色差公式計算得到的色牢度結果較使用CIE LAB色差公式計算得到的更接近目光評級結果；數碼影像評級系統在d/8和45/0幾何條件下的試驗結果均接近目光評級結果，當幾何條件為d/8時，10°視場角比2°更為準確，當幾何條件為45/0時，10°和2°視場角的結果均較接近目光評級結果。因此，該試驗中的不平整織物可采用數碼影像系統評級，宜選用D65標準光源、45/0幾何條件和10°視場角的測試條件。

表1 不平整織物的色牢度評級結果Tab.1 Rating results of color fastness of uneven fabrics 級

3.2 涂層織物

試驗所用5塊涂層織物的顏色分別為：黃白色、深藍色、金黃色、米黃色和棗紅色,依次編號為試樣6～10。這些織物的纖維成分分別為：75%棉/25%滌綸、80%滌綸/20%棉、滌綸、75%棉/25%滌綸、滌綸。這5塊不同顏色的涂層織物通過儀器及目光評定的色牢度評級結果如表2所示。

由表2可以看出：3號金黃色涂層試樣的3個儀器評級結果分別為4.5，4.5，4級，目光評價結果為2級，兩種評級方法得到的結果差異較大；1，2，5號試樣的顏色分別為黃白色、深藍色、棗紅色，這3塊涂層織物的儀器評級結果與目光評級的差異在半級以內；4號米黃色試樣由于變色不均勻，受到分光光度計測試孔徑大小的限制，只能測試較小的部分區域，得到的結果偏小，與目光評級之間存在1級的差異。從該試驗結果來看，儀器評級不適合評價黃色涂層試樣的色牢度等級，對試驗所用的另外幾種顏色可行。

表2 不同顏色涂層織物的色牢度評級結果Tab.2 Rating results of color fastness of coating fabrics with different colors 級

3.3 網眼織物

試驗所用5塊網眼織物分別為：橘黃色提花網眼織物、淡綠色針織物、綠色提花網眼織物、橙黃色緯編針織物和粉色菱形網眼織物,依次編號為試樣11～15。這些織物的纖維成分分別為：70%錦綸/30%氨綸、50%聚酯/49%粘膠/1%氨綸、80%滌綸/20%棉、87%粘纖/11%錦綸/2%氨綸、錦綸。這5塊不同顏色、網眼結構織物通過儀器及目光評定的色牢度評級結果如表3所示。

由表3可以得出：測試網眼織物的色牢度等級時，數碼影像測試系統的評級結果較符合目光評級結果，且在不同的幾何條件和視場下，與目光評價結果的一致性較好；分光光度計評級結果與目光評級結果之間存在半級以上的差異。這主要是因為利用色差儀評級時，由于存在網眼，儀器中試樣夾持部件的顏色會對試樣的顏色測量產生影響。而數碼影像系統采用的底板背景色為灰色，且可對試樣圖像上的測量部位進行選擇，不受背景顏色的影響。因此，從該試驗結果來看，網眼織物適合采用數碼影像評級系統來進行色牢度評定，且在不同的幾何條件和視場角下的試驗結果與目光評級結果的一致性均較好。

表3 不同網眼結構織物的色牢度評級結果Tab.3 Rating results of color fastness of different mesh fabrics 級

3.4 多色花型織物

試驗所用5塊多色花型織物分別為：黃藍花卉印花平紋織物、花灰針織物、藍白條紋機織物、紫黑針織物和紅白針織物,依次編號為試樣16～20。這些織物的纖維成分分別為：54%棉/22%滌綸/22%粘膠/2%氨綸、80%粘膠/20%滌綸、60%棉/40%莫代爾、70%尼龍/30%氨綸、80%滌綸/20%棉。這5種多色花型的織物試樣通過儀器及目光評定的色牢度評級結果如表4所示。

由表4可以看出：在測試不規則花型試樣的色牢度時，數碼影像評級系統在d/8和45/0幾何條件下的試驗結果與目光評級結果的一致性較好。分光光度計由于受到測試孔徑大小的限制，僅能對大于測試孔面積的顏色進行測量，而對于復雜花型、細條等較小部位的顏色變化難以通過測試孔來測量。因此，從該試驗結果來看，多色花型織物適合采用數碼影像評級系統來評價色牢度等級，且不同幾何條件和視場角對評級結果的影響較小。

表4 多色花型織物的色牢度評級結果Tab.4 Rating results of color fastness of multicolor pattern fabrics 級

3.5 絨毛織物

試驗所用的5塊絨毛織物試樣分別為：黑色長絨毛織物、白色仿羊羔毛織物、墨灰色搖粒絨織物、土黃色單面絨織物和青色搖粒絨織物,依次編號為試樣21～25。這些織物的纖維成分分別為：85%腈綸/15%羊毛、滌綸、50%棉/50%滌綸、滌綸、70%腈綸/30%滌綸。這5塊絨毛織物試樣通過儀器及目光評定的色牢度評級結果如表5所示。

由表5可以看出：數碼影像評級系統在d/8幾何條件下的色牢度評級結果較符合目光評級結果。分光光度計測試的試驗結果與目光評級結果存在一定的差異，主要是因為分光光度計是直接接觸試樣，儀器的夾持部分對試樣表面的絨毛產生壓迫，一定程度上改變了試樣的表面形態。因此，該試驗所用的絨毛織物更適合在d/8，D65/10°測試條件下，使用數碼影像評級系統來進行色牢度評級。

3.6 光澤織物

試驗所用的5塊光澤織物試樣分別為：白底黑點平紋織物、金黃色斜紋織物、粉底黑點平紋織物、綠色平紋織物和黑色斜紋織物，依次編號為試樣26～30。這些織物的纖維成分分別為：75%滌綸/25%棉、桑蠶絲、75%聚酯/25%棉、錦綸、92%桑蠶絲/8%氨綸。這5塊光澤織物通過儀器及目光評定的色牢度評級結果如表6所示。

表5 絨毛織物的評級結果Tab.5 Rating results of color fastness of nap fabrics 級

由表6可以看出：幾何條件為d/8的數碼影像測試系統和分光光度計得到的評級結果與目光評級結果較一致；幾何條件為0/45的色差儀和幾何條件為45/0的數碼影像系統的評級結果與目光評級結果之間存在半級以上的差異。測試光澤度較高的試樣時，幾何條件的不同會導致探測器接收光通量的差異，進而導致其反射因數產生較大的差異，不同的幾何條件對試驗結果的影響較大。因此，對于光澤度較好的織物，宜采用幾何條件為d/8的數碼影像測試系統和分光光度計來進行色牢度評定。

表6 光澤織物的色牢度評級結果Tab.6 Rating results of color fastness of shiny fabrics 級

4 結論

通過對不同表面特征織物的色牢度試驗分析，可以得出以下結論。

(1) 不同儀器和測試條件的色牢度測試結果受織物表面特征的影響較大。

(2) 除個別顏色外(如黃色)，儀器評級法適用于大多數紡織品的色牢度測定。

(3) 不同的儀器評級適用于不同類型的織物，如該試驗中的網眼織物、多色花型織物及絨毛織物更適合采用數碼影像評級系統進行色牢度評級。

(4) 在測定光澤織物和絨毛織物的色牢度時，宜選用d/8幾何條件。

(5) 在用儀器法評價紡織品色牢度等級時，應綜合考慮織物的表面特征，選擇合適的測試儀器和條件。對于特殊織物，應與目光評級法結合進行綜合評價。對各種表面特征織物的適用儀器和測試條件，有必要進行深入研究。

[1] 張紅霞.紡織品檢測實務[M].北京:中國紡織出版社,2007:82.

[2] 周煒,鐘蕾,李衛東,等.色牢度目測評級與儀器評級的相關性[J].上海紡織科技,2013,41(5):4-5.

[3] 金肖克,李啟正,張聲誠,等.織物顏色測量方法的分類與發展[J].紡織導報,2012(9):103-105.

[4] GB/T 3978-2008 標準照明體和幾何條件[S].

[5] 杜紅梅.D65光源和A光源對翡翠(綠色)質量評價的影響[D].北京:中國地質大學,2010:44.

[6] GB/T 8424.3-2001 紡織品色差的計算[S].

[7] 李秀榮.顏色測量中應注意的問題[J].廣東印刷,2010(1):25-26.

[8] 蔣耀興.紡織品檢驗學[M].北京:中國紡織出版社,2008:93-94.

[9] 李汝勤,宋鈞才.纖維和紡織品測試技術[M].上海:東華大學出版社,2005:207.

[10] FZ/T 01023-1993 貼襯織物沾色程度的儀器評級方法[S].

[11] FZ/T 01024-1993 試樣變色程度的儀器評級方法[S].

[12] ISO 105-A11:2012 Determination of color fastness grades by digital imaging techniques[S].

Applicability of Instrument Rating Methods for Color Fastness on Different Types of Textiles

YUAN Zhi-lei1, ZHANG Ya-wen2, CAI Jia-shi1
(1. Shanghai Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau, Shanghai 200135, China;2. College of Textile, Donghua University, Shanghai 201620, China)

In order to study the applicability of instrument rating methods on different types of fabrics, the spectrophotometer, colorimeter and digital image grading system were used to evaluate the color fastness of textiles with different surface characteristic in different conditions. The rating results of instruments were compared with the visual rating results. The testing conditions included color-different formulas, standard illuminants, geometric conditions, field angles and so on. The types of fabrics included uneven fabrics, coating fabrics, mesh fabrics, multicolor pattern fabrics, nap fabrics and shiny fabrics. The results show that: the color fastness of fabrics was greatly affected by the surface characteristic of fabrics; instrument rating methods were suitable for most textiles except individual textiles in some colors; different instruments were suitable to evaluate different types of fabrics; the surface characteristic of fabrics should be taken into account comprehensively when choosing suitable testing instruments and conditions to evaluate the color fastness of textiles; for the color fastness of special fabrics, instrumental methods should be combined with visual assessment to evaluate comprehensively.

textile; color fastness; instrument rating; applicability

2016-04-05

袁志磊(1980-)，男，高級工程師，主要從事紡織品物理安全性和功能性檢測技術研究。

張亞雯(1987-)，女，碩士，主要從事紡織檢測與標準工作，yawenzhang0722@163.com。

10.11973/lhjy-wl201703006

TS1

A

1001-4012(2017)03-0172-06