纺织材料的光学特性

纺织材料的光学特性第一节纤维结构的影响影响纤维的光学特性的因素1.纤维的内部结构高聚物的分子结构，分子聚集态结构以及共混或共聚物组成2.外部结构截面形状、复合结构和侧面结构一、纤维的内部结构对光学性能的影响纤维内部结构影响纤维的折射率和透明性纤维的折射率分子的电子结构因辐射的光频电场作用而形变的程度纤维的折射率大对光线的反射比越大纤维回潮率高对光的折射率下降∥nnnnn∥纤维棉1.573~1.5811.524~1.5340.041~0.051苎麻1.595~1.5991.527~1.5400.057~0.068亚麻1.5941.5320.062黏胶纤维1.539~1.5501.514~1.5230.018~0.036二醋酯纤维1.476~1.4781.470~1.4730.005~0.006羊毛1.553~1.5561.542~1.5470.009~0.012桑蚕精练丝1.5851.5370.047锦纶61.5681.5150.053锦纶661.570~1.5801.520~1.5300.040~0.060涤纶1.7251.5370.188腈纶1.500~1.5101.500~1.5100.000~-0.005维纶1.5471.5220.025常见纤维的折射率n⊥的折射光（称寻常光线或称O光）：振动面与纤维几何轴垂直，遵守折射定律，在不同方向的折射率不变；n∥的折射光（称为常光线或称为E光）：振动面与纤维几何轴平行，它不遵守折射定律，折射率随方向而变纤维分子链平行方向和垂直方向对光辐射形变有不同的抵抗能力，导致了分子平行向和垂直向折射率的差异双折射现象绝干纯净的纤维材料是绝缘电介质材料，消光系数k接近于零，透明度极高纤维材料含有伴生物、杂质、含有水分，对光线既不全透明，也不全反射，半透明材料纤维的内部结构对纤维透明度的影响纤维多为半透明和不透明n1n2n1IRR2PrTn1n2n1PrTqIn1n2PTI2.5o光雾abc(a)光反射(c)光线大角向前散射引起的光雾212112()()()4Rnnnn(b)光散射lnTL纤维内部折射率的不均匀性可能来自纤维高分子无定形区和结晶区密度的差异，或由于湿法纺丝去除溶剂时造成的微隙引起，或起因于纤维中的添加物。高分子中TiO2粒径越小，其表面积越大，散射效率随之增加。当其粒径减小到可见光波长范围以下时，将引起衍射现象，使散射效率急剧下降直到透明。TiO2比CaCO3的散射系数要大得多，散射中心折射率变化越大，散射效率越大。二氧化钛碳酸钙(1/mm)粒径(mm)00.040.080.120.160.2001.02.03.0二、纤维的外部结构对光学性能的影响（一）截面形状2.42.22.01.81.61.41.21.01.51.92.32.73.1反射光相对强度a/b（二）侧面结构圆形截面三角形截面（三）长度和细度长度越短的纤维组成的织物光泽和透明感越不好。纤维细，截面的曲率大，纤维集合体表面的反射光中漫反射比例大，光泽比较柔和。纤维越细，其比表面积越大纤维表面的反射率R随纤维细度增大而增大的。超细纤维织物散射光比例大，反射率较大，使用同样的染色工艺时，与粗纤维制品得色比较不鲜艳，且表观得色浅。三、纤维的光学特性（一）反射和透射n1n2ssi0tlp第一次界面第二次界面第三次界面1tsa(1)(1)1a光通量prlca10其中（二）光泽纤维光泽的测量：三维变角光度仪。边旋转试样边测定反射通量，测出的最高和最低光通量M和L，光泽度G()100%GMLL纤维外表面的平整决定了纤维反射光辉度的分布纤维内部的反射比例以及透明性与辉度分布反映出纤维光泽的质感－光泽感蚕丝和涤纶纤维光泽曲线第二节织物的光学特点一、织物的光学模型库贝尔卡和芒克假定织物为没有边缘影响的无限宽阔的薄膜。推出了有限厚度薄膜层反射光比例R的计算公式)()'()'()()'()'(11111RReRRRRRReRRRRRRRSXSX薄膜厚度无限厚（K/S公式）RRSK2)1(/2i0sttst2t2s2t2sts2ts3阿伦-戈德芬格模型1)(cos245cos011)(cos2145cos)1()1(onndnnndnonstK2221/1/arctan1arctan2180mdmdd221/1/arctan2180mdmdnn0.200.40.60.80.20.40.60.8A-GK-McrRK—M模型与A—G模型的比较A—G考虑了纤维表面的福勒斯纳反射因素，因此其预测较正确。二、织物组织结构对光学性能的影响影响织物光学性能的主要因素：1.纤维的折射率及内外部形态2.纱线结构3.织物结构以及染料颜色和染色深度（一）纱线结构的影响纱线捻度较大增力光泽捻向角纱线的捻向不同可影响光反射的方向性Z捻S捻（二）织物结构的影响纱线的交织点越多，越影响织物的平整性，光泽越差平纹府绸3/1斜纹平行光顺着纱线的轴向，射在纱线上，反射光也平行，光泽感就强；射到纱线上的光束与纱的轴向垂直，易形成散射，光泽就差（a）平行光顺着纱线轴向排列，得到平行反射光（b）入射面与纱线轴向相交，得到散射光经纬纱的捻向一致，有助于光线的规律反射，如果经纬纱不同捻向，且其捻回角(加捻后纱的表层纤维对纱轴的倾角)各为一定数，使经纬的纤维排列方向完全一致时，光泽感最强ZZZS（a）捻向相同，光泽方向相反（b）捻向相反，光泽方向相同（三）织物的被覆性被复性：织物表面纱线的几何学上的覆盖性织物的被覆性反映了透明度和透光度的大小皮尔斯(Pirece)被覆系数芒登(Munden)被覆系数简化KdpKnNKdl简化1()KlN纱的直径越粗，结构越紧密，被覆系数越大。纱中纤维的卷曲性大。有使纱线变粗的趋势；纱的收缩率高也会增加纱的直径。纤维卷曲和纱线收缩都会增加织物的被覆性。三、织物光泽的测定织物的光泽特性也包括光泽强度和光泽质感两方面织物光泽的评价（1）织物不同方向反射光强度，即对比光泽度；（2）织物表面反射光的总亮度；（3）织物反射光组成，即偏振光光泽度，括织物表面纤维外表面反射光和内部反射光的比例，与纤维品种、纤维截面形状、纤维表面特征、织纹组织等有关；（4）织物反射光中各种不同波长光束的色散程度；（5）织物本身颜色对光泽的贡献。（一）镜面光泽度光泽度采用变角光泽计测定。使用钨带灯作为光源，因为在钨带表面法线方向发生的辐射是非偏振的。一般使用黑玻璃作光泽度参考标准，其折射率为n＝1.567。光泽度定义为，样品的规则反射比与黑玻璃参考标准的规则反射比的比值，光泽度测量的几何条件定为20°、60°和85°，施照体为CIE标准A光源和C光源。（二）扩散光泽度不以镜面光泽为条件的反射光束的强度为扩散光泽度，它用氧化镁标准白板的强度百分率来对照表示（三）二次元对比光泽度入射的平行光束以某入射角照在试样上，在入射―正反射平面上，变化各测量角，得到各种角度下的扩散反射R以及正反射值S。计算二次元光泽度GSRiSti(试样平面)(入射面)正反射扩散反射入射光i=45o02040608020406080100比反射强度（%）受光角（o）圆形涤纶蚕丝R（四）三次元对比光泽度它除了在二次元平面上入射角和测量角都可以调整以外，还可在与二次元测量平面垂直的平面上，以γ角的变化测得反射值。此外，还可以固定二次元和三次元平面，以φ角的变化旋转试样，测得织物在各种入射情况下的三次元对比光泽度0cGIIIio=45o=45o020406080100比反射强度（%）（o）纤维素纤维蚕丝ISN2040-40-20