Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. СОСТОЯНИЕ ИЗУЧАЕМОГО ВОПРОСА 9
1.1. Применение энергии излучения в процессах текстильной и швейной промышленности 9
1.2. Факторы, влияющие на оптические свойства текстильных материалов
1.3. Методы и приборы для измерения оптических характеристик материалов 16
1.4. Выводы и постановка задачи исследования 21
ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. 25
2.1. Взаимодействие текстильных материалов с излучением 25
2.2. Обоснование оптических измерений на интегральном шаровом фотометре 31
2.3. Объекты исследования 39
2.4. Интегральные фотометры и методики измерений на них 42
2.5. Оптическая схема установки для исследования оптических характеристик тканей в инфракрасной области спектра 49
2.6. Планирование и математическая обработка результатов измерений 51
Выводы 54
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ОТБЕЛЕННЫХ ТКАНЕЙ В ВИДИМОЙ ОБЛАСТИ СПЕКТРА 55
3.1. Влияние вида переплетения на оптические параметры тканей 55
3.2. Влияние общей пористости, поверхностного заполнения тканей на их спектральные характеристики 59
3.3. Зависимость оптических параметров от количества слоев ткани 61
3.4. Зависимость спектральных коэффициентов Р,^, ^ от химического состава волокон тканей 72
3.5. Определение зависимости оптических параметров ткани
от угла ее облучения 77
3.6. Исследование оптических свойств тканей с учетом тем пера туры окружающей среды 82
Выводы 88
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ОКРАШЕННЫХ ТКАНЕЙ В ВИДИМОЙ ОБЛАСТИ СПЕКТРА 90
4.1. Влияние цвета тканей на коэффициенты отражения , поглощения, пропускания 90
4.2. Зависимость спектров отражения, поглощения и пропускания тканей от концентрации красителей 96
4.3. Влияние вида красителя на оптические свойства тканей 103
4.4. Влияние количества слоев ткани на ее оптические параметры 108
4.5. Исследование зависимости оптически "бесконечной" толщины ткани от длины волны излучения 116
Д.6. Влияние угла облучения на оптические параметры окрашенных тканей 123
Выводы 129
ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ТКАНЕЙ В ИНФРА КРАСНОЙ ОБЛАСТИ СПЕКТРА 131
5.1. Спектральные коэффициенты Т тканей в области А = 0,76 - 1,0 мкм 131
5.2. Зависимость оптических характеристик от количества слоев ткани 136
5.3. Определение оптических параметров тканей от угла облучения . 143
5.4. Спектральная зависимость коэффициентов отражения в области Л = I - 15 мкм 149
5.5. Зависимость коэффициентов отражения от количества слоев ткани в области Л = I - 15 мкм 156
5.6. Поглощение излучения в инфракрасной области спектра 161
Выводы 164
ГЛАВА 6. ПРИМЕНЕНИЕ ОПТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ И ПАРА МЕТРОВ ПРИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ ОБРАБОТКИ И КОНТРОЛЕ КАЧЕСТВА ТЕКСТИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ 166
6.1. Влияние оптических характеристик на процесс лазерного резания тканей 166
6.2. Оптический метод определения плотности слоев тканей 175
Выводы 178
ОЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ 180
ЛИТЕРАТУРА 183
ПРИЛОЖЕНИЯ 197
- Применение энергии излучения в процессах текстильной и швейной промышленности
- Взаимодействие текстильных материалов с излучением
- Влияние вида переплетения на оптические параметры тканей
- Влияние цвета тканей на коэффициенты отражения , поглощения, пропускания
- Спектральные коэффициенты Т тканей в области А = 0,76 - 1,0 мкм
Применение энергии излучения в процессах текстильной и швейной промышленности
Одним из современных направлений радиационной технологии обработки ткани в швейном производстве является лазерный раскрой. Большой интерес представляет раскрой текстильных материалов с помощью СО2 - лазеров в поточных линиях, управляемых ЭВМ. Это позволяет без переналадки линии гибко изменять фасон и конфигурацию выкраиваемых изделий при максимальном использовании материала [2-7] .
Экспериментальные исследования [2 - 4J лазерного резания тканей из различных видов волокон показали, что технологическая операция лазерного разделения текстильных материалов основана на тепловом воздействии света на поглощающую среду и хорошо описывается теплой моделью, согласно которой количество энергии, требуемой для резания лучем лазера, существенно зависит от оптических свойств материалов.
диапазон длин волн, генерируемых различными типами лазеров, весьма широк - от УФ области спектра до далекой ИК (примерно 0,1 - 70 мкм). В дальнейшем будут представлять интерес преимущественно характеристики излучения лазеров того диапазона длин волн (0,4 - 10,6 мкм), в котором генерируется излучение с достаточно высокими энергетическими параметрами (энергия, мощность в импульсном или непрерывном режимах и т.д.), определяющими эффективное использование лазеров для технологических целей [s] .
В связи с этим возникла необходимость в изучении взаимодействия с текстильными материалами излучения в широком диапазоне спектра Я = 0,38 - 15 мкм, в котором проводятся технологические процессы обработки и эксплуатации отбеленных и окрашенных тканей. Полученные результаты представляют интерес не только для лазерного резания, но и для других областей применения его в текстильной и легкой промышленности: исследование оптических свойств текстильных материалов; интенсификация процессов крашения и отделки за счет ускорения химических реакций, создание устройств, основанных на явлении интерференции; определение дефектов поверхности как текстильных материалов, так и оборудования; сварка термопластичных текстильных материалов и получение нетканых материалов; опаливание тканей; нанесение рисунка ; штапелирование жгутов химических волокон; создание высокочастотной аппаратуры для измерения и исследования физико-механических свойств волокнистых материалов [9 - ю] .
Объективные цветовые измерения позволяют решить вопросы контроля технологических процессов по переходам: цвет волокон, пряжи, тканей; оценивать окрашенную продукцию в соответствии с утвержденными образцами, определять прочность окраски к различным химическим и физико-химическим воздействиям, а также малые цветовые различия (разнооттеночность); количественно оценивать белизну материалов; вычислять состав красочных смесей и определять рецептуру крашения волокнистых материалов [її - 12] .
В процессе использования ткани подвергаются воздействию тепла с различной степенью нагревания. В этих условиях происходят необратимые процессы старения волокон, тканей, что внешне проявляется в изменении их цвета, критерием оценки которого является коэффициент отражения [13] .
Тепловые процессы с использованием инфракрасного излучения применяются в текстильной промышленности для сушки волокон, пряжи, нитей, ткани, поэтому необходимо учитывать такой важный фактор, насколько сильно можно нагревать материал без вреда для него [l4] .
Взаимодействие текстильных материалов с излучением
Ткань с точки зрения взаимодействия со светом представляет собой типичную светорассеивакхцую среду. Взаимодействие излучения со светорассеивающей средой существенно изменяет световое поле. Характер взаимодействия излучения со средой зависит от оптических параметров последней. Она может отражать или рассеивать поверхностью, поглощать и пропускать лучи. Поэтому среду характеризуют по способности поглощать, отражать и пропускать. Эти три величины находятся в определенном соотношении друг с другом.
Физической причиной отражения света от поверхности материала является неодинаковая оптическая плотность для двух материальных сред, агрегатное состояние вещества, показатель его поглощения и размер частиц, от которых идет отражение.
Возможность отражения зависит от поверхности материала, в то время как поглощение и пропускание определяется толщиной и внутренним строением [l4] . С увеличением толщины уменьшается про -пускание лучей, если материал однородный по своему строению.
Коэффициенты отражения р и пропускания Т являются непрерывными функциями толщины і слоя f92] . Полагая, что при толщине слоя, равной нулю,
Влияние вида переплетения на оптические параметры тканей
В качестве объектов исследования влияния вида переплетения на оптические характеристики использовали образцы отбеленных тканей одинакового химического состава волокон (целлюлоза) (табл.2.3.1).
Исследования проводили в области X = 380 - 760 нм. Абсолютные значения спектральных коэффициентов отражения находили для слоев "бесконечной" толщины при направленном облучении образца к нормали = 8 с помощью интегрального фотометра по методике, изложенной в главе 2.4. На рис. 3,1,1 представлены спектры отражения исследуемых тканей (кривые 1-6). Из приведенных данных видно, что в области X - 400 - 480 нм отражение минимальное и находится в пределах р. = 65,3 - 84#, а поглощение максимальное шх= 34,7-16,0$. С увеличением длины волны излучения отражательная способность увеличивается, а поглощательная уменьшается. В интервале А =600-760 нм, достигая максимальных значений (80-96,0$), коэффициенты отражения J3 практически не зависят от Л , Наибольший по абсолютному значению коэффициент отражения имеет ткань комбинированного переплетения Р = 96,0$, а наименьший - полотняного р = 80,0# (кривые I, 6).
Отражательная способность тканей переплетения ломаная саржа, сатинового и саржевого отличается в меньшей степени и составляет р = 86,5-90,2$ (кривые 2-4). Учитывая, что результаты р приводятся для оптически "бесконечной" толщины, значения Л для этих тканей противоположны по абсолютным значениям, но сохраняют ту же закономерность (таблица П.5.1).
Высокая отражательная способность волокнистых материалов, как отмечается [іб] , объясняется микроскопически неоднородной структурой волокон, наличием в их стенках микропор, сильно развитой поверхностью ткани. Отличие нитей основы и утка по форме, крутке, изогнутости по разному влияет на отражательную способность: одни в результате зеркального отражения увеличивают блеск, другие -увеличивают диффузную составляющую отраженного света.
При комбинированном переплетении (арт.32494) больше величина опорной поверхности; лицевая сторона имеет значительный рельефный рисунок и падающее излучение будет многократно отражаться во впадинах изгибов нитей и волокон, увеличивая отражательную способность.
Влияние цвета тканей на коэффициенты отражения , поглощения, пропускания
Для исследований приготовлялись выкраси с известной концентрацией прямого красителя на ткани ( С = ItQ% ) следующих цветов: светопрочного алого, оранжевого, синего КУ, зеленого Ж. Указанными красителями окрашивали ткани хлопчатобумажные арт. 1465, 328, из искусственных волокон арт.32395, 72II0, капрона арт.52001, натурального шелка арт.11022 согласно методики (гл.2.3). Спектры отражения и пропускания сухих окрашенных образцов при направленном облучении = 8 снимали с помощью интегральной сферы и спектрофотометра СФ-4 по методике (гл.2.4). Измерения оптических параметров р, ol, t для различных по химическому составу тканей проводили при условии "бесконечно" толстого слоя, когда t = О, исключая влияние толщины.
Из рисунков П.8.І и П.8.2 видно, что в области коротких длин волн видимого спектра А = 380-560 нм наблюдается резкое повышение поглощательной способности, что свидетельствует о большой чувствительности окрасок к свету. В максимуме поглощения (алого А = 530 нм, оранжевого Л = 460 нм), значения cL исследуемых тканей более темных цветов меньше отличаются по абсолютной величине, чем для светлых. Например, для прямого алого разница максимальных значений коэффициентов поглощения тканей составляет = 5,0$, а оранжевого cL = 35,0$. Наивысший коэффициент поглощения имеют хлопчатобумажные ткани арт.1465 и арт.328, а наименьший из натурального шелка арт.11022 (рис.П.8.1, П.8.2, кривые I, 2, 6). Ткани из искусственных волокон арт.32395 и 72II0, а также капро-на арт.52001 занимают соответственно промежуточные значения (кривые 3, 4, 5 ). С увеличением длины волны излучения Л = 560 -760 нм поглощательная способность уменьшается для всех тканей. В области минимума поглощения Лшіп = 640-760 нм наблюдаются больше различия абсолютных значений для исследуемых тканей, чем в максимуме, особенно, для алого (рис.П.8.1), что объясняется увеличением отражения в данной области и влиянием на него структурных показателей, которые для рассмотренных тканей имеют существенные различия (табл.П.1). Полученные результаты свидетельствуют, что на величину коэффициента поглощения окрашенных тканей оказывает влияние химическая природа волокон: чем больше значе - 92 ниє о( окрашенных тканей, тем лучше прокрашиваемоеть их волокон [42 J . Степень прокрашивания прямыми красителями хлопчатобумажных тканей и вискозных превосходит ткани из натурального шелка и капрона. Незначительные отличия в значениях поглощения для тканей одинаковых по химическим и физическим свойствам свидетельствуют о влиянии различной структуры этих тканей (рис.П.8.1, П.8.2, кри -вые 1-4).
Анализ спектральных кривых коэффициентов j oC.T для одного слоя ткани арт.11022 показывает, что их характер и наличие максимумов (минимумов) поглощения (отражения и пропускания), определяются цветом красителя и располагаются в следующем порядке: желтый, оранжевый, алый, зеленый Ж, синий 2К (рис.11.8.3, кривые I, 1-5).
Спектральные коэффициенты Т тканей в области А = 0,76 - 1,0 мкм
Исследования абсолютных зависимостей отражения, поглощения, пропускания в спектральном интервале Л =0,76-1,0 мкм проводили с помощью интегрального фотометра при направленном облучении
= 8 на отбеленных и окрашенных тканях из волокон хлопка (арт.1465, 328), искусственных (арт.32395, 72ІІ0), натурального шелка (арт.11022)., капрона (арт.52001), шерсти (арт.1917). Образцы окрашивали прямыми и кислотными красителями при концентрации С = I.OJg.
На примере ткани арт.11022 показаны спектральные зависимости p.c .t для одного слоя (рис.5.1.1, кривые I, П, Ш) и для оптически "бесконечной" толщины (рис.5.1.2). Ход спектральных кривых оптических параметров для одного слоя и для "бесконечной "-толщины практически одинаков для образцов различных по цвету окраски.
Значения коэффициентов отражения возрастают с увеличением длины волны излучения. Причем скорость возрастания _р , начиная с Л = 0,88 мкм, снижается и в интервале Л = 0,92 - I мкм незначительно зависит от длины волны излучения. Такая закономерность наблюдается для образцов всех цветов: белого, синего 2К , алого, оранжевого. Характерной особенностью для диапазона излучения Л =0,76-1 мкм является практически независимость коэффициентов отражения от цвета окраски ткани. Положение кривых коэффициентов отражения определяется структурными параметрами ткани. Это позволяет сделать вывод о том, что влияние параметров структуры, наблюдаемое в видимой области спектра, сохраняется и в ближнем ИК диапазоне. В области Я = 0,76-0,88 мкм поглощение уменьшается, а при Я = 0,88-1 мкм практически не зависит от Я и цвета окраски ткани (рис.5.1.1, кривые П). Абсолютные значения коэффициентов поглощения во всем интервале Я = 0,88-1 мкм, достигают в среднем для одного слоя ткани арт.11022 cL = 5,5$. Уменьшение поглощения в этой области связано с увеличением отражения р = 65,0 - 70,3$ и значительным пропусканием. Коэффициент пропускания Я = 0,88 - I мкм с увеличением длины волны уменьшается. Абсолютные значения пропускания для П = I слоя высокие Р = 25,0 - 30,0$ и определяются прежде всего пористостью ткани. Цвет окраски не оказывает влияния на изменение абсолютных значений пропускания.
