羊毛用原色纤维混合色域空间扩展研究

向玲杰，王 荣，易清珠，李 瑶，王 妮

(1.东华大学 纺织学院， 上海 201620； 2.东华大学 纺织面料技术教育部重点实验室，上海 201620；3.江苏丹毛纺织股份有限公司，江苏 丹阳 212300)

色纺纱是由2种或2种以上不同颜色的纤维混合纺制而成的纱线，因其色彩丰富、混色效果独特而备受青睐[1-3]，大部分天然纤维本色是白色，需要通过染色处理得到色彩丰富的纺织品。在色纺纱配色方面常见的计算机测配色模型有Kubelka-Munk模型、Stearns-Noechel模型、Friele模型和BP神经网络配色模型[4-6]，但这些模型都存在计算精度低、运算复杂等缺点，在纺织行业的应用并未普及，目前大多数纺织企业仍然采用人工配色的方法。传统人工配色需要根据客户来样进行人工分析，一方面受人为因素影响较大，对配色人员要求高，如在毛纺行业要求配色人员经验丰富且熟悉条染拼毛过程和色彩理论；另一方面，随着产品积累颜色增加，保留下来的色号也越来越多，导致色纤维库存不断增多，不利于企业的生产管理，影响生产效率[7-9]。

原色纤维混合配色，是以彩色印刷中原色油墨混合理论为依据，对比原色油墨优选出三原色或少数几种基础色纤维，通过混配可以呈现一定色域范围内的多种颜色，促进不同种类纤维和不同类型染料的综合应用，改善了企业库存色纤维多、难以管理的问题[10-11]。但是目前对于三原色纤维混配呈色的研究还较少，优选出来的三原色纤维与标准的原色还存在一定差距，由三原色纤维两两混合得到的3种间色纤维与标准的油墨间色红、绿、蓝色的色差也就更大，导致最终混合色域空间范围较小。

本文以羊毛纤维为研究对象，在优选出三原色纤维的基础之上，进一步对三间色纤维进行优选和改进，得到一组由三原色纤维和三间色纤维组成的原色纤维，扩大了原色纤维混合呈色范围。

1 实 验

1.1 实验材料及仪器

材料：本色羊毛毛条(19.5 μm)由江苏丹毛纺织股份有限公司提供。毛用活性染料：安诺菲克斯红AB，兰纳素黄4G，安诺菲克斯蓝A3G，兰纳洒脱红2B，安诺菲克斯紫B，兰纳洒脱绿B，安诺菲克斯橙ARG，兰纳洒脱黄4GN，由亨斯迈染料公司生产。染色助剂：醋酸、氢氧化钠、硫酸铵、氨水、元明粉、匀染剂阿白格B、碳酸钠均为市购产品。

仪器：DL-2003型常温震荡染色试验机(常州第二纺织仪器厂)，JA3003A电子天平(上海兹讯仪器有限公司)，Datacolor 850电脑测色配色仪(德塔颜色商贸有限公司)，DHG-9145型恒温烘燥机(上海一恒科学仪器有限公司)，CRST-C01快速成条仪(东华大学自主研发)。

1.2 羊毛纤维的染色

选用安诺菲克斯红AB，兰纳素黄4G，安诺菲克斯蓝A3G 3种染料作为品红、黄、青三原色染料对羊毛纤维进行染色处理，考虑到毛条上染百分率和染色深度的原因，实验中对不同颜色的染料均设置5个染色浓度，其染料用量分别为1%、2%、3%、4%、5%(owf)，每次实验中染色毛条的质量为5 g，浴比1∶50，分别按照对应的染色工艺曲线对纤维进行染色处理，取出试样后水洗并烘干，得到对应颜色的纤维，染色工艺流程图如图1所示。

图1 染色工艺曲线

不同染色浓度对应的工艺参数见表1。

表1 染色工艺参数

1.3 染色纤维的颜色表征

将染色后的纤维开松梳理，得到均匀排布密度相似的纤维网，保证纤维厚度均匀且密不透光，在D65光源和10°视场条件下，用电脑测色配色仪Datacolor 850对染色后的羊毛纤维进行测量，得到不同染色纤维的颜色特征值、光谱反射率曲线和色品坐标，每个试样重复测试5次。

1.4 原色纤维的混合色域空间

将染色后的纤维分别与对应的油墨原色对比，优选出三原色纤维，对于优选出来的三原色纤维，利用快速成条仪将其两两等质量比混合梳理，重复5次得到混合均匀的纤维网，作为3种间色纤维，并测量3种间色纤维的颜色值以及色品坐标，将三原色和三间色的色品坐标绘制到色品图中，顺次连接起来得到一个平面六边形区域，近似表示三原色纤维均匀混合的色域范围。

1.5 混合色域范围的扩大

为了进一步扩大原色纤维的混合色域空间，对三原色纤维两两混合得到的三间色纤维进行进一步的筛选与优化，选用安诺菲克斯红AB和安诺菲克斯橙ARG，兰纳洒脱绿B，安诺菲克斯紫B近似作为红、绿、蓝三间色染料上染羊毛纤维，代替染色纤维等比例混合得到的间色纤维，通过与印刷中的油墨三间色红、绿、蓝色对比筛选出新的改进后的三间色纤维，并测量其色品坐标与颜色值，得到改进后的一组原色纤维混合形成的颜色空间。

1.6 原色纤维优选及其混合色域空间的实际应用

测量出企业常用的库存羊毛色纤维的颜色值，将各个色纤维的色品坐标绘制在色品图中，与实验优选出来的三原色纤维和三间色纤维的混合色域空间进行对比，同时利用该实验方法从企业常用色纤维中直接筛选出一组企业的原色纤维，依次连接色品坐标得到企业的原色纤维的均匀混合色域空间，与实验得到的原色纤维均匀混合色域空间对比。

2 实验结果与分析

2.1 原色纤维的优选

采用电脑测色配色仪Datacolor 850对染色后的羊毛纤维进行测量，得到不同颜色纤维的光谱反射率值，用平滑的曲线依次连接反射光谱率值各点得到可见光谱反射率曲线，黄、品红和青色纤维与油墨的光谱反射率曲线如图2所示。

图2 黄、品红和青色纤维与油墨的光谱反射率曲线

由图2可知，随着染料用量的变化，染色纤维的光谱反射率曲线的形状变化趋势是保持不变的，但随着染料用量的增加，光谱反射率曲线会整体沿着纵轴向下移动，这说明随着染料用量的增加，更多的染料分子转移到羊毛纤维上，会更多地吸收入射光中各个波长的单色光，反射率随之降低，因此光谱反射曲线会整体向下平移。通过对比不同染色纤维与对应油墨的光谱反射率曲线可以发现，其反射光谱在某些波段存在差异，直接导致了染色纤维与油墨色彩存在一定色差，可见范围内物体的光谱反射率是决定物体颜色的根本因素，因此对染色纤维和原色油墨的光谱反射率进行统计分析，通过比较二者之间光谱反射率均方差，以反映二者之间颜色视觉差异的大小，均方差计算公式如下：

(1)

式中：Rλ表示某一特定颜色的染色纤维对波长为λ的单色光的反射率值，RSλ指对应该颜色纤维的原色油墨对波长为λ的单色光的反射率值。按照式(1)计算出的不同浓度染色纤维与对应的原色油墨之间的光谱反射率值均方差如表2所示。

表2 染色纤维与原色油墨光谱反射率值的均方差

通过对比分析可以得到，染料用量1%(owf)染色浓度下的品红色纤维、染料用量2%(owf)染色浓度条件下的黄色纤维与染料用量1%(owf)染色浓度条件下的青色纤维分别与对应油墨的光谱反射率均方差最小，因此，选取安诺菲克斯红AB染料用量为1%(owf)时，兰纳素黄4G染料用量为2%(owf)时以及安诺菲克斯蓝A3G染料用量1%(owf)时得到的染色纤维作为优选出来的三原色纤维。

2.2 原色纤维均匀混合的呈色范围

将优选出来的三原色纤维两两等比例混合均匀，得到3种间色纤维，测出3种间色纤维的颜色特征值，得到三原色纤维均匀混合的色域空间见图3，x轴为红原色比例，y轴为绿原色比例。

图3 原色纤维混合色域空间

由图3示出原色油墨和原色纤维混合色域对比，通过三原色纤维的混合可以得到一定范围的颜色空间，但与原色油墨相比较，三原色纤维混合所能得到的色域范围明显比原色油墨的色域范围小，这一结果与赵玉等[10]及易清珠等[11]的研究一致。

2.3 改进后原色纤维的均匀混合呈色范围

表3 新增染色纤维的颜色特征值与对应油墨的色差

由表3示出，当红色纤维染料用量为5%(owf)时，绿色纤维染料用量为1%(owf)时，以及蓝色纤维染料用量为4%(owf)时，染色纤维与标准色彩之间的色差值最小。

但绿色纤维和绿色油墨之间色差较大，需要对绿色染料配方进行改进，由表4绿色纤维的颜色值可以看出，绿色纤维的b*值为负，而标准绿色油墨的b*值为91.5，b*值由负到正表示从蓝色逐渐过渡到黄色的范围，相比之下说明染色得到的绿色纤维比标准绿色油墨明显偏蓝光，缺少黄光，所以向兰纳洒脱绿B染料中按照质量比6∶1、5∶1和4∶1加入同类型的兰纳洒脱黄4GN染料，即分别将6 g兰纳洒脱绿B和1 g兰纳洒脱黄4GN、5 g兰纳洒脱绿B和1 g兰纳洒脱黄4GN、4 g兰纳洒脱绿B和1 g兰纳洒脱黄4GN混合均匀后，分别以染料用量1%(owf)的染色浓度对羊毛纤维进行染色处理，测量纤维的颜色值并计算与绿色油墨的色差值，结果如表4所示。

表4 改进后的绿色纤维颜色值及色差值

对比得到兰纳洒脱绿B与兰纳洒脱4GN质量比为6∶1时色差值最小，因此将其作为改进后的绿色纤维，与红色纤维A5和蓝色纤维4共同组成改进后的间色纤维。将改进后的间色纤维与优选三原色纤维的色品坐标共同绘制在CIE193lxy色品图中，顺次连接起来得到改进后的原色纤维混合色域空间(图3)。根据图3色品图中原色纤维混合呈色范围可以看出，改进后的原色混合色域范围不仅覆盖了原本的三原色纤维混合色域空间，且明显比原本的三原色纤维混合呈色范围更大，说明通过改进后的原色纤维混合可以获得更加丰富的颜色类型。

2.4 实际应用

企业常用羊毛色纤维的颜色值以及实验得到的原色纤维混合色域空间和企业优选原色纤维混合色域空间如图4所示。

图4 企业原色纤维混合色域空间及其常用色

由图4示出，由实验优选出来的原色纤维均匀混合色域空间覆盖了220种企业常用羊毛色纤维中的大多数，只有少数色纤维的色品坐标落在实验得到的原色纤维混合色域空间范围之外。再利用上述实验方案直接从企业常用色纤维中筛选出企业的原色纤维，将其色品坐标顺次连接起来得到企业原色纤维混合色域空间，发现企业原色纤维混合色域空间可覆盖213种库存色纤维，只有7种色纤维的色品坐标在该色域范围之外，但也都靠近该色域空间范围，可有效减少企业色纤维库存，利于生产管理，进一步验证了本文实验方案的可行性与有效性。

3 结 论

①利用不同颜色染料在不同染料用量条件下对羊毛纤维进行染色处理后，对比染色纤维与标准油墨三原色的色差值以及二者间的光谱反射率值均方差，优选出来的三原色纤维分别是染料用量为1%(owf)的品红色纤维，染料用量为2%(owf)的黄色纤维，以及染料用量为1%(owf)的青色纤维。

②新增原色染料对羊毛纤维进行染色后，通过与标准油墨的色差值比较和光谱反射率值统计分析，确定了染料用量为5%(owf)的红色纤维，染料用量为1%(owf)的绿色纤维，以及染料用量为4%(owf)的蓝色纤维作为3种间色纤维，代替三原色纤维混合得到的3种间色纤维，与优选的三原色纤维共同组成一组原色纤维，明显扩大了原色纤维混合色域空间。

③利用上述实验理论和方案直接从企业库存常用羊毛色纤维中筛选出一组企业的原色纤维，得到的均匀混合色域空间可覆盖96.8%以上的库存色纤维颜色范围，减少了企业色纤维存储，便于管理。