董　猛，肖　彩，田俊瑩

(天津工業(yè)大學(xué)，天津 300387)

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滌/棉織物激光雕印工藝的研究

董猛，肖彩，田俊瑩

(天津工業(yè)大學(xué)，天津 300387)

近年來(lái)，激光技術(shù)在紡織品上的應(yīng)用增多，根據(jù)工廠實(shí)際生產(chǎn)條件，采用電腦圖片BMP格式輸出的位圖方式對(duì)滌棉織物激光雕印工藝研究，主要分析了激光速度對(duì)織物雕印印花后強(qiáng)力與顏色變化，以及干布與浸濕后對(duì)滌棉織物激光雕印效果的影響。結(jié)果表明，在BMP圖片格式下進(jìn)行滌棉織物的激光雕印，織物強(qiáng)力隨激光速度的減小而下降，緯向的強(qiáng)力下降率遠(yuǎn)大于經(jīng)向強(qiáng)力下降率，織物的色差也隨激光速度的減小，變化很大；織物浸濕后雕印，同一激光速度下，比干布雕印水洗后的顏色變化要小，且經(jīng)向強(qiáng)力相對(duì)較大。

滌棉織物激光印花強(qiáng)力K/S值

0　前言

激光加工技術(shù)是將激光束能量傳遞給所加工基材，基材發(fā)生物理或化學(xué)變化，從而達(dá)到加工的目的[1]，激光加工技術(shù)可以對(duì)材料進(jìn)行切割、表面處理、打孔、微加工等整理，該技術(shù)具有高度自動(dòng)化，速度快，操作簡(jiǎn)單，加工質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)，激光束的能量和移動(dòng)速度可以調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)復(fù)雜圖像的精密加工[2]。

激光技術(shù)在紡織行業(yè)的應(yīng)用主要有激光裁剪、激光雕刻印花、激光燒毛、激光切割等[3]。紡織面料傳統(tǒng)的印花方式中，其生產(chǎn)加工流程較長(zhǎng)，加工圖案單一、生產(chǎn)過(guò)程同時(shí)受到環(huán)保方面的限制，而且難以達(dá)到當(dāng)今人們對(duì)服飾面料圖案?jìng)€(gè)性化的需求。激光雕刻機(jī)對(duì)服裝面料進(jìn)行整理，結(jié)合了計(jì)算機(jī)平面設(shè)計(jì)技術(shù)，圖案豐富多彩，產(chǎn)生特殊的印花效果，在服裝面料的個(gè)性化印花中具有重要發(fā)展。激光雕刻技術(shù)與熱轉(zhuǎn)移印花技術(shù)、數(shù)碼印花技術(shù)，同屬于無(wú)水少水的印花技術(shù)，在生態(tài)環(huán)境保護(hù)方面具有廣泛的應(yīng)用意義[4-6]。

目前激光雕花工藝在紡織面料上的應(yīng)用，主要集中在純棉織物的特殊整理效果上，而較少用在在滌棉混紡織物中。由于滌綸纖維為合成化纖，激光雕刻處理后，其熱效應(yīng)導(dǎo)致滌綸強(qiáng)力損失較大，引起滌綸纖維的收縮。本文通過(guò)有關(guān)實(shí)驗(yàn)，對(duì)滌棉織物進(jìn)行激光雕刻的研究，分析其物理性能和顏色效果的變化，為以后對(duì)滌棉織物雕花工藝研究提供一些參考。

1　實(shí)驗(yàn)

1.1實(shí)驗(yàn)材料與儀器

實(shí)驗(yàn)材料：藍(lán)色滌棉交織牛仔布(斜紋2/1，克重317g/m2，密度79×51)；

實(shí)驗(yàn)設(shè)備：MX 18-RF 777紡織激光雕花機(jī)(意大利otlas公司)；ORINTEX測(cè)色配色系統(tǒng)(意大利ORINTEX有限公司)；WSD—Ⅲ全自動(dòng)型白度儀(北京康光儀器有限公司)；YG(B)003A撕破強(qiáng)力機(jī)(溫州大榮紡織標(biāo)準(zhǔn)儀器廠)；

1.2激光雕刻印花

意大利otlas公司的MX 18-RF 777激光雕花機(jī)的雕印方式有以下兩種：(1)以BMP圖片格式輸出的位圖，其激光固定強(qiáng)度為750W，加工時(shí)調(diào)節(jié)激光速度，速度可調(diào)范圍0～2400m/min；(2)以PLT圖片格式輸出的矢量圖，激光能量和速度可以同時(shí)調(diào)節(jié)，速度可調(diào)范圍0～1800m/min，激光能量可調(diào)范圍為0～100%。在工廠實(shí)際加工中，以PLT圖片格式輸出的加工方式，整體生產(chǎn)速率較慢，且加工成本相對(duì)較高，故多采用BMP格式進(jìn)行織物雕花，PLT格式多用于織物的剪切方面。本次實(shí)驗(yàn)激光加工方式的研究是采用BMP圖片輸出格式。

1.2.1雕刻速度的研究

調(diào)節(jié)激光雕印機(jī)上的參數(shù)。以BMP圖片格式輸出，設(shè)置激光焦點(diǎn)與布面距離Y值為0.5mm，分別取激光速度為2400m/min、2100m/min、1800m/min、1500m/min、1200m/min、900m/min。對(duì)滌棉織物進(jìn)行雕印整理后，測(cè)試其K/S值、ΔE值、斷裂強(qiáng)力、撕破強(qiáng)力，并求得降強(qiáng)率。

1.2.2干、濕布樣兩種狀態(tài)下雕花工藝

取兩塊織物，其中一塊織物經(jīng)過(guò)清水浸軋(軋余率為60%)，在干、濕兩塊布上都用激光器用2400m/min、2100m/min、1800m/min、1500m/min、1200m/min、900m/min速度打10cm×10cm的小樣，觀察在干、濕不同調(diào)節(jié)下，用同樣的參數(shù)打出樣品顏色的差異。分別測(cè)布樣的K/S值和ΔE值。

1.3性能測(cè)試與表征

1.3.1斷裂強(qiáng)力的測(cè)試

根據(jù)ASTM D5034斷裂強(qiáng)力標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法在DESC織物強(qiáng)力試驗(yàn)機(jī)上測(cè)得滌棉織物雕印前后斷裂強(qiáng)力。

1.3.2撕破強(qiáng)力的測(cè)試

根據(jù)ASTM D1424沖擊擺錘法測(cè)定織物的撕破強(qiáng)力在M008擺錘式撕破強(qiáng)力機(jī)測(cè)得織物的撕破強(qiáng)力。

1.3.3降強(qiáng)率

降強(qiáng)率即強(qiáng)力下降率，能夠有效反應(yīng)強(qiáng)力的下降程度。計(jì)算公式為

降強(qiáng)率=(P2- P1)/ P2×100%

式中：P1為處理后試樣斷裂強(qiáng)力或撕破強(qiáng)力；P2為處理前試樣斷裂強(qiáng)力或撕破強(qiáng)力。

1.3.4K/S值測(cè)試

表面觀察深度一般是指織物顏色給予人們的直觀深度感覺(jué)。表面深度值的大小可以用庫(kù)貝耳卡-蒙(Kubela-Munk)函數(shù)值，即K/S值來(lái)表示，其中K/S值的計(jì)算公式為K/S = (1-R)2/ (2×R)，其中R：最大波長(zhǎng)的反射值；K：吸收系數(shù)；S：散色系數(shù)；K/S值越大，表示顏色越深；K/S值越小，表示顏色越淺。

1.3.5ΔE*值的測(cè)定

用WSD—Ⅲ全自動(dòng)型白度儀測(cè)激光雕印后布樣對(duì)比于未激光雕印布樣的顏色改變值ΔE*。ΔE*= [(ΔL*)2+ (Δa*)2+ (Δb*)2]1/2

a*：紅(+)—綠(-)

b*：黃(+)—藍(lán)(-)

L*：白(+)—黑(-)

ΔE*值越大，表示雕印后布樣的顏色與未雕印布樣的顏色差異越大。

2　結(jié)果與討論

2.1不同的激光速度對(duì)滌棉織物斷裂強(qiáng)力和撕破強(qiáng)力的影響

激光作用在滌棉織物的表面使織物表面燒蝕，而形成特定的圖案。由于滌棉織物中含有滌綸，滌綸受熱后會(huì)發(fā)生收縮，并引起強(qiáng)力的損失。對(duì)于滌棉混紡織物激光雕印后強(qiáng)力的變化與激光滌棉織物中T/C比例有很大關(guān)系。對(duì)于滌棉交織織物激光雕印后強(qiáng)力變化還與激光直接作用在滌綸上的面積有關(guān)。

圖1織物經(jīng)向斷裂強(qiáng)力和降強(qiáng)率隨激光速度變化曲線圖；原布經(jīng)向斷裂強(qiáng)力152 lbf

圖2織物緯向斷裂強(qiáng)力和降強(qiáng)率隨激光速度變化曲線圖；原布緯向斷裂強(qiáng)力148 lbf

由圖1和圖2可知，激光作用后的滌棉織物經(jīng)緯向斷裂強(qiáng)力皆下降，隨著激光速度的增加，斷裂強(qiáng)力增加，激光速度越小，斷裂強(qiáng)力越低。其中緯向斷裂強(qiáng)力下降率比徑向斷裂強(qiáng)力下降率高出很多，在激光速度較大的情況下，滌棉交織織物的經(jīng)向斷裂強(qiáng)力基本不變。

圖3織物經(jīng)向撕破強(qiáng)力和降強(qiáng)率隨激光速度變化曲線圖；原布經(jīng)向撕破強(qiáng)力14.4 lbf；撕破強(qiáng)力“0”代表撕破滑移，撕破降強(qiáng)率“100”代表撕破滑移。

圖4織物緯向撕破強(qiáng)力和降強(qiáng)率隨激光速度變化曲線圖；原布緯向撕破強(qiáng)力12 lbf；撕破強(qiáng)力“0”代表撕破滑移，撕破降強(qiáng)率“100”代表撕破滑移。

圖5　織物正常撕破方向與滑移

圖3和圖4中“100”表示是該處測(cè)量撕破強(qiáng)力值時(shí)出現(xiàn)撕破滑移現(xiàn)象，所謂撕破滑移，指織物撕破方向沒(méi)有有按照既定的方向(圖5中的a圖所示)進(jìn)行撕破，而是走了旁邊(如圖5中b圖)所示。出現(xiàn)撕破滑移有三種原因：(1)經(jīng)緯向撕破強(qiáng)力本身相差較大。經(jīng)緯向撕破強(qiáng)力相差很大，會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)力大的方向抗撕裂的阻力過(guò)大而向強(qiáng)力小的方向滑移；(2)紗線支數(shù)，一般情況下，經(jīng)緯向紗線的支數(shù)相左較大的時(shí)候，容易出現(xiàn)撕破滑移；(3)紗線經(jīng)緯密相差大，或紗線緊度格差大，也會(huì)出現(xiàn)撕破滑移的情況。

在本實(shí)驗(yàn)中用“0”和“100”代替，由圖3和圖4可知，隨著激光速度的降低，織物的撕破強(qiáng)力的降強(qiáng)率呈增加趨勢(shì)。同一速度下經(jīng)向的撕破強(qiáng)力大于緯向的撕破強(qiáng)力，緯向撕破降強(qiáng)率遠(yuǎn)大于經(jīng)向撕破降強(qiáng)率。

2.2同的激光速度對(duì)藍(lán)色滌棉織物雕印顏色效果的影響

滌棉織物在不同的雕印激光速度下對(duì)應(yīng)的K/S值與ΔE*的關(guān)系，由表1所示：

表1　滌棉織物在不同激光速度雕印的顏色效果

由表中的數(shù)據(jù)可知，隨著激光速度的減小，雕印后的滌棉織物的K/S值越小，且都遠(yuǎn)小于原布的K/S值，而ΔE*值越來(lái)越大。說(shuō)明雕印后的滌棉織物，隨著雕印激光速度的減小，與原布的色差越來(lái)越大，由表面觀察，其顏色越來(lái)越淺，

2.3浸濕布樣激光雕花工藝的研究

2.3.1干濕滌棉織物雕印的顏色效果

浸濕布樣和未浸濕布樣，不同激光速度雕印后的滌棉織物K/S值如下頁(yè)圖6所示，不同激光速度雕印后的滌棉織物ΔE*值如下頁(yè)圖7所示。

圖6　滌棉織物干、濕雕印在不同激光速度下的K/S值；

圖7　滌棉織物干、濕雕印在不同激光速度下的ΔE*值；

藍(lán)色滌綸干布水洗前后的K/S值分別為15.30和17.97，濕布水洗前后的K/S值分別為16.26和19.76。由圖6和圖7所示，激光雕印后，不論是浸濕后雕印還是未浸濕雕印，水洗后織物的K/S值和ΔE*值均減小，隨著激光速度的減小，顏色越淺，色差越大。其中浸濕后雕印的滌棉織物，同一激光速度下，水洗前后K/S值和ΔE*值比未浸濕雕印小，說(shuō)明浸濕后雕印的滌棉織物與未浸濕相比，色差變化小。從圖中可以看出，未浸濕的雕印激光速度為900m/min時(shí)與浸濕后的雕印激光速度為600m/min時(shí)，水洗后的織物雕印后的顏色效果差不多。

2.3.2干濕織物激光雕花后的強(qiáng)力

激光雕印后，再水洗后顏色效果相近的浸濕與未浸濕織物的強(qiáng)力對(duì)比。由圖6和圖7可知，干布試樣在激光雕印速度為900m/min時(shí)的顏色效果與濕布試樣在600m/min時(shí)相近，故選擇此兩種雕刻速度加工下的試樣進(jìn)行強(qiáng)力分析，如表2所示：

表2　浸濕與未浸濕織物激光雕花后強(qiáng)力對(duì)比

說(shuō)明：“0”表示撕破滑移。

從表2中可以得知浸濕后的織物再雕印與未浸濕織物雕印，在獲得K/S值相近，及顏色效果相同的條件下，浸濕后布樣在激光速度與干布樣雕印相對(duì)較小時(shí)，浸濕后再雕印的織物的經(jīng)向強(qiáng)力比未浸濕的織物的經(jīng)向強(qiáng)力有所增大，緯向強(qiáng)力相差不大。

3　結(jié)論

(1)滌棉織物強(qiáng)力隨著雕印激光速度的減小而下降，且織物緯向的強(qiáng)力下降率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于經(jīng)向強(qiáng)力下降率，緯向斷裂強(qiáng)力和撕破強(qiáng)力下降率在激光速度為2400m/min時(shí)均大于60%，即在激光速度較大時(shí)，其緯向強(qiáng)力也較小，因此提高激光雕刻的滌棉織物強(qiáng)力，主要考慮其緯向方向的強(qiáng)力變化。

(2)織物先浸濕后，再通過(guò)激光雕花，與未浸濕織物雕印相比，在同樣的雕刻速度下，K/S值較大，經(jīng)向強(qiáng)力有所提高，且浸濕織物雕印水洗后的△E*值較小，顏色變化小，若獲得與未浸濕織物相同的雕刻顏色效果，需要較小的激光速度。兩種條件下雕刻的織物緯向強(qiáng)力差異不大。

[1]方志民，謝頌京，姚建華. 激光加工在先進(jìn)制造技術(shù)中的應(yīng)用[J] .機(jī)械工程師, 2003(8) : 27-30.

[2]江海河. 激光加工技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展及展望[J].光電子技術(shù)與信息, 2001, 14(4) : 1-12.

[3]高宗文，張麗，趙家祥.激光技術(shù)在紡織行業(yè)中的應(yīng)用[J].紡織學(xué)報(bào),2006(8):117-120.

[4]關(guān)芳蘭，陽(yáng)瑜.激光對(duì)棉織物雕印印花強(qiáng)力損失的影響[J].印染,2014(8):27-29.

[5]鄭光洪，任建華，余榮沾.基于激光的紡織品無(wú)水印花技術(shù)研究[A].2013東升數(shù)碼杯節(jié)能減排與印染新技術(shù)交流會(huì)資料集,浙江省印染行業(yè)協(xié)會(huì):2013:5.

[6]何文元.紡織品的激光雕花工藝參數(shù)研究[J].上海工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào),2008(1):79-83.

1008-5580(2016)03-0048-04

2016-05-05

董猛(1988-)，男，碩士研究生，研究方向：織物功能整理及染整新技術(shù)。

田俊瑩(1968-)，女，博士，副教授，碩士生導(dǎo)師。

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