第5章纺织相关材料光学特性

1、第5章纺织相关材料光学特性第一节第一节 纤维结构的影响纤维结构的影响影响纤维的光学特性的因素影响纤维的光学特性的因素1.纤维的内部结构纤维的内部结构 高聚物的分子结构，分子聚集高聚物的分子结构，分子聚集 态结构以及共混或共聚物组成态结构以及共混或共聚物组成2.外部结构外部结构 截面形状、复合结构和侧面结构截面形状、复合结构和侧面结构 一一、 纤维的内部结构对光学性能的影响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内部结构影响纤维的折射率和透明性 纤维的折射率纤维的折射率分子的电子结构因辐射的分子的电子结构因辐射的光频电场作用而形变的程度光频电场作用而形变的程度纤维的

2、折射率大纤维的折射率大对光线的反射比越大对光线的反射比越大纤维回潮率高纤维回潮率高对光的折射率下降对光的折射率下降nnnnn纤维纤维棉棉1.5731.5811.5241.5340.0410.051苎麻苎麻1.5951.5991.5271.5400.0570.068亚麻亚麻1.5941.5320.062黏胶纤维黏胶纤维1.5391.5501.5141.5230.0180.036二醋酯纤维二醋酯纤维1.4761.4781.4701.4730.0050.006羊毛羊毛1.5531.5561.5421.5470.0090.012桑蚕精练丝桑蚕精练丝1.5851.5370.047锦纶锦纶61.5681.

3、5150.053锦纶锦纶661.5701.5801.5201.5300.0400.060涤纶涤纶1.7251.5370.188腈纶腈纶1.5001.5101.5001.5100.000-0.005维纶维纶1.5471.5220.025常见纤维的折射率常见纤维的折射率 n的折射光（称寻常光线或称的折射光（称寻常光线或称O光）：光）： 振动面与纤维几何轴垂直，遵守折射定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；律，在不同方向的折射率不变；n的折射光（称为常光线或称为的折射光（称为常光线或称为E光）：光）： 振动面与纤维几何轴平行，它不遵守折振动面与纤维几何轴平行，它不遵守折

4、射定律，折射率随方向而变射定律，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，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导致了分子平行向和垂直向折射率的差异率的差异双折射现象双折射现象绝干纯净的纤维材料是绝缘电介质材料，消光系绝干纯净的纤维材料是绝缘电介质材料，消光系数数k接近于零，透明度极高接近于零，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的内部结构对纤维透明度的

5、影响纤维多为半透明和不透明纤维多为半透明和不透明 n1n2n1IRR2PrTn1n2n1PrTqIn1n2PTI2.5o光雾abc(a)光反射光反射(c)光线大角向前散射引起的光雾光线大角向前散射引起的光雾212112()( )()4Rnnn n(b)光散射光散射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。溶剂时造成的微隙引起，或起因于纤维中的添加物。 高分子中高分子中TiO2粒径越小，其粒径越小，其表面积越

6、大，散射效率随之表面积越大，散射效率随之增加。当其粒径减小到可见增加。当其粒径减小到可见光波长范围以下时，将引起光波长范围以下时，将引起衍射现象，使散射效率急剧衍射现象，使散射效率急剧下降直到透明。下降直到透明。TiO2比比CaCO3的散射系数要大得的散射系数要大得多，多，散射中心折射率变化越散射中心折射率变化越大，散射效率越大大，散射效率越大 。二氧化钛碳酸钙 (1/mm)粒径 (mm)00.040.080.120.160.2001.02.03.0二二、纤维的外部结构对光学性能的影响纤维的外部结构对光学性能的影响（一）截面形状（一）截面形状2.42.22.01.81.61.41.21.01.

7、51.92.32.73.1反射光相对强度a/b（二）侧面结构（二）侧面结构圆形截面三角形截面（三）长度和细度（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。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细，其比表面积越大纤维表面的反射率R随纤维随纤维细度增大而增大的。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

8、制品得色比较用同样的染色工艺时，与粗纤维制品得色比较不鲜艳，且表观得色浅不鲜艳，且表观得色浅 。三三、纤维的光学特性纤维的光学特性（一）反射和透射（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光通量光通量prlca10其中其中（二）光泽（二）光泽纤维光泽的测量：三维变角光度仪。边旋转试样纤维光泽的测量：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边测定反射通量，测出的最高和最低光通量M和和L，光泽度，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

9、例以及透明性与辉度分布反映出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纤维光泽的质感光泽感 蚕蚕丝丝和和涤涤纶纶纤纤维维光光泽泽曲曲线线第二节第二节 织物的光学特点织物的光学特点一、织物的光学模型一、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无限宽阔的薄膜。推出了有限厚度薄膜层反射光比例射光比例R的计算公式的计算公式 )()()()()()(11111RReRRRRRReRRRRRRRSXSX薄膜厚度无限厚（薄膜厚度无限厚（K/S公式）公式） RRSK2)1 (/2i0sttst2t2s

10、2t2sts2ts3阿伦阿伦-戈德芬格模型戈德芬格模型 1)(cos245cos011)(cos2145cos)1 ()1 (onndnnndnonstK2221/1/arctan1arctan2180mdmdd221/1/arctan2180mdmdnn0.200.40.60.80.20.40.60.8A-GK-McrRKM模型与模型与AG模模型的比较型的比较 AG考虑了纤考虑了纤维表面的福勒维表面的福勒斯纳反射因素，斯纳反射因素，因此其预测较因此其预测较正确。正确。二、织物组织结构对光学性能的影响二、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：影响织物光学性能的主要因素：1.纤

11、维的折射率及内外部形态纤维的折射率及内外部形态2.纱线结构纱线结构3.织物结构以及染料颜色和染色深度织物结构以及染料颜色和染色深度 （一）纱线结构的影响（一）纱线结构的影响纱线捻度较大增力光泽纱线捻度较大增力光泽 捻向角纱线的捻向不同可影响纱线的捻向不同可影响光反射的方向性光反射的方向性 Z捻S捻（二）织物结构的影响（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，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，易光泽感就

12、强；射到纱线上的光束与纱的轴向垂直，易形成散射，光泽就差形成散射，光泽就差 织物平面入射面织物平面入射面（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，且其捻回角纱不同捻向，且其捻回角(加捻后纱的表层纤维对纱轴的加捻后纱的表层纤维对纱轴的倾角倾角)各为一定数，使经纬的纤维排列方向完全一致时，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（三）织物

13、的被覆性 被复性：织物表面纱线的几何学上的覆盖性被复性：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织物的被覆性反映了透明度和透光度的大小 皮尔斯皮尔斯(Pirece)被覆系数被覆系数 芒登芒登(Munden)被覆系数被覆系数简化简化Kd pKnNKd l简化简化1 ()KlN纱的直径越粗，结构越紧密，被覆系数越大。纱中纤纱的直径越粗，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物的被覆性

14、。三、三、 织物光泽的测定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；）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；）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）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，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、与纤维品种、纤维截面形状、纤维表面特征、 织纹组织等有关；织纹组织等有关；（4）织物反射光中

15、各种不同波长光束的色散程度；）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）织物本身颜色对光泽的贡献 。（二）扩散光泽度（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，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（三）二次元对比光泽度泽度入射的平行光束以某入射的平行光束以某入射角照在试样上，入射角照在试样上，在入射在入射正反射平面正反射平面上，变化各测量角，上，变化各测量角，得到各种角度下的扩得到各种角度下的扩散反射散反射R以及正反射以及正反射值值S。计算二次元光。计算二次元光泽度泽度 GS RiSti(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（四）三次元对比光泽度泽度它除了在二次元平面它除了在二次元平面上入射角和测