| 印染测色配色技术与设备 |
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作者：佚名 文章来源：本站原创 点击数： 更新时间：2006-3-31 19:06:47  |
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在工业中存在大量的颜色问题，涉及颜色外貌的再现、测量与控制等关键技术，其中纺织印染行业是最传统也最具代表性的颜色应用工业领域。在印染过程中，对织物颜色外貌的测量，评价及其配方的预测与控制是保证其质量的重要环节。因此，发展纺织品的印染测色配色技术与设备，扩大其应用面是现代纺织印染工业的特征，也是提高产品档次、接轨国际市场、适应新时期准确，快速、优质要求的必然之路。
1 历史的回顾
传统的尝试和辨差方法直接依赖于配色者的实际经验，最后得到的配方往往是色料种类多、成本高、色差大，既不经济、效率也低。所以，颜色科学工作者努力寻求色料与颜色的本质与机理的关系，引入CIE(国际照明学会)标准颜色体系，用光谱数据表示颜色，以色度参数表征色料的混合特性，利用色料混合的光学模型，如Kubelka-Munk等理论进行色料的正确选择和配方的科学预测。
20世纪30-40年代是电脑测配色的基础积累时期，主要相关理论与技术的代表性成果有CIE的标准色度观察者光谱三刺激值函数，Hardy的反射式自动分光光度计，Kubelka-Munk的双光通散射光学模型(不透明介质)等。到50年代早期，几乎所有仪器配色所需的理论已经出现，但基于颜色测量的商用配色应用却基本没有。直至1958年，出现了由Davidson、Hemmendinger和Landry研制的第一台用于纺织工业颜色预测的商用模拟计算机COMIC。60年代是计算机测色配色的兴起阶段。1961年，第一台数字计算机系统Ferranti Pegasus替代了模拟系统COMIC；1963年，美国的氰胺和英国的ICI两大染料厂提供客户配色服务，由此真正触发了计算机配色的发展。70年代的电脑测配色曾经历了一次由于人们对仪器配色的理想化期望而导致的“冷落”。但80年代以后随着科技进步特别是数字计算机技术及其应用的发展，使投入工业应用的计算机测色配色系统达到成千上万种，其中色料配方预测在纺织工业中的应用与仪器配色系统几乎同时出现，并且始终是十分重要的应用领域。
国内在仪器配色领域中相对落后，至今许多生产单位主要依靠配色经验和目视判断进行颜色质量控制和配方预测，严重制约了我国颜色工业的发展。自从20世纪80年代初由上海市纺织科学研究院从德国OPTON公司引进第一台自动测配色仪器以来，虽然在相关理论零口系统的研究方面有了很大的进步，但对该技术的大规模推广和有效利用还需做很多工作。
2 印染测色技术与设备
颜色的测量根据被测对象的性质不同而分为自发光体颜色的测量和物体色的测量两大类。例如，光源，显示器等所表现的颜色由其自身辐射而成，所以这类颜色的测量主要是确定其光谱功率分布；而纺织品的颜色则是物体受到光源照明后，经过自身的反射而形成人眼的色觉。后者实际上是物体表面的反射光度特性对照明光源的光谱功率分布进行调制而产生的，因此物体表面色的测量主要是测定物体色的光谱反射比。
概而言之，颜色的测量方法有目视法、光电积分法和分光光度法三种。目视测色法已逐渐被淘汰，目前主要是采用仪器的物理测色方法。
光电积分法通过把探测器的光谱响应匹配成CIE标准色度观察者光谱三刺激值曲线，从而对探测器所接收到的来自被测颜色的光谱能量进行积分测量。该方法测量速度很快，并具有适当的测量精度。光电积分型测色仪器己广泛应用于颜色工业生产和控制过程中。
分光光度法通过测定物体的反射光谱功率分布，并由此计算出被测颜色在各种标准照明体下的三刺激值。这是一种精密的颜色测量方法，由此制成的仪器即为光谱光度计或分光光谱仪，成本较高。在纺织印染应用自动配色时，必须获得颜色样品的光谱分布或其本身的光度特性，因此应该采用分光光度法进行颜色测量。
光谱光度计包括机械扫描和电子扫描两大类。机械扫描式分光光度仪一般采用卤钨灯照明。光电倍增管接收从单色仪射出的各波长辐射能量，精度高，但速度慢。比较典型的有美国的Hardy Spectrophotometer及其发展型Diano MatchScan等。随着半导体技术的进步，高性能的图像传感器不断开发，出现了采用闪光氖灯和自扫描光电二极管阵列为照明光源和探测器的电子扫描式光谱光度计，测量速度很快。其代表是美国MacBeth的MS系列和CE(Color Eye)系列。因工业的需求，近年来出现了基于半导体集成和光纤技术的最新产品， 其代表是瑞土和美国的Datacolor SF系列光谱光度仪，它采用MC-90光电单元，将光栅和双128像元列阵传感器集成在一起，配合光纤使用．使其光谱测量通道由通常的40个增加到128个，显著提高了波长分辨率，并具有很高的测色精度。
为适合不同应用需要，目前光谱光度计一方面向高精度高档型发展，另一方面往轻巧便携型发展。一般，根据仪器内部结构，测量精度，重复性，可靠性以及成本价格等指标，光谱光度计可分成四个档次，即高档的高精度型、实用的标准精度型，经济的普通精度型和方便的便携型(如表所示)。
表 适于印染自动配色的分光光度计相关性能指标对照
档次 双光束 重复性ΔE 波长分辩 照明光源 测量孔径 常用机型
率Δλ
高精度型 是 ≤0.015 3或10 脉冲闪光灯 5个(2.5mm) Data Color SF600+
Data Color SF450
MacBeth CE7000A
标准精 是 ≤0.02 3或10 脉冲闪光灯 多个 DataColor SF300
度型 Minolta 360d
X-Rite Premier 80
普通精 是/准/单 ≤0.02-0.1 3或10 脉冲闪兴灯 固定或可变 MacBeth CE3100
度型 或≤20 或卤钨灯 MacBeth CE2180
Data Color DF100
手提便携型 是/准 ≤0.05 3或10 脉冲闪光灯 固定 X-Rite DF68/78
或≤20 或卤钨灯 Data Color MF200d
Hunter MiniScan XE
Minlta CM2002
3 印染自动配色技术
发展至今的所有计算机配色系统都基于一个实现两种特殊功能的光学模型：(1)将单个色料的浓度与色料在使用中的一些可测特性相关联，(2)描述色料在混合物中的行为。最常用的光学模型便是Kubelka-Munk理论，用K(吸收系数)和S(散射系数)两个参数将色样的反射比值与色料浓度相联系；并假设在色料混合物中，以K和S的加和性来表征各色料在混合时的光学行为。
印染自动配色是在输入标准色样和建立定标着色基础数据库的前提之下，由计算机运行配方，预测CAD软件而实现的。配方计算的总体流程：(1)由选定的染料组合和配色技术条件预测初始配方；(2)根据配方与标准色样的色差ΔE决定是否进一步修正配方；(1)如果色差ΔE没有达到阈值，则进行迭代改善，以计算修正的配方；(4)当色差ΔE小于阈值时，计算配方的同色异谱指数M以评价其光谱异构程度，并给出配方；(5)当符合设定条件的配方数超过预设值时，应用某种算法选择最优配方，并按成本或可得性对配方进行排序，供用户选用。
自动配色系统进行配方计算时的染料数据来源于其定标着色基础数据库。定标着色染料的选择应考虑其价格，力分、色牢度、相容性以及色域范围等。制作基础色样时，应根据染料的具体情况确定其浓度梯级，在实用中一般采用6-16个浓度梯级。基础色样的制作应该包括空白织物的染色，不加染料而只用助剂并以同样的染色条件制成空白染色织物。印染配色主要包含标准色样的测量、初始配方的计算，初始配方的小样试染，配方修正以及修正配方的染色等工艺过程。
一般，配色CAD系统应具有一些基本功能：基础数据库的建立与管理；自动配方预测和排序，并预报其色差、同色异谱指数，价格等；理论配方校正：配方修正或修色；混纺织物或混料配色等。人们往往理想化地认为，计算机配色能一次到位甚至不需试染而直接用于大车生产。事实上，在自动配色的应用中存在许多影响配色精度的干扰因素：(1)测色误差。包括基础色样和标准色样光谱测试时的仪器量化误差，以及染色物的色表均匀性、织物的表面状态等引起的测色误差。(2)织物的影响。如纱支数，密度以及纤维构造等对染色的干扰。(1)染色工艺的影响。包括染色方法、设备、时间，温度，浴比、助剂、pH值以及前处理、后整理等，都会影响染色速率、染料上染率及其在织物上的分布。(4)染料一致性差异的影响。包括来自不同厂家或同一生产厂不同批号的染料，其色光和力分等特性的变化，直接影响配色效果。(5)染料拼色的相互作用。这是由于实际拼色应用中染料之间的相互作用在基础单色染色时没有被包含，从而影响配色结果。
印染自动测色配色系统作为一种先进的技术手段具有明显的优势：(1)迅速提供优质廉价的染料配方，提高产品档次，降低生产成本；(2)预测配方在不同光源下的颜色变化程度，避免光源改变时色差超值造成产品质量问题：(1)迅速精确的配方修正功能可提高修色效率；(4)科学高效的配方存档，方便检索管理。
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| 文章录入：wktl 责任编辑：wktl |
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