第5章 纺织材料的光学特性

ρ0 ≤ d < cos 45 + (1 − ρ ) 2 ∑ α n ρcos β
o
n =1
n
(+)
d /m β n = β n −1 + 180 − 2 arctan 2 2 1− d / m

K—M模型与 模型与A—G模 模型与 模 型的比较
c 0
N Ii S
α
β
ϕ
γ
o
Iγ
100
比反射强度（%）
α = 45o β = 45o
纤维素纤维
80 60
蚕丝
40 20 -40 -20
γ（o）
0
20
40
纤维多为半透明和不透明
I R n1 P n2 T n1 r R2 n1 r n1 n2 P T
I
I
n1 n2
P 光雾
q 2.5o
T
a
b
c
(a)光反射 光反射 (b)光散射 光散射
Φ ( R1 ) Φ (τ ) = ( n2 − n1 ) 2 4n1n2
lnT = −σ L
(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
n∥
1.524~1.534 1.527~1.540 1.532 1.514~1.523 1.470~1.473 1.542~1.547 1.537 1.515 1.520~1.530 1.537 1.500~1.510 1.522
n⊥
∆n = n∥ − n⊥
0.041~0.051 0.057~0.068 0.062 0.018~0.036 0.005~0.006 0.009~0.012 0.047 0.053 0.040~0.060
− − − R∞1 ( R'− R∞ ) − R∞ ( R'− R∞1 )e SX ( R∞1 − R∞ ) R= − − ( R'− R∞ ) − ( R'− R∞1 )e SX ( R∞1 − R∞ )
薄膜厚度无限厚（ 公式） 薄膜厚度无限厚（K/S公式） 公式
(1 − R∞ ) K /S = 2 R∞
第五章 纺织材料的光学特性
第一节 纤维结构的影响
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， 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 2.外部结构 外部结构 截面形状、 截面形状、复合结构和侧面结构
一、 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
纤维的折射率 分子的电子结构因辐射的 光频电场作用而形变的程度 对光线的反射比越大
纤维的折射率大
纤维回潮率高
对光的折射率下降
常见纤维的折射率
纤维 棉 苎麻 亚麻 黏胶纤维 二醋酯纤维 羊毛 桑蚕精练丝 锦纶6 锦纶 锦纶66 锦纶 涤纶 腈纶 维纶 1.573~1.581 1.595~1.599 1.594 1.539~1.550 1.476~1.478 1.553~1.556 1.585 1.568 1.570~1.580 1.725 1.500~1.510 1.547
三、 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， 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 。 ）
（一）镜面光泽度
光泽度采用变角光泽计测定。 光泽度采用变角光泽计测定。使用钨带灯作为光 源，因为在钨带表面法线方向发生的辐射是非偏 振的。一般使用黑玻璃作光泽度参考标准， 振的。一般使用黑玻璃作光泽度参考标准，其折 射率为n＝ 射率为 ＝1.567。光泽度定义为，样品的规则反 。光泽度定义为， 射比与黑玻璃参考标准的规则反射比的比值， 射比与黑玻璃参考标准的规则反射比的比值，光 泽度测量的几何条件定为20° 泽度测量的几何条件定为 °、60°和85°， ° ° 施照体为CIE标准 光源和 光源 。 标准A光源和 施照体为 标准 光源和C光源
3.0
σ(1/µm)
0
1.0
2.0
粒径 (µm)
二、纤维的外部结构对光学性能的影响
（一）截面形状
2.4 2.2
反射光相对强度
2.0 1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 1.5 1.9 2.3 2.7 3.1
a/b
（二）侧面结构
圆形截面
三角形截面
（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。 射光中漫反射比例大，光泽比较柔和。纤维越 其比表面积越大纤维表面的反射率 纤维表面的反射率R随纤维 细，其比表面积越大纤维表面的反射率 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， 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， 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，
G = ( M − L) L ×100%
纤维外表面的平整决定了纤维反射光辉度的分布 纤维内部的反射比例以及透明性与辉度分布反映出 纤维光泽的质感－ 纤维光泽的质感－光泽感
蚕 丝 和 涤 纶 纤 维 光 泽 曲 线
第二节 织物的光学特点
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 无限宽阔的薄膜。 无限宽阔的薄膜。推出了有限厚度薄膜层反 射光比例R的计算公式 射光比例 的计算公式
2
s
i0
t 2s t ts
2
阿伦-戈德芬格模型 阿伦 戈德芬格模型
ts t2
ts3 t2 s 2
t K= = s
ρcos 45
o
n− + (1 − ρ ) 2 ∑ α n ρcos1β n ( − ) < d ≤1 n =1 ∞
∞
β1 = 180 − 2arctan



d /m − arctan 2 2 2 1−α 1− d / m d
0.8
0.6
A—G考虑了纤 考虑了纤 维表面的福勒 斯纳反射因素， 斯纳反射因素， 因此其预测较 正确。 正确。
R
0.4 0.2
K-M
A-G
0
0.2
0.4
0.6
0.8
cηr
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
三、纤维的光学特性
（一）反射和透射
θ
第三次界面
s
i0
θ
s
第一次界面
t + s + a =1
光通量 (1 − ρ )(1 − α ) a= 1 − ρα 其中
n1 n2
α α
lp
α
β
αα
a = 10
− cηrl p
φ =2θ−2α
t
θ
第二次界面
β2 +180ο
（二）光泽 纤维光泽的测量：三维变角光度仪。 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M和 边测定反射通量，测出的最高和最低光通量 和 L，光泽度 ，光泽度G
（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 （三）二次元对比光 泽度 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―正反射平面 在入射 正反射平面 变化各测量角， 上，变化各测量角， 得到各种角度下的扩 散反射R以及正反射 散反射 以及正反射 值S。计算二次元光 。 泽度
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， 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。
0.20
0.16
0.12
二氧化钛
0.08
0.04
碳酸钙
0
高分子中TiO2粒径越小，其 粒径越小， 高分子中 表面积越大， 表面积越大，散射效率随之 增加。 增加。当其粒径减小到可见 光波长范围以下时， 光波长范围以下时，将引起 衍射现象， 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 CaCO3的散射系数要大得 多，散射中心折射率变化越 大，散射效率越大 。
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， 光泽感就强；射到纱线上的光束与纱的轴向垂直，易 形成散射， 形成散射，光泽就差
Z
Z
Z
S
（a）捻向相同，光泽方向相反
捻向相反，光泽方向相同 （b）
经纬纱的捻向一致，有助于光线的规律反射， 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(加捻后纱的表层纤维对纱轴的 纱不同捻向，且其捻回角 加捻后纱的表层纤维对纱轴的 倾角)各为一定数，使经纬的纤维排列方向完全一致时， 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 光泽感最强