涤/棉织物激光雕印工艺的研究

董　猛，肖　彩，田俊莹

(天津工业大学，天津 300387)



涤/棉织物激光雕印工艺的研究

董猛，肖彩，田俊莹

(天津工业大学，天津 300387)

近年来，激光技术在纺织品上的应用增多，根据工厂实际生产条件，采用电脑图片BMP格式输出的位图方式对涤棉织物激光雕印工艺研究，主要分析了激光速度对织物雕印印花后强力与颜色变化，以及干布与浸湿后对涤棉织物激光雕印效果的影响。结果表明，在BMP图片格式下进行涤棉织物的激光雕印，织物强力随激光速度的减小而下降，纬向的强力下降率远大于经向强力下降率，织物的色差也随激光速度的减小，变化很大；织物浸湿后雕印，同一激光速度下，比干布雕印水洗后的颜色变化要小，且经向强力相对较大。

涤棉织物激光印花强力K/S值

0　前言

激光加工技术是将激光束能量传递给所加工基材，基材发生物理或化学变化，从而达到加工的目的[1]，激光加工技术可以对材料进行切割、表面处理、打孔、微加工等整理，该技术具有高度自动化，速度快，操作简单，加工质量高等优点，激光束的能量和移动速度可以调节，从而实现复杂图像的精密加工[2]。

激光技术在纺织行业的应用主要有激光裁剪、激光雕刻印花、激光烧毛、激光切割等[3]。纺织面料传统的印花方式中，其生产加工流程较长，加工图案单一、生产过程同时受到环保方面的限制，而且难以达到当今人们对服饰面料图案个性化的需求。激光雕刻机对服装面料进行整理，结合了计算机平面设计技术，图案丰富多彩，产生特殊的印花效果，在服装面料的个性化印花中具有重要发展。激光雕刻技术与热转移印花技术、数码印花技术，同属于无水少水的印花技术，在生态环境保护方面具有广泛的应用意义[4-6]。

目前激光雕花工艺在纺织面料上的应用，主要集中在纯棉织物的特殊整理效果上，而较少用在在涤棉混纺织物中。由于涤纶纤维为合成化纤，激光雕刻处理后，其热效应导致涤纶强力损失较大，引起涤纶纤维的收缩。本文通过有关实验，对涤棉织物进行激光雕刻的研究，分析其物理性能和颜色效果的变化，为以后对涤棉织物雕花工艺研究提供一些参考。

1　实验

1.1实验材料与仪器

实验材料：蓝色涤棉交织牛仔布(斜纹2/1，克重317g/m2，密度79×51)；

实验设备：MX 18-RF 777纺织激光雕花机(意大利otlas公司)；ORINTEX测色配色系统(意大利ORINTEX有限公司)；WSD—Ⅲ全自动型白度仪(北京康光仪器有限公司)；YG(B)003A撕破强力机(温州大荣纺织标准仪器厂)；

1.2激光雕刻印花

意大利otlas公司的MX 18-RF 777激光雕花机的雕印方式有以下两种：(1)以BMP图片格式输出的位图，其激光固定强度为750W，加工时调节激光速度，速度可调范围0～2400m/min；(2)以PLT图片格式输出的矢量图，激光能量和速度可以同时调节，速度可调范围0～1800m/min，激光能量可调范围为0～100%。在工厂实际加工中，以PLT图片格式输出的加工方式，整体生产速率较慢，且加工成本相对较高，故多采用BMP格式进行织物雕花，PLT格式多用于织物的剪切方面。本次实验激光加工方式的研究是采用BMP图片输出格式。

1.2.1雕刻速度的研究

调节激光雕印机上的参数。以BMP图片格式输出，设置激光焦点与布面距离Y值为0.5mm，分别取激光速度为2400m/min、2100m/min、1800m/min、1500m/min、1200m/min、900m/min。对涤棉织物进行雕印整理后，测试其K/S值、ΔE值、断裂强力、撕破强力，并求得降强率。

1.2.2干、湿布样两种状态下雕花工艺

取两块织物，其中一块织物经过清水浸轧(轧余率为60%)，在干、湿两块布上都用激光器用2400m/min、2100m/min、1800m/min、1500m/min、1200m/min、900m/min速度打10cm×10cm的小样，观察在干、湿不同调节下，用同样的参数打出样品颜色的差异。分别测布样的K/S值和ΔE值。

1.3性能测试与表征

1.3.1断裂强力的测试

根据ASTM D5034断裂强力标准试验方法在DESC织物强力试验机上测得涤棉织物雕印前后断裂强力。

1.3.2撕破强力的测试

根据ASTM D1424冲击摆锤法测定织物的撕破强力在M008摆锤式撕破强力机测得织物的撕破强力。

1.3.3降强率

降强率即强力下降率，能够有效反应强力的下降程度。计算公式为

降强率=(P2- P1)/ P2×100%

式中：P1为处理后试样断裂强力或撕破强力；P2为处理前试样断裂强力或撕破强力。

1.3.4K/S值测试

表面观察深度一般是指织物颜色给予人们的直观深度感觉。表面深度值的大小可以用库贝耳卡-蒙(Kubela-Munk)函数值，即K/S值来表示，其中K/S值的计算公式为K/S = (1-R)2/ (2×R)，其中R：最大波长的反射值；K：吸收系数；S：散色系数；K/S值越大，表示颜色越深；K/S值越小，表示颜色越浅。

1.3.5ΔE*值的测定

用WSD—Ⅲ全自动型白度仪测激光雕印后布样对比于未激光雕印布样的颜色改变值ΔE*。ΔE*= [(ΔL*)2+ (Δa*)2+ (Δb*)2]1/2

a*：红(+)—绿(-)

b*：黄(+)—蓝(-)

L*：白(+)—黑(-)

ΔE*值越大，表示雕印后布样的颜色与未雕印布样的颜色差异越大。

2　结果与讨论

2.1不同的激光速度对涤棉织物断裂强力和撕破强力的影响

激光作用在涤棉织物的表面使织物表面烧蚀，而形成特定的图案。由于涤棉织物中含有涤纶，涤纶受热后会发生收缩，并引起强力的损失。对于涤棉混纺织物激光雕印后强力的变化与激光涤棉织物中T/C比例有很大关系。对于涤棉交织织物激光雕印后强力变化还与激光直接作用在涤纶上的面积有关。

图1织物经向断裂强力和降强率随激光速度变化曲线图；原布经向断裂强力152 lbf

图2织物纬向断裂强力和降强率随激光速度变化曲线图；原布纬向断裂强力148 lbf

由图1和图2可知，激光作用后的涤棉织物经纬向断裂强力皆下降，随着激光速度的增加，断裂强力增加，激光速度越小，断裂强力越低。其中纬向断裂强力下降率比径向断裂强力下降率高出很多，在激光速度较大的情况下，涤棉交织织物的经向断裂强力基本不变。

图3织物经向撕破强力和降强率随激光速度变化曲线图；原布经向撕破强力14.4 lbf；撕破强力“0”代表撕破滑移，撕破降强率“100”代表撕破滑移。

图4织物纬向撕破强力和降强率随激光速度变化曲线图；原布纬向撕破强力12 lbf；撕破强力“0”代表撕破滑移，撕破降强率“100”代表撕破滑移。

图5　织物正常撕破方向与滑移

图3和图4中“100”表示是该处测量撕破强力值时出现撕破滑移现象，所谓撕破滑移，指织物撕破方向没有有按照既定的方向(图5中的a图所示)进行撕破，而是走了旁边(如图5中b图)所示。出现撕破滑移有三种原因：(1)经纬向撕破强力本身相差较大。经纬向撕破强力相差很大，会导致强力大的方向抗撕裂的阻力过大而向强力小的方向滑移；(2)纱线支数，一般情况下，经纬向纱线的支数相左较大的时候，容易出现撕破滑移；(3)纱线经纬密相差大，或纱线紧度格差大，也会出现撕破滑移的情况。

在本实验中用“0”和“100”代替，由图3和图4可知，随着激光速度的降低，织物的撕破强力的降强率呈增加趋势。同一速度下经向的撕破强力大于纬向的撕破强力，纬向撕破降强率远大于经向撕破降强率。

2.2同的激光速度对蓝色涤棉织物雕印颜色效果的影响

涤棉织物在不同的雕印激光速度下对应的K/S值与ΔE*的关系，由表1所示：

表1　涤棉织物在不同激光速度雕印的颜色效果

由表中的数据可知，随着激光速度的减小，雕印后的涤棉织物的K/S值越小，且都远小于原布的K/S值，而ΔE*值越来越大。说明雕印后的涤棉织物，随着雕印激光速度的减小，与原布的色差越来越大，由表面观察，其颜色越来越浅，

2.3浸湿布样激光雕花工艺的研究

2.3.1干湿涤棉织物雕印的颜色效果

浸湿布样和未浸湿布样，不同激光速度雕印后的涤棉织物K/S值如下页图6所示，不同激光速度雕印后的涤棉织物ΔE*值如下页图7所示。

图6　涤棉织物干、湿雕印在不同激光速度下的K/S值；

图7　涤棉织物干、湿雕印在不同激光速度下的ΔE*值；

蓝色涤纶干布水洗前后的K/S值分别为15.30和17.97，湿布水洗前后的K/S值分别为16.26和19.76。由图6和图7所示，激光雕印后，不论是浸湿后雕印还是未浸湿雕印，水洗后织物的K/S值和ΔE*值均减小，随着激光速度的减小，颜色越浅，色差越大。其中浸湿后雕印的涤棉织物，同一激光速度下，水洗前后K/S值和ΔE*值比未浸湿雕印小，说明浸湿后雕印的涤棉织物与未浸湿相比，色差变化小。从图中可以看出，未浸湿的雕印激光速度为900m/min时与浸湿后的雕印激光速度为600m/min时，水洗后的织物雕印后的颜色效果差不多。

2.3.2干湿织物激光雕花后的强力

激光雕印后，再水洗后颜色效果相近的浸湿与未浸湿织物的强力对比。由图6和图7可知，干布试样在激光雕印速度为900m/min时的颜色效果与湿布试样在600m/min时相近，故选择此两种雕刻速度加工下的试样进行强力分析，如表2所示：

表2　浸湿与未浸湿织物激光雕花后强力对比

说明：“0”表示撕破滑移。

从表2中可以得知浸湿后的织物再雕印与未浸湿织物雕印，在获得K/S值相近，及颜色效果相同的条件下，浸湿后布样在激光速度与干布样雕印相对较小时，浸湿后再雕印的织物的经向强力比未浸湿的织物的经向强力有所增大，纬向强力相差不大。

3　结论

(1)涤棉织物强力随着雕印激光速度的减小而下降，且织物纬向的强力下降率远远大于经向强力下降率，纬向断裂强力和撕破强力下降率在激光速度为2400m/min时均大于60%，即在激光速度较大时，其纬向强力也较小，因此提高激光雕刻的涤棉织物强力，主要考虑其纬向方向的强力变化。

(2)织物先浸湿后，再通过激光雕花，与未浸湿织物雕印相比，在同样的雕刻速度下，K/S值较大，经向强力有所提高，且浸湿织物雕印水洗后的△E*值较小，颜色变化小，若获得与未浸湿织物相同的雕刻颜色效果，需要较小的激光速度。两种条件下雕刻的织物纬向强力差异不大。

[1]方志民，谢颂京，姚建华. 激光加工在先进制造技术中的应用[J] .机械工程师, 2003(8) : 27-30.

[2]江海河. 激光加工技术应用的发展及展望[J].光电子技术与信息, 2001, 14(4) : 1-12.

[3]高宗文，张丽，赵家祥.激光技术在纺织行业中的应用[J].纺织学报,2006(8):117-120.

[4]关芳兰，阳瑜.激光对棉织物雕印印花强力损失的影响[J].印染,2014(8):27-29.

[5]郑光洪，任建华，余荣沾.基于激光的纺织品无水印花技术研究[A].2013东升数码杯节能减排与印染新技术交流会资料集,浙江省印染行业协会:2013:5.

[6]何文元.纺织品的激光雕花工艺参数研究[J].上海工程技术大学学报,2008(1):79-83.

1008-5580(2016)03-0048-04

2016-05-05

董猛(1988-)，男，硕士研究生，研究方向：织物功能整理及染整新技术。

田俊莹(1968-)，女，博士，副教授，硕士生导师。

TS106

A