Лекция № 2-13
Тема 7. (продолжение)
Вопросы, рассматриваемые на лекции:
Оптические свойства текстильных материалов. Цвет, его восприятие в зависимости от структуры и свойств материалов.
Белизна текстильных материалов. Оценка белизны.
Блеск.
Прозрачность текстильных материалов
Оптические свойства текстильных материалов. Цвет, его восприятие в зависимости от структуры и свойств материалов.
Цвет. Человек, рассматривающий материал со стороны падающего потока излучений, воспринимает световой поток как отраженный и диффузионно-рассеянный вверх, что вызывает у него ощущение цвета.
Если материал равномерно поглощает поток излучений, то воспринимаемый световой поток вызывает у человека ощущение того или иного ахроматического цвета (от белого до черного) в зависимости от степени поглощения падающего потока излучений. При полном отражении возникает ощущение белого цвета, при неполном поглощении — серого цвета (различных оттенков), а при полном — черного.
При избирательном поглощении диффузионно-рассеянный свевой поток состоит в основном из излучений, имеющих определенную длину волн. В этом случае воспринимаемый световой поток дает ощущение хроматического цвета, причем излучения разных длин волн вызывают разные цветовые ощущения.
Зрительное восприятие цвета — сложный психофизический процесс, слагающийся из логической обработки качественной и количественной информации, получаемой в результате преобразования видимого излучения зрительным аппаратом человека. Возникающее ощущение цвета имеет несколько качественных и количественных характеристик.
Цветовой тон — основная качественная характеристика ощущения цвета, которая позволяет устанавливать общее между цветовыми ощущениями образца материала и цветом спектрального излучения. Различие цветовых тонов оценивается цветовыми порогами. В видимом спектре различают около 130 порогов цветового тона, в пурпурных цветах — 20-30 порогов.
Насыщенность — качественная характеристика ощущения цвета, позволяющая различать два ощущения цвета, имеющих один и тот же цветовой тон, но разную степень хроматичности. Эта характеристика оценивается порогами насыщенности. Наибольший порог насыщенности у спектральных цветов; порог насыщенности ахроматического цвета равен нулю.
Светлота — количественная характеристика ощущения цвета, показывающая степень общего между данным цветом и белым. Светлота несамосветящихся тел зависит от их световых свойств, в частности от отражательной способности.
Как отмечалось ранее, восприятие цвета — очень сложный процесс, на который влияет ряд факторов физического, физиологического и психологического характера. Эти факторы необходимо учитывать как в производстве текстильных материалов (при разработке рисунков, подборе цветов, крашении и печатании), так и в производстве швейных изделий (при моделировании, конструировании и выборе материала для конкретных изделий).
Цвета красные, оранжевые, желтые, желто-зеленые называют теплыми; они в восприятии человека ассоциируются с представлениями о солнечном свете, теплых, нагретых телах. Цвета зелено-голубые, голубые, синие, фиолетовые называют холодными, так как они связаны с представлениями о цвете льда, металла. Белые й 1 теплые цвета яркие, выступающие; они хорошо выявляют поверхность материала, его фактуру, конструктивные элементы изделия, подчеркивают объемность фигуры, придают ей полноту. Темные и холодные цвета, наоборот, скрывают поверхность, объемность материала. Швейные изделия, изготовляемые из материалов светлых и теплых цветов, требуют тщательной обработки, так как малейшие ее неточности будут выглядеть как дефекты внешнего вида изделия.
Понятия теплых и холодных цветов не совпадают с физическими понятиями теплых и холодных окрасок. Теплота солнечного света; или нагретого тела обусловливается инфракрасным излучением. Поэтому окраски, отражающие в большей степени инфракрасные и, меньше нагревают материал и носят названия холодных, а краски, поглощающие инфракрасные лучи, в большей мере надевают материал и поэтому называются теплыми. Очевидно, для летнего сезона следует рекомендовать материалы с холодной окрасой, а для осенне-зимнего — с теплой.
Существенно влияют на восприятие цвета характер освещения, его спектральный состав и мощность. При смене источника освещения может произойти изменение светлоты, насыщенности и тона цвета. При солнечном освещении теплые цвета воспринимается менее насыщенными и менее светлыми, а холодные - более светлыми, чем при вечернем освещении. Поэтому для изделий, надеваемых в яркий, солнечный день весенне-летнего сезона, рекомендуются материалы насыщенных цветов и рисунков. При смене источника освещения или увеличении его мощности без изменения спектрального состава изменяется цветовой тон, что необходимо учитывать при определении назначения материала (например, для дневных или вечерних платьев). Влияние источников освещения учитывают также при определении оптических свойств материалов, предусматривая источники с определенными, стандартизированными характеристиками излучения.
Восприятие цвета зависит от состава воспринимаемого светового потока, соотношения хроматического и ахроматического излучений, что определяется характером поверхности материала и оптическими свойствами волокон.
На прозрачных волокнах цвет ощущается более насыщенным, так как они в большей мере избирательно поглощают световой поток, чем непрозрачные.
На гладкой блестящей поверхности цвет воспринимается более ярким, светлым, чем на неровной.
Цвет материалов, имеющих большую толщину или ворсовую поверхность, способствующую многократному отражению излучений волокнами, воспринимается более насыщенным, менее светлым. Изменение длины или наклона ворса меняет условия отражения потока излучений, а вместе с этим и цвет материала. По этой же причине мы отличаем цвет более изношенных участков одежды от цвета менее изношенных.
На ощущение цвета влияет расположение цветов — так называемый одновременный контраст, который приводит к изменению Как светлоты, насыщенности, так и цветового тона. При расположении рядом двух разноярких участков ахроматических цветов изменяется их светлота: у границы раздела менее светлый участок становится светлее и, наоборот, более темный участок — темнее. Серый рисунок на черном фоне повышает свою светлоту. Аналогичную картину наблюдают при соприкосновении хроматических цветов с ахроматическими. Чем больше различие в светлоте, тем сильнее световой контраст.
При соприкосновении хроматических цветов воспринимаемый световой поток как бы суммируется и ощущается как новый цвет.
Например, на красном фоне оранжевый цвет желтеет, желтый - зеленеет, зеленый - голубеет. Одновременный контраст широко используется в текстильном производстве при выполнении рисунков на материалах, а также в швейном производстве при подборе комплектов одежды, деталей изделий, фурнитуры и т.п. При использовании одновременного контраста принимают во внимание не только соотношение цветов, но и размеры участков цветов. При этом учитывают законы гармонии цвета, т. е. такое сочетание цветов, которое вызывает положительную эстетическую оценку, воспитывает чувство красоты.
При изготовлении текстильных материалов и швейных изделий существенное значение имеет точная оценка цветового различия по тону, насыщенности и светлоте. Необходимость оценки цветового различия возникает в разных ситуациях: во-первых, при воспроизведении цвета стандартного образца в процессе окрашивания текстильных материалов, когда необходимо подобрать красители таким образом, чтобы цвет окрашенного образца был тождествен цвету эталона. Во-вторых, такая оценка нужна при установлении разнооттеночности материала, которая возникает в результате изменения условий или нарушения технологических режимов крашения и отделки и выражается в наличии участков материала, различающихся по цвету. Разнооттеночность материала значительно затрудняет технологический процесс изготовления швейных изделий, в частности расчет кусков для настила, раскрой полотен в настиле и комплектование деталей. Поэтому разнооттеночность материала должна контролироваться как при его производстве, чтобы оперативно устранять вызывающие ее причины, так и при изготовлении швейных изделий, чтобы не допускать появления разнооттеночности в стачиваемых деталях.
Цветовое различие выявляется и при оценке устойчивости окраски материала к различным факторам воздействия: свету, влажности, теплоте, химическим веществам, находящимся в атмосфере, моющим препаратам, потовыделениям и т.д. Изменение цвета под действием этих факторов происходит в результате изменения состояния молекул красителя и химических процессов, приводящих к деструкции красителя. Степень протекания этих процессов зависит от интенсивности и продолжительности действия факторов, а также устойчивости красителя.
Фотохимический процесс выцветания, происходящий при действии видимого излучения, очень сложен. Энергия поглощенной части потока излучений вызывает возбуждение молекул красителя, увеличивает скорость их движения. При этом возникают вторичные процессы (часто окислительного характера), приводят к деструкции красителя, особенно в присутствии влаги или кислорода воздуха. Подобные процессы протекают и при действии теплоты, энергия которого также вызывает тепловое движение молекул красителя и способствует его деструкции.
Изменение цвета может носить обратимый или необратимый характер. В первом случае изменяется состояние молекул красителя, наблюдается их тепловое движение; по окончании действия возбуждающего фактора (света, тепла) молекулы возвращаются в первоначальное состояние и, следовательно, цвет восстанавливается. Например, при утюжильной обработке изделия часто наблюдается кратковременное изменение цвета материала, который восстанавливается при его охлаждении. Однако более длительное или интенсивное тепловое воздействие может вызвать необратимые процессы деструкции красителя, что приведет к появлению цветовых пятен на изделии.
При эксплуатации швейных изделий имеет значение и прочность связи красителя с волокном, которая может нарушаться под действием воды, химических препаратов, механических факторов. В результате происходит частичное удаление красителя из структуры волокна, что вызывает изменение цвета и окрашивание соприкасающихся поверхностей.
Устойчивость окраски текстильных материалов оценивается по комплексу физико-механических и химических воздействий: света, светопогоды, увлажнения, сухого и мокрого трения, пота, мыльного раствора, химической чистки, утюжильной обработки. Комплекс физико-механических и химических воздействий для конкретных материалов устанавливается в зависимости от их назначения, условий, в которых они находятся при изготовлении и эксплуатации изделий.
Однозначное определение цвета с помощью точных характеристик — основная задача колориметрии. В повседневной жизни цвет характеризуют цветовыми ощущениями, словарным определением, что является довольно субъективным и неточным методом оценки цвета.
Более точный метод колориметрии — визуальное сравнение образца с эталоном, при котором тождество ощущений воспринимается как тождество цветов. Для этих целей используют атласы Цветов, которые представляют собой набор цветовых образцов, расположенных по определенной системе.
Атлас цветов играет роль визуального цветоизмерительного инструмента. Наибольшее распространение в мировой практике получили атласы Манселлы и Рихтера и ряд других.
В России во ВНИИМ им. Д. И. Менделеева -созданы атласы цветов АЦ-100 и АЦ-1000, включающие соответственно 450 и 1000 стандартных цветовых образцов. Для координации работы предприятий, связанной с выбором цветов, в 1986 г. разработан атлас цветов, включающий в себя 1808 образцов цвета.
Визуально оценивают разнооттеночность, сравнивая цвета разных участков материала, и устойчивость окраски к различным воздействиям, сопоставляя степень посветления окраски материала и закрашивания белого материала с эталонами соответствующих шкал посветления и закрашивания.
Для оценки отраженного от материала светового потока, его спектрального состава используют систему цветовых характеристик, включающих в себя доминирующую длину волны λ, чистоту цвета р и яркость В.
Хроматический цвет представляет собой смешивание монохроматического излучения с ахроматическим. Доминирующая длина волны показывает длину волны монохроматического излучения, которое нужно смешать с ахроматическим чтобы получить цветность данного образца. Ниже приведены длины волн монохроматического излучения (цветов, составляющих белый дневной свет):
Монохромати- Длина
ческий цвет волны, нм
Красный...................................................................620 - 760
Оранжевый..............................................................590 - 620
Желтый....................................................................530 - 590
Зеленый...................................................................490 - 530
Голубой....................................................................470 - 490
Синий.......................................................................430 - 470
Фиолетовый.............................................................390 - 430
Соотношение монохроматического и ахроматического излучений определяет чистоту цвета, которая оценивается отношением яркости монохроматического излучения Вλ к яркости всего воспринимаемого излучения В, %:
р = 100 · Вλ /В.
Яркость представляет собой интенсивность излучения ∆I, приходящегося на единицу площади ∆S, расположенной перпендикулярно направлению света:
B = ∆I /(∆S).
Несамосветящиеся тела, к которым относятся и текстильные материалы, характеризуются коэффициентом яркости r, который определяется путем сравнения яркости данной поверхности В с яркостью идеально белой поверхности Вб, коэффициент отражения которой равен единице:
r = В/Вб.
Любой цвет может быть также выражен через 3 линейно независимых цвета. Независимость этих цветов состоит в том, что каждый из них не может быть получен смешиванием двух других цветов. Согласно закону смешивания цветов цвет D можно получить, смешивая основные цвета А, В и С соответственно в количествах а, b и с:
D=aA + bB+cC.
В соответствии с гипотезой трехмерного выражения цвета любой цвет может быть представлен в виде вектора, величина и расположение которого в пространстве определяются системой координат и величинами векторов основных составляющих цветов. Векторы реальных цветов образуют объем, который носит название цветового конуса (рис. 38). Поверхность АВСО цветового конуса является геометрическим местом векторов монохроматических цветов, а поверхность АСО — пурпурных цветов, получаемых смешиванием цветов коротковолновой и длинноволновой частей видимого спектра. Внутри цветового конуса располагаются векторы реальных хроматических цветов, среди которых находится и вектор OD ахроматического цвета.
Рис. 38. Цветовой конус |
Рис. 39. Цветовой график |
Цветовым графиком называется плоскость сечения цветового конуса, проходящая через точки векторов основных цветов (рис. 39). Он является геометрическим местом точек пересечения его плоскости векторами цветов. Эти точки пересечения называют точками цветности. Вид цветового конуса и цветового графика зависит от выбранной системы координат, однако основные характеристики и соотношения в конусе и графике любого вида сохраняются.
При колориметрических измерениях синтезируют цвет, тождественный с цветом образца, из трех эталонных (единичных) цветов и составляют уравнение цвета. Результаты измерений представляют в виде координат цвета или цветности образца. В зависимости от выбора единичных цветов получают разные системы измерений. Наибольшее распространение из этих систем получили система RGB Международной осветительной комиссии (МКО) и более совершенная система XYZ (МКО), принятые как стандартные. Основные цвета системы RGB задаются как монохроматические излучения с длинами волн 700 (R), 546 (G) и 435,8 (В) нм, которые ощущаются как красный, зеленый и синий цвета. Уравнение цвета в этой системе имеет вид
Ц= RR+ GG+ ВВ,
а уравнение цветности
Ц= rR + gG + bВ,
где R, G, В и r, g, b —- координаты цвета и цветности.
Система XYZ задается через систему RGB с помощью ряда векторных уравнений.
Положенные в основу колориметрии уравнения цвета позволяют объективно и с достаточной точностью описывать и измерять цвет, определять цветовые различия при воспроизведении цвета в процессе крашения, при оценке разнооттеночности и устойчивости окраски.
Эти методы определения цвета и цветовых различий позволяют разрабатывать автоматизированные системы контроля разнооттеночности в процессе крашения и при приеме текстильных материалов на швейных предприятиях.