光致变色纱线在多层织物设计中的应用

牛建涛,刘雨晴,黄紫娟,徐超武,蒋秀翔

(苏州经贸职业技术学院 纺织服装与艺术传媒学院,江苏 苏州 215009)

光致变色织物是通过采用光致变色纤维织造或在织物表面负载光致变色化合物,进而使织物具有光致变色功能的织物,可用来开发光致变色装饰材料、防伪商标、窗帘、运动装、工作服等功能纺织品[1]。例如美国太阳活性公司生产的光致变色面料,在室内没有紫外线照射时面料呈现白色,在室外有紫外线照射时,面料可以变色产生出特定的色泽[2]。发光纤维是指在外界条件(包括光、电、磁、压力、温度等)激发下,发光中心发生电子跃迁而产生可见光的新型功能纤维[3-4]。通用型光致变色纤维主要通过改性或掺杂光致变色材料,通过纺丝工艺或后整理等将光致变色材料与纤维有机结合起来,如河南新乡化纤股份有限公司通过将光致变色材料包覆到纤维内部,形成了具有光致变色功能的纤维素纤维[3]。

多层织物与同面密度的单层织物相比,面料质感更柔软,保暖隔热。多层织物结合不同的原料、色泽、花纹等参数,可设计出各种各样的织物,在纺织产业中具有很好应用前景[5]。本文采用在紫外线照射下白色变红紫色和白色变紫色的2种纤维表面负载变色材料的光致变色纱线,结合双层组织、三层组织,设计与开发了光致变色功能面料,实现了织物在光线照射下单面变色,而反面不显变色的特殊效果,以期为光致变色功能面料的设计与开发提供一种新的设计思路。

1 表里换层光致变色织物设计与织造

1.1 结构设计

为了凸显图案,采用表里换层双层组织结构设计光致变色面料,纹样图案设计为字母“P”[6]。由于本文采用光致变色纱线以及小样织机综框数的限制,表里2层的组织不能过于复杂,因此采用平纹组织为基本组织,表里换层双层组织图案“P”部分采用里经接结法(下接上)[7-8]。

1.2 组织图与工艺参数

表里换层光致变色功能面料的织物图案采用“P”字形,表经、表纬均选用白色涤纶缝纫线(13.3 tex×2,东莞市裕舜纺织品有限公司),而里经、里纬均选用白色涤纶缝纫线和白色变红紫色光致变色纱线(13.3 tex×2,东莞市裕舜纺织品有限公司)组合,表、里层的经、纬纱排列比均为1∶1。采用SGA598型半自动小样机(江阴通源纺机有限公司)织造。上机织造时,采用16页综框照图顺穿法,采用140号筘(140筘/(10 cm)),每筘齿穿入4根纱线,其中表、里经各2根。织物组织图如图1所示,其中橘黄色表示表经浮于里纬线之上的经组织点;黑色表示表经与表纬交织形成的经组织点和里经与里纬交织形成的经组织点;绿色表示里经(白色变红紫色光致变色纱线)浮于表纬线之上的经组织点。

图1 “P”字形表里换层双层织物组织图和穿筘图Fig.1 Organizational chart and reed drawing of "P"-shaped surface-innier layer exchangble double-layer fabric

1.3 织物实样

试织得到“P”字形表里换层光致变色织物,实样见图2。经过测量与计算,织物的经密约604根/(10 cm),纬密约为484根/(10 cm)。在室内光线较暗时,织物的正、反面均为白色,色差显示出字母“P”形图案。在室外时,织物经过太阳光线的照射,观察织物的正面,其字母“P”形图案由白色逐渐变为红紫色,图案周围仍然为原来的白色,图案清晰、色泽对比明显;而织物的反面,由于采用表里换层的双层结构,使部分光致变色纱线位于织物反面,在太阳光线的照射下形成了红紫色,而中间的普通纱线不会变色进而呈现出白色的字母“P”形图案。织物紧密、厚实、牢度高,可应用于儿童服装、时尚服饰和箱包等,具有一定的趣味性和可观赏性。

图2 “P”字形表里换层双层织物实样Fig.2 "P"-shaped surface-innier layer exchangble double-layer fabric sample

2 三层组织光致变色织物设计与织造

在第1节光致变色双层功能织物的试织与应用中,由于表里换层结构的特性,部分光致变色纱线位于织物的反面,在光线照射下也发生了变色。为了使光致变色纱线图案只呈现在织物的正面,而反面在光照下不发生颜色变化,设计了表里换层三层结构的光致变色织功能织物[9]。

2.1 结构设计

三层织物由上、中、下3层结构组成,考虑到小样织机综框数量的限制,织物的三层组织结构均采用简单的平纹组织[10]。设计图案样式时,几何图案使用的比较多,因此选用直线线条结构的字母“E”图案。为了使光致变色纱线字母“E”图案只呈现在织物的表面,而下层不显现,设计上、中2层采用表里换层结构,下层不参与换层,即设计为表里换层三层组织,光致变色纱线只出现在织物的上、中2层结构。为了避免产生织物层间剥离现象,采用中层经纱分别接结上层、下层的方式,使织物结构紧密连接。

2.2 组织图与工艺参数

三层组织结构中的上、中层采用表里换层组织,构建成字母图案“E”,上层和下层的经纱和纬纱均采用白色涤纶缝纫线(13.3 tex×2,东莞市裕舜纺织品有限公司),而中层的经纱、纬纱均选用白色涤纶缝纫线和白色变紫色光致变色纱线(13.3 tex×2,东莞市裕舜纺织品有限公司)组合。

三层组织中的上、中、下层的经纬纱排列比为1∶1∶1,按照织物图案的需要设计换层的三层组织图(见图3),其中黑色表示表经与表纬交织形成的经组织点、中层经线和纬线交织形成经组织点以及下层经线与纬线交织形成的经组织点,灰色表示表经浮于中层、下层纬线之上的经组织点;橘黄色表示中层经线浮于下层纬线之上的经组织点;绿色表示中层经纱(白变紫光致变色纱线)浮于上层纬线之上的经组织点;第1行中绿色方框内橘色表示中层经纱浮于上层纬线形成结接点的位置关系的经组织点;第3行中的绿色方框内白色表示中层经纱沉于下层纬线形成结接点的位置关系的纬组织点。采用SGA598型半自动小样机试织,采用14页综框,筘号为140筘/(10 cm),每筘齿穿入6根纱线,上、中、下层各2根纱线。

图3 “E”字形三层织物组织图和穿筘图Fig.3 Organizational chart and reed drawing of E-shaped three-layer fabric

2.3 织物实样

试织得到“E”字形上、中层表里换层结构的三层组织光致变色面料,实样见图4。

图4 “E”字形三层织物实样Fig.4 "E"-shaped three-layer fabric sample

经过测量与计算,三层织物的经密约为792根/(10 cm),纬密约为753根/(10 cm)。在室内光线较暗时,织物的正、反面均为白色,字母“E”形图案并不明显;在室外经过太阳光线照射时,织物的正面字母“E”形图案由白色逐渐变为紫色,周围布样色彩仍为原来的白色,“E”形图案清晰、色泽对比明显,而织物的反面仍为白色,观察不到纱线色彩变化,光致变色纱线图案只在织物的正面显现,反面不发生光致变色现象。与第1节中“P”字形表里换层双层织物相比,“E”字形三层织物织物密度更高、更厚实,同样可用于一些趣味性强和定制的服装和服饰,也可用于防伪商标等。

3 结束语

本文采用光致变色纱线,成功开发了表面换层双层、表里换层三层光致变色面料。由于表面换层组织的结构物性,双层结构面料在织物的反面也有光致变色纱线,使得表面换层双层织物在光线照射下也会变色,而上、中层表里换层的三层组织结构织物,实现了织物在光线照射下单面变色,而反面不显变色的特殊效果,具有一定的趣味性和可观赏性,可对其进行进一步的拓展应用。关于光致变色纤维或织物在不同光照强度、温度、湿度等条件下的变色规律,如何进行量化表征还需进一步研究。