Barwienie włókien poliakrylonitrylowych barwnikami kationowymi

Barwienie włókien poliakrylonitrylowych barwnikami kationowymi

Technologia i Jakość Wyrobów 61, 2016
Zastosowanie trójwymiarowego skanera laserowego do pomiarów efektu
zgofrowania gofr tkackich
Application of 3d laser scanning in measurement of topography of seersucker fabrics
Łukasz Frącczak1*, Małgorzata Matusiak2
Wydział Mechaniczny Politechniki Łódzkiej, Instytut Obrabiarek i Technologii Budowy Maszyn,
Zakład Robotyki i Automatyzacji, 90-924 Łódź, ul. Stefanowski ego 1/15,
e-mail: [email protected]
2)
Wydział Technologii Materiałowych i Wzornictwa Tekstyliów, Instytut Architektury Tekstyliów,
Politechnika Łódzka, 90-924 Łódź, ul. Żeromskiego 116.
1)
Streszczenie
W chwili obecnej coraz powszechniej stosuje się tkaniny zgofrowane. Przykładem mogą tutaj być tekstylia
domowe, dekoracyjne jak również i ubrania. Ich główną zaletą, oprócz estetyki, jest zapewnienie komfortu
fizjologicznego, gdyż topografia ich struktury sprawia, że ułatwiony jest ruch powietrza pomiędzy skórą człowieka
a odzieżą wykonaną z tych tkanin. W chwili obecnej parametryzacja gofr tkackich jest bardzo trudna, ponieważ
próba pomiaru gofry metodami kontaktowymi zniekształca gofrę i zafałszowuje wyniki pomiaru. Dlatego też
w artykule przedstawiono nową metodę pomiaru gofr tkackich, która polega na laserowym skanowaniu topografii
tkaniny, dzięki czemu pomiar odbywa się bezkontaktowo, co pozwala na przeprowadzenie prawidłowych
pomiarów topografii tkaniny.
Summary
Nowadays the seersucker fabrics are more and more widely applied in different textile goods such as home textiles,
decorative textiles and clothing. Apart from aesthetics their main advantage is an ability to ensure a physiological
comfort. It is due to their topography enabling the air movement between the human skin and clothing made of the
fabrics. Currently, the parametrization of the seersucker fabrics is very difficult because the standard test methods
distort the seersucker effect and in the same time they skew the results. Due to this fact in the presented work a new
method of measurement of the seersucker fabrics is presented. This method applies the 3D laser scanning to scan
the surface of the seersucker fabric. Because the scanning is performed in a contactless way it allows to measure
correctly the topography of the seersucker fabric.
Słowa kluczowe: gofry tkackie, skanowanie laserowe, falistość.
Key words: seersucker fabrics, laser scanning, waviness.
1. Wprowadzenie
Gofry tkackie to tkaniny o unikatowej strukturze.
Zaliczane są do grupy tekstyliów trójwymiarowych
(z angielskiego 3D –three-dimensional). W języku
angielskim
gofry
tkackie
nazywane
są
seersuckerfabrics. Nazwa ta wywodzi się z języka
perskiego i pochodzi od słów sheer i shakar, czyli
mleko i cukier. Zestawienie tych słów nawiązuje do
występującej naprzemiennie gładkiej i chropowatej
struktury pasków gofry, gdzie gładkie paski
odpowiadają gładkiej teksturze mleka, natomiast paski
zgofrowane nawiązują do chropowatej tekstury cukru.
W niektórych publikacjach tkaniny tego typu nazywane
są tkaninami 2D+.
Tkaniny zgofrowane mogą być wytwarzane różnymi
technikami:
 z zastosowaniem zróżnicowanych grubości
przędz osnowowych,
-
z zastosowaniem różnych ilości nitek w osnowach,
z zastosowaniem przędz elastycznych,
z zastosowaniem przędz wysoko-kurczliwych,
z zastosowaniem procesów chemicznych.
W gofrach tkackich efekt zgofrowania, polegający na
występowaniu naprzemiennie pasków gładkich
i wklęsło-wypukłych w kierunku osnowy (rys. 1),
powstaje już w procesie tkania. Gofry tkackie mogą być
wytwarzane na krosnach z dwoma wałami
osnowowymi, gdyż efekt zgofrowania uzyskuje się
poprzez zastosowanie dwóch osnów podawanych
w strefę tkania z różną prędkością, co powoduje różne
napięcia osnów: podstawowej i gofrującej [1,2].
24
Technologia i Jakość Wyrobów 61, 2016
parametrów charakteryzujących topografię powierzchni
gofr tkackich.
2. Część eksperymentalna
Rysunek 1. Przykłady gofr tkackich.
Z uwagi na swoją strukturę oraz wynikające z tej
struktury właściwości estetyczne i użytkowe, gofry
tkackie są coraz częściej stosowane w nowoczesnych
wyrobach włókienniczych, zwłaszcza odzieży, ale także
w tekstyliach domowych czy dekoracyjnych. Niektórzy
naukowcy [3, 4] uważają, że gofry tkacie zapewniają
komfort fizjologiczny, gdyż topografia ich struktury
sprawia, że ułatwiony jest ruch powietrza pomiędzy
skórą człowieka a odzieżą wykonaną z tych tkanin.
Pomimo, iż gofry tkacie są znane i stosowane od lat,
dotychczas nie opracowano metod oceny efektu
zgofrowania tych tkanin. Jedynym parametrem
strukturalnym, który mógł być wykorzystany do oceny
efektu zgofrowania tkanin, jest wrobienie osnowy,
które w przypadku osnowy gofrującej jest wielokrotnie
większe od wrobienia osnowy podstawowej.
Ghahramani współpracownicy [5] zaproponowali dwa
algorytmy, a mianowicie funkcję gęstości widmowej
oraz funkcję kątowej widmowej gęstości mocy do
oceny ilościowej efektu zgofrowania.
W niniejszej pracy przedstawiono próbę zastosowania
trójwymiarowego skanera laserowego do pomiaru
Materiał badawczy
Badaniom poddano 4 warianty gofry tkackiej wykonane
na bazie tego samego zestawu osnów: podstawowej
i gofrującej, różniące się miedzy sobą rodzajem przędzy
wątkowej. Gofry zostały wytworzone na jednym
krośnie, następnie poddane zostały procesowi
wykończenia obejmującemu: odklejanie, pranie,
płukanie i suszenie. Podstawowe parametry strukturalne
tkanin podano w tabeli 1.
Jak widać na podstawie danych przedstawionych
w tabeli 1, w przypadku każdego wariantu tkanin
wrobienie osnowy II – gofrującej jest więcej niż
dziesięciokrotnie większe od wrobienia osnowy
I – podstawowej. Największe wrobienie tkaniny
gofrującej odnotowano dla tkaniny 1, natomiast
największe
zróżnicowanie
wrobienia
osnowy
podstawowej i gofrującej wystąpiło w tkaninie 3.
Metoda badawcza
Do pomiarów topografii powierzchni gofr tkackich
zastosowano przenośne ramię pomiarowe CimCore
Romer Infinity 2 wraz z głowicą skanującą
ContourProbe (rys.
2) firmy Perceptronoraz
specjalistyczne oprogramowanie ScanWorks, które jest
kompletnym
pakietem
przeznaczonym
do
przeprowadzania procesu skanowania 3D. Zestaw ten
umożliwia skanowanie powierzchni z dokładnością do
0,02mm. Ramię pomiarowe było umieszczone na stole
granitowym, na którym również umieszczano kolejne
próbki tkanin.
Tabela 1. Podstawowe parametry strukturalne badanych tkanin.
Parametr
Jednostka
Osnowa I
Osnowa II
-
Wariant 1
20 x 2 tex CO
20 x 2 tex CO
Wątek
-
20 x 2 tex CO
Splot – osnowa I
Splot – osnowa II
-
płótno
ryps 2/2 (2)
dm-1
dm-1
%
%
%
278
221
5,12
70,6
13,7
Gęstość osnowy
Gęstość wątku
Wrobienie osnowy I
Wrobienie osnowy II
Wrobienie wątku
Wartość
Wariant 2
Wariant 3
20 x 2 tex CO
20 x 2 tex CO
20 x 2 tex CO
20 x 2 tex CO
15 x 2 tex
15,6 x 2 PES
CO50/
156/94/2
PES50
płótno
płótno
ryps 2/2 (2)
ryps 2/2 (2)
281
237
3,32
54,5
13,0
284
290
1,85
60,0
15,9
Wariant 4
20 x 2 tex CO
20 x 2 tex CO
12 x 2 tex
PES88/
SeeCell 12
płótno
ryps 2/2 (2)
274
281
5,05
62,9
10,3
25
Technologia i Jakość Wyrobów 61, 2016
• Na podstawie tych trójkątów została wyznaczona
powierzchnia ciągła danej próbki tkaniny (rys. 3).
Rysunek 3. Przykładowy skan gofry tkackiej.
Rysunek 2. Stanowisko pomiarowe zastosowane
w badaniach.
Przed przystąpieniem do badań głowica pomiarowa
została skalibrowana i ustawiono następujące parametry
pomiarów: częstotliwość skanowania 30Hz, liczba
punktów pomiarowych przy jednym skanie 640pkt
(19200 pkt/s), szerokość pola skanowania 70mm
(odległość między punktami 0,1mm), prędkość
skanowania około 10mm/s (odległość wzdłużna około
0,3mm).
W celu uniknięcia błędów skanowania głowicę
pomiarową trzymano w taki sposób, aby wiązka
pomiarowa lasera była prostopadła do skanowanej
tkaniny. Powierzchnię każdej z próbek zeskanowano
cztery razy: dwa razy wzdłuż osnowy skanując
z kierunku lewego oraz prawego, dwa razy wzdłuż
wątku w kierunku z góry oraz z dołu. W sumie po
zeskanowaniu dla każdej z próbek otrzymano chmurę
liczącą około 250 do 300 tysięcy punktów.
Następnie każdą chmurę punktów przekształcono
w programie Geomagic w następujący sposób:
• Usunięto punkty najbardziej odstające od wartości
średniej w danej populacji punktów (w otoczeniu
o promieniu około 1mm).Wartość graniczną, dla
której dany punkt był usunięty wyznaczono na
0,05mm.
• Z chmury punktów utworzono powierzchnię
składającą się z trójkątów w taki sposób, aby
każdy z punktów w danej chmurze miał nie mniej
niż jeden wierzchołek (punkty skrajne) trójkąta i
nie więcej niż 3 wierzchołki (punkty znajdujące się
wewnątrz chmury).
• Następnie usunięto
wystające
wierzchołki
trójkątów przesuwając je „w głąb” lub „na
zewnątrz” tkaniny. Wartość przesunięcia nie
przekraczała 0,05mm.
Dla każdej tkaniny wykonano skan jej powierzchni,
a następnie uzyskane skany poddano obróbce
w programie SolidEdge ST7 w celu wyekstrahowania
linii w kierunku osnowy i wątku, charakteryzujących
topografię badanych tkanin. Dla każdej z pomierzonych
próbek tkanin wycięto kwadrat o szerokości boku
50mm. Następnie utworzono linię równoległą do
płaszczyzny, na której leżała próbka oraz do osnowy
i leżącą po jednej stronie powierzchni próbki.
Utworzoną linię zrzutowano na powierzchnię tkaniny
(rys. 4). Dla tak utworzonego rzutu można zmierzyć
poszczególne fragmenty zrzutowanej linii. Pomiary te
odzwierciedlają parametry geometryczne tkaniny
w miejscu cięcia (rys. 5).
Rysunek 4. Przykładowy rzut linii na powierzchnię
tkaniny.
Rysunek 5. Linia odwzorowująca kształt krawędzi
tkaniny w miejscu wirtualnego cięcia skanu gofry
tkackiej.
26
Technologia i Jakość Wyrobów 61, 2016
W celu uniknięcia przypadkowości doboru położenia
rzutowanej linii wygenerowano serię równoległych linii
oddalonych od siebie o 1mm, w taki sposób, aby
obejmowały one przynajmniej pełen raport gofrowania
(rys. 6). Następnie utworzono kolejną serię linii
równoległych oddalonych od siebie o 1mm
i równoległych do wątku. W dalszej kolejności linie te
zrzutowano na powierzchnię tkaniny.
Rysunek 6. Seria linii utworzonych wzdłuż osnowy
gofry tkackiej.
Na podstawie otrzymanych linii wyznaczono
następujące parametry:
- maksymalna wysokość profilu (falistość) Wz,
- różnica pomiędzy maksymalną i minimalną
wartością parametru Wz dla poszczególnych linii
w kierunku osnowy,
- liczba linii równoległych do osnowy w obrębie
raportu zgofrowania odpowiadających paskowi
gładkiemu i paskowi wypukłemu (zgofrowanemu),
- procentowy udział powierzchni
w całej powierzchni tkaniny.
zgofrowanej
Maksymalna wysokość profilu (falistość) Wz stanowi
różnicę pomiędzy najwyższym oraz najniższym
wierzchołkiem w pięciu przedziałach, na które jest
podzielony zakres pomiarowy. W omówionych
badaniach każdą linię podzielono na 5 równych
odcinków. Dla każdego odcinka wyznaczono parametr
Wz, a następnie obliczono średnią arytmetyczna z pięciu
pomiarów (rys. 7).
3. Uzyskane wyniki
Jako przykład na rysunku 8 przedstawiono wartości
falistości Wz dla wariantu 1. Jak widać, średnie wartości
parametru Wz są rożne dla różnych linii utworzonych
w ramach raportu zgofrowania tkaniny. Wartość
parametru Wz mieści się w przedziale od 0,14 mm do
1,20 mm. Linie o wyższej wartości falistości Wz
odpowiadają paskowi zgofrowanemu. Są to linie od 8
do 13, przy czym linie 8 i 13 stanowią linie brzegowe
paska zgofrowanego. Z kolei linie od 1 do 7
odpowiadają paskowi płaskiemu. Wartości parametru
Wz dla poszczególnych linii wyekstrahowanych wzdłuż
osnowy w obrębie raportu zgofrowania wyraźnie
odzwierciedlają efekt zgofrowania tkaniny.
Uzyskane wyniki pomiarów wszystkich wariantów gofr
tkackich za pomocą skanera 3D przedstawionow tabeli
2.
Rysunek 7. Metoda pomiaru falistości wyekstrahowanych linii.
27
Technologia i Jakość Wyrobów 61, 2016
1,4
1,2
Wz mm
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Numer linii
Rysunek 8. Wyniki pomiaru falistości Wz dla linii równoległych do osnowy tkaniny 1.
Tabela 2. Wyniki pomiarów gofr tkackich za pomocą laserowego skanera 3D.
Wartość
Wariant 2
Wariant 3
0,435
0,396
Parametr
Jedn.
Średnia falistość Wz
Odchylenie
standardowe
średniej
falistościWz
Różnica pomiędzy maksymalną i
minimalną wartością parametru Wz dla
poszczególnych linii w kierunku osnowy
Liczba linii w kierunku osnowy w
raporcie zgofrowania
Liczba linii w kierunku osnowy
odpowiadających paskowi zgofrowanemu
Liczba linii w kierunku osnowy
odpowiadających paskowi gładkiemu
Procentowy
udział
powierzchni
zgofrowanej w całej powierzchni tkaniny.
mm
Wariant 1
0,472
mm
0,407
0,368
0,352
0,379
mm
1,08
0,97
0,87
0,91
-
13
13
12
12
-
6
5
6
5
-
7
8
6
7
%
46.1
38.5
50.0
41.7
Wariant 4
0,559
Rysunek 9. Wyznaczanie szerokości pasków w gofrze tkackiej.
28
Technologia i Jakość Wyrobów 61, 2016
Z uwagi na fakt, że linie tworzone były co 1 mm, liczba
linii w raporcie odpowiada w przybliżeniu szerokości
raportu w milimetrach. Tym samym na podstawie
liczby linii odpowiadających paskowi gładkiemu
i zgofrowanemu można wyznaczyć szerokość tych
pasków (rys. 9), a tym samym ich udział w całkowitej
powierzchni tkaniny.
Z kolei różnica pomiędzy maksymalną i minimalną
wartością parametru Wz dla poszczególnych linii
w kierunku osnowy odzwierciedla uwypuklenie pasków
zgofrowanych w stosunku do płaskiej, podstawowej
części tkaniny. Nie jest to jednak miara rzeczywistego
uwypuklenia. Wartość tego wskaźnika może być użyta
jedynie dla celów porównania różnych gofr tkackich.
4. Podsumowanie
Uzyskane wyniki potwierdziły, że zaproponowana
metoda z zastosowaniem przestrzennego skanowania
laserowego umożliwia scharakteryzowanie topografii
gofr tkackich i może być wykorzystana do oceny efektu
zgofrowania tych tkanin. Jako miary efektu
zgofrowania mogą być zastosowane następujące
wskaźniki: maksymalna wysokość profilu (falistość)
Wz, różnica pomiędzy maksymalną i minimalną
wartością parametru Wz dla poszczególnych linii, liczba
linii w obrębie raportu zgofrowania oraz procentowy
udział powierzchni zgofrowanej w całej powierzchni
tkaniny.
5. Bibliografia
1. Gandhi
K.,
Woven
Textiles
Principles,
Technologies and Applications”, 1st ed.,
Woodhead Publishing, New Delhi, 2012, 142-158.
2. Maqsooda M., Nawaba Y., Javaida M.U., Shakera
K.,Umaira M.,Development of seersucker fabrics
using single warp beam and modelling of their
stretch-recovery behavior, The Journal of The
Textile
Institute,
DOI
10.1081/00405000.2014.977542 2014.
3. Ashraf W., Nawab Y., Maqsood M., Khan H.,
Awais H., Ahmad S., Ashraf M., Ahmad S.,
Development of Seersucker Knitted Fabric for
Better Comfort Properties and Aesthetic
Appearance, Fibers and Polymers 2015 (16) 3,
699-701.
4. Willard D., The Fabric Selector, 1st ed., Search
Press Ltd, 2011, 42-78.
5. Ghahraman F.G., TavanaiH., Hosseini S.A.,A
qualitative assessment of seersucker effect through
spectral density and angular powerspectrum
function algorithms, The Journal of The Textile
Institute 2010 (101) 3, 276–281.
29