Способ оценки устойчивости окраски текстильного материала к действию светопогодных факторов Российский патент 2023 года по МПК G01N17/00 

Изобретение относится к текстильному материаловедению и предназначено для оценки качества материалов, эксплуатируемых на открытом воздухе и подверженных действию светопогодных факторов по показателю сохранения затемненности окраски образца, после воздействия заданного количества энергии суммарной, прямой и рассеянной солнечной радиации и может быть использовано для периодических испытаний.

Известен метод испытания устойчивости окраски по стандарту ГОСТ 28692-90 «Материалы текстильные. Метод определения устойчивости окраски к воздействию светопогоды».

Сущность метода заключается в лабораторной оценке устойчивости окраски текстильного материала сравнением изменения рабочих проб, подвергнутых воздействию света ксеноновой лампы и опрыскиванием водой с изменением окраски шерстяных синих эталонов 8-балльной шкалы, экспонированных одновременно с рабочими пробами, но предохранявшихся стеклом от воздействия влаги.

Недостатком этого метода является лабораторное воздействие светопогодного фактора в виде света ксеноновой лампы с опрыскиванием водой, резко отличающихся от естественных светопогодных факторов, визуальная по баллам оценка изменения цвета по эталону.

Известен метод испытания устойчивости окрасок текстильных материалов к погоде по ГОСТ 9733.2-91 (ИСО 105-ВОЗ-88) «Материалы текстильные. Метод испытания устойчивости окраски к воздействию погоды». Метод основан на инсоляции испытуемых окрашенных образцов на открытом воздухе без защиты от воздействия погоды одновременно с комплектом из восьми синих эталонов, защищенных от дождя оконным стеклом.

Для определения изменения первоначальной окраски используют шкалу серых эталонов. При оценке устойчивости окраски в баллах оценивают общий контраст между первоначальной и измененной окраской, определяемый визуально экспертом. Оценка по баллам на основе синих и серых эталонов широко используется, но она зависит от опыта и квалификации эксперта.

Наиболее близким к заявляемому способу оценки устойчивости текстильного материала к действию светопогодных факторов является способ по патенту RU 2481567 с2, МПК G01N 17/00 (2006,01) «Способ оценки устойчивости текстильного материала к действию светопогодных факторов», в котором определенное количество образцов закрепляют на экспонирующей поверхности стенда, воздействуют на них естественными светопогодными факторами путем непрерывного экспонирования на открытом воздухе, и при этом измеряют, регистрируют и интегрируют количество поступившей в зону расположения образцов энергии Q суммарной, прямой и рассеянной солнечной радиации в МДж/м², в количестве, необходимом для снижения исходной прочности на условную величину 35%, выявляемой путем периодического испытания на разрывной машине прочности экспонированных образцов материала и составлением кинетической зависимости потери прочности во время экспонирования

Достоинством этого способа является то, что для выявления склонности материала к действию светопогодных факторов учитывают энергетические затраты суммарной солнечной радиации ΣQ необходимых для снижения исходной прочности на величину - 35% от начального значения. Но определяя светопогодоустойчивость по механическому показателю потере прочности и энергетическим затратам солнечной радиации, известный метод не отвечает на вопрос устойчивости окраски окрашенного материала, подвергнутого светопогодному износу, в части выцветания красителей на волокне, их деструкции, приводящих к ухудшению эстетического состояния окрашенного материала.

Техническим результатом заявляемого изобретения является устранение указанных недостатков, а именно достоверность и объективность способа оценки устойчивости окрашенного материала к действию светопогодных факторов, за счет прямого, спектрофотометрического измерения сохранения затемненности образца k_D после воздействия на него заданной величины основного побудительного фактора деструкции красителя - суммарной солнечной радиации в количестве ΣQ=2500 МДж/м².

Поставленная задача достигается тем, что в способе оценки устойчивости текстильного материала к действию светопогодных факторов, включающего подготовку образцов окрашенного материала, фиксацию их на экранирующей поверхности стенда, воздействие на них естественных светопогодных факторов путем экспонирования на открытом воздухе с одновременным измерением, регистрацией и интеграции поступившей в зону расположения образцов окрашенного материала энергии Q суммарной, прямой и рассеянной солнечной радиации в МДж/м², после чего составляют кинетическую зависимость ΣQ=ƒ(t) поступившей энергии радиации за время экспонирования t, при этом периодически, через 1-3 месяца проводят спектрометрические испытания изменения окраски окрашенного материала относительно эталона в виде образца, не подвергнутого действию светопогодных факторов, спектрофотометром, работающим в системе CIE-Lab, измеряют ахроматический параметр L - светлоту окраски, по которому определяют показатель затемненности окраски D и изменения его в ходе погодного экспонирования по зависимости Di=100^*-Li, по которым определяют k_D - процент сохранения затемненности окраски образца по формуле:

где

L₀ и L_i - исходная и текущая по мере экспонирования на стенде, светлота окраски образцов, L₀=0^*+L₀, Li=0^*+Li, где 0^* - светлота идеально черного цвета;

D₀ и D_i - исходная и текущая по мере экспонирования затемненность окраски, D₀=100^*-L₀, Di=100^*-Li, 100^* - светлота идеально белого цвета, и составляют кинетическую зависимость k_D=ƒ(t) по которой судят о сохранении окраски и путем графических построений совмещают ее с кинетической зависимостью ΣQ=ƒ(t), поступившей энергии радиации за время экспонирования t, располагая начало координат и текущие значения t совпадающими и отражающими связь потери затемненности k_D от количества поступившей энергии ΣD, далее по графику ΣQ=ƒ(t) определяют точку длительности экспонирования, соответствующей поступлению энергии суммарной солнечной радиации в зону расположения образцов окрашенного материала в количестве 2500 МДж/м², проектируют точку 2500 МДж/м² до пересечения с графиком k_D=ƒ(t), определяют коэффициент сохранения затемненности k_D, который количественно характеризует устойчивость окраски текстильного материала к действию светопогодных факторов.

Существенными признаками заявляемого способа является взаимосвязанная совокупность действий при оценке устойчивости окраски текстильного материала к действию светопогодных факторов, изложенных в формуле изобретения.

Суть заявляемого способа проявляется в количественной характеристике потери затемненности окраски, как результат энергетических затрат суммарной солнечной радиации, необходимой для деструкции красителя, для осветления окраски материала.

Устойчивость окраски материалов определяют по проценту сохранения исходной затемненности окраски образцов окрашенных материалов k_D после одинакового воздействия на них энергии солнечной радиации равной ΣQ=2500 МДж/м².

Универсальность количественной характеристики проявляется в том, что она, в отличие от прототипа, характеризует в физических единицах действие светопогоды в МДж/м² одновременно с инструментальным измерением процента сохранения затемненности k_D и применима в другой по широте местности, в другом климате, для других сроков и режимов эксплуатации.

Оценку устойчивости окраски текстильного материала по предлагаемому способу осуществляют с использованием следующей аппаратуры и устройств:

- стенд для экспонирования образцов материала на открытом воздухе;

- спектрофотометр, работающий в системе CIE-Lab для измерения окрасок образцов;

- комплекс приборов для актинометрических наблюдений поступления суммарной солнечной радиации: пиранометр М-80 или М-80 м, подключенный к интегрирующему измерительному прибору, интегратору X-603 или Х-607, или приборы других марок.

Пример

Для лучшего понимания сущности заявляемого способа в примере приведены результаты испытания восьми вариантов окрашенных текстильных материалов, основные свойства которых приведены в таблице 1.

При непрерывном экспонировании образцов в течение 0-17,9 месяцев в окрестностях Санкт-Петербурга на открытом воздухе с воздействием естественных светопогодных факторов в соответствии с требованиями ГОСТ 55307-2012 в период с 05.04.2019 по 30.09.2020 г. с одновременным измерением поступления суммарной солнечной радиации пиранометром М-80, интегрированием среднесуточных поступлений интегратором Х-603, вызывают изменения окраски образцов вариантов 1-8, представленных на фиг. 1. В качестве эталонов окраски для тканей вариантов 1-8 приняты образцы, не подвергнутые действию светопогоды, при t=0 мес. Изменение окраски образцов на фиг. 1 представлены с учетом длительности экспонирования от t=0 до t=17,9 мес.

Путем совмещения, выгоревшего от действия погоды образца материала, с измерительным окуляром спектрофотометра LUCI 100, работающего в системе CIE-Lab, измеряют показатели светлоты окраски L, приведенные в таблице 2, в строках 1, в графе 4 исходное значение L₀ и в графах 5-11 текущие значения L_i, по мере их экспонирования, и точками на фиг. 2, на графиках а) и б) кривыми 1-8. Номера кривых соответствуют номерам вариантов материалов, приведенных в таблице 1.

По измеренному показателю L - светлота окраски, определяют показатель затемненности окраски D и изменения его в ходе погодного экспонирования по зависимости D_i=100^*-L_i. Затемненность окраски D приведена в таблице 2, в строках 2, в графе 4 исходное значение D₀, в графах 5-11 текущее значение D_i по мере экспонирования и точками на фиг. 3 на графиках а) и б) кривыми 1-8.

Процент сохранения затемненности окраски k_D текстильного материала определяют по формуле:

где

L₀ и L_i - исходная и текущая по мере экспонирования на стенде, светлота окраски образцов, L₀=0^*+L₀, Li=0^*+Li, где 0^* - светлота идеально черного цвета;

D₀ и D_i - исходная и текущая по мере экспонирования затемненность окраски, D₀=100^* - L₀, Di=100^* - Li, 100^* - светлота идеально белого цвета, и составляют кинетическую зависимость k_D=ƒ(t) по которой судят о сохранении окраски. Расчетные значения k_D приведены в таблице 2 в строках 3, в графе 4 исходное значение k_D, равное 100 процентам, в графах 5-11 текущее значение k_D по мере экспонирования в течение от 0 до 17,9 мес. и точками на графиках а) и б) кривыми 1-8, на фиг. 4.

Замеряя поступления суммарной солнечной радиации Q и суммируя их, определяют накопленное за время экспонирования значение ΣQ, представленное в таблице 3 и на графиках в) в фиг. 2, 3 и 4, кривыми 9.

Q^* - суммарная солнечная радиация, состоит из прямой солнечной радиации, поступающей на горизонтальную поверхность, и рассеянной радиации, создаваемою рассеянным в атмосфере солнечным излучением, поступающим на горизонтальную поверхность от всего небосвода.

На фиг. 2 с помощью кривых 1-8 описывают кинетику выцветания окраски тканей, прирост их светлости на величину L_i-L₀. Для всех вариантов тканей характерна схожая, двоякоизогнутая линия, повторяющая кривую 9 на графике в). Кривые 1-8 показывают сезонные изгибы. После существенного возрастания L_i за первый весенне-летний период (апрель-сентябрь), за второй период (октябрь-сентябрь, частично март) почти не происходит роста L_i, что указывает, что в осенне-зимние месяцы ткани вар. 1-8 почти не изменяют окраску, мало выцветают. Это касается Санкт-Петербурга и других северных регионов, показывающих многократное уменьшение суммарной солнечной радиации Q, приведенное помесячно в таблице 3.

При наступлении второго весенне-летнего периода (с марта по сентябрь), происходит увеличение L_i, т.е. ткани продолжают выгорать, светлость ткани увеличивается, что видно по месячным календарям года г), дополняющих на рис. 2, 3 и 4 горизонтальные оси абсцисс t, мес.

Процесс выцветания окраски L_i-L₀ и поступление суммарной солнечной радиации ΣQ имеют качественное совпадение и общую, довольно стабильную закономерность, используемую в предлагаемом способе.

Кривые 1-8 светлости окраски L_i на фиг. 2, делят на две части общий интервал значений L от 0^* до 100^*.

В процессе светопогодного выцветания окраска тканей приобретает блеклый цвет, кривая светлости сдвигается в сторону идеально белого цвета, т.е. уменьшается отрезок 100^*-L_i который характеризует затемненность окраски D. Именно он выражает состояние окраски, затемненность. Показатели L и D имеют различную величину, но в сумме составляют 100^*.

Кинетика изменения затемненности окраски D представлена на фиг. 3 кривыми 1-8.

Три графика а), б), и в) на фиг. 3 состоят из горизонтальной оси абсцисс, представляющих количество месяцев экспозиции от 0 до 17,9 месяцев и вертикальных осей ординат на графиках а) и б), характеризующих изменение затемненности окраски D от 0^* до 100^*.

Вертикальная ось ординат на графике в) и кривая 9 представляют поступившее количество энергии в ΣQ, в МДж/м², в зону расположения образцов за время экспонирования от 0 до 17,9 месяцев.

Кривые 1-8 графиков D=ƒ(t) на фиг. 3 имеют двоякоизогнутую линию, схожую с кривой 9 графика ΣQ=ƒ(t), имеют сезонные изгибы. Затемненность окраски D, также как показатель L, имеет тесную связь с поступлением энергии солнечной радиации ΣQ, но с обратной зависимостью.

Если поступление энергии суммарной солнечной радиации ΣQ вызывает увеличение светлоты окраски L, представленной графиками а) и б) на фиг. 2, то аналогичное поступление энергии ΣQ вызывает снижение значения D.

Уменьшение значений D, выгорание окраски и деструкция красителя совпадают по знаку. Это совпадение удобно при оценке устойчивости окраски, что использовано в данном способе.

Три графика а), б) и в) на фиг. 4 состоят из горизонтальных осей абсцисс, отражающих количество месяцев экспонирования t и отличающаяся тем, что на графиках а) и б) вертикальная ось ординат представляет собой показатель k_D в процентах. Сравнивая текущие значения с исходным D₀ умножив на 100%, вычисляют k_D, процент сохранения затемненности в ходе экспонирования.

Кривые 1-8 графиков k_D=ƒ(t) на фиг. 4 имеют двоякоизогнутую линию, схожую с кривой 9, графика в) ΣQ=ƒ(t) имеют сезонные изгибы, но отличающиеся от графиков 1-8 на рис. 2 и 3 тем, что кривые выходят из точки 100%, а потом, в силу различия устойчивости окраски, идут под различным наклоном. Чем выше значение k_D, тем выше устойчивость окраски. Это позволяет сравнивать между собой устойчивость окраски различных образцов, что использовано в предлагаемом способе оценки устойчивости текстильного материала.

Располагая начало координат и текущие значения t совпадающими и отражающими связь замеренной энергии ΣQ на фиг. 4, на графике в), кривой 9, с кривыми 1-8 на графиках а) и б) определяют по кривой 9 точку длительности экспонирования, соответствующей поступлению энергии суммарной солнечной радиации 2500 МДж/м². Проекция точки 2500 МДж/м² до пересечения с графиками k_D=ƒ(t) (кривые 1-8) определяют коэффициент сохранения затемненности k_D, который количественно характеризует устойчивость окраски текстильных материалов вариантов 1-8, после поступления энергии суммарной солнечной радиации ΣQ=2500 МДж/м². Схема расчета пояснена стрелками на фиг. 4. Результаты расчета представлены в таблице 4.

Оценка устойчивости окраски при ΣQ=2500 МДж/м² является оптимальной. При значениях ΣQ равным 2000 МДж/м² и менее, не обеспечивается достаточная точность, т.к. графики k₀=ƒ(t) располагаются на минимальном расстоянии, близко друг к другу, графические построения при этом могут допускать погрешности.

При значениях YQ свыше 3000 МДж/м², наступают осенне-зимние месяцы, когда в ряде северных регионов обесцвечивание окраски незначительно, что требует увеличение срока экспонирования дополнительно на полгода или на несколько месяцев, что нерационально.

Значения ΣQ=2500 МДж/м², обеспечивают результат, подтвержденный средними наблюдениями за 20 лет с 1968-1988 гг., приведенными Госкомстатом СССР по гидрометеорологии в «Научно прикладном справочнике по климату СССР», Сер. 3 многолетние данные. Вып.1-34, Л.; Гидрометеоиздат, 1988, для 4-х регионов России (Ленинград, Москва, Курск, Ростов).

Q - месячные поступления энергии суммарной солнечной радиации в МДж/м². ΣQ - поступившая (накопленная) энергия Q в зону расположения образцов за время экспонирования в МДж/м².

Длительность экспонирования образцов до поступления ΣQ=2500 МДж/м² составит в Санкт-Петербурге (Ленинграде) около 5 месяцев (окончание в начале сентября), в Москве менее 5 месяцев (конец августа), в Курске примерно 4,5 месяца (середина августа), в Ростове - 3,8 месяца (конец июля). Затемненные цифры в таблице 5 указывают эту длительность.

Оценка окраски образцов, после одинакового воздействия энергии солнечной радиации равной ΣQ=2500 МДж/м², является оптимальной и рациональной в отношении длительности естественного экспонирования текстильного материала в разных широтных регионах страны (не более полугода).

Оценка устойчивости текстильного материала к действию светопогодных факторов экспериментально проверена не только на тканях, но и на окрашенных образцах швейных ниток, равномерно намотанных на пробные карточки, подтвердившая достоверность и объективность заявляемого способа.

Пример с приложенными таблицами 1-5, графиками на фиг. 2-4 поясняют сущность заявляемого решения. Результаты практического применения показывают достоверность способа и объективность оценки.

Изобретение предназначено для оценки устойчивости окраски текстильного материала к действию светопогодных факторов. Сущность: подготовленные образцы окрашенного текстильного материала фиксируют на экранирующей поверхности стенда. Воздействуют на образцы посредством естественных светопогодных факторов путем экспонирования на открытом воздухе с одновременным измерением, регистрацией и интеграцией поступившей в зону расположения образцов окрашенного материала энергии Q суммарной, прямой и рассеянной солнечной радиации в МДж/м². Составляют кинетическую зависимость ΣQ=ƒ(t) поступившей энергии радиации за время экспонирования t. Периодически, через 1-3 месяца проводят спектрометрические испытания изменения окраски окрашенного текстильного материала относительно эталона в виде образца, не подвергнутого действию светопогодных факторов. Для этого спектрофотометром, работающим в системе CIE-Lab, измеряют ахроматический параметр L - светлоту окраски, по которому определяют показатель D затемненности окраски и изменение его в ходе погодного экспонирования по зависимости Di=100^*-Li, где 100^* - светлота идеально белого цвета. Рассчитывают процент k_D сохранения затемненности окраски образца по формуле где L₀ и L_i - исходная и текущая по мере экспонирования на стенде светлота окраски образцов, L₀=0^*+L₀, Li=0^*+Li, где 0^* - светлота идеально черного цвета; D₀ и D_i - исходная и текущая по мере экспонирования затемненность окраски, D₀=100^*-L₀, Di=100^*-Li. Составляют кинетическую зависимость k_D=ƒ(t), по которой судят о сохранении окраски. Путем графических построений совмещают кинетическую зависимость k_D=ƒ(t) с кинетической зависимостью ΣQ=ƒ(t) поступившей энергии радиации за время экспонирования t, располагая начало координат и текущие значения t совпадающими и отражающими связь потери затемненности k_D от количества поступившей энергии ΣQ. Далее по графику ΣQ=ƒ(t) определяют точку длительности экспонирования, соответствующую поступлению энергии суммарной солнечной радиации в зону расположения образцов в количестве 2500 МДж/м². Проектируют точку 2500 МДж/м² до пересечения с графиком k_D=ƒ(t), определяют коэффициент сохранения затемненности k_D, который количественно характеризует устойчивость окраски текстильного материала к действию светопогодных факторов. Технический результат: достоверность и объективность оценки устойчивости окраски текстильного материала к действию светопогодных факторов. 4 ил., 5 табл., 1 пр.

Способ оценки устойчивости окраски текстильного материала к действию светопогодных факторов, включающий подготовку образцов окрашенного материала, фиксацию их на экранирующей поверхности стенда, воздействие на них естественных светопогодных факторов путем экспонирования на открытом воздухе с одновременным измерением, регистрацией и интеграцией поступившей в зону расположения образцов окрашенного материала энергии Q суммарной, прямой и рассеянной солнечной радиации в МДж/м², после чего составляют кинетическую зависимость ΣQ=ƒ(t) поступившей энергии радиации за время экспонирования t, отличающийся тем, что периодически, через 1-3 месяца проводят спектрометрические испытания изменения окраски окрашенного материала относительно эталона в виде образца, не подвергнутого действию светопогодных факторов, спектрофотометром, работающим в системе CIE-Lab, измеряют ахроматический параметр L - светлоту окраски, по которому определяют показатель затемненности окраски D и изменения его в ходе погодного экспонирования по зависимости Di=100*-Li, по которым определяют k_D - процент сохранения затемненности окраски образца по формуле:

где L₀ и L_i - исходная и текущая по мере экспонирования на стенде светлота окраски образцов, L₀=0*+L₀, L_i=0*+L_i, где 0* - светлота идеально черного цвета;

D₀ и D_i - исходная и текущая по мере экспонирования затемненность окраски, D₀=100*-L₀, D_i=100*-L_i, 100* - светлота идеально белого цвета,

и составляют кинетическую зависимость k_D=ƒ(t), по которой судят о сохранении окраски, и путем графических построений совмещают ее с кинетической зависимостью ΣQ=ƒ(t) поступившей энергии радиации за время экспонирования t, располагая начало координат и текущие значения t совпадающими и отражающими связь потери затемненности k_D от количества поступившей энергии ΣQ, далее по графику ΣQ=ƒ(t) определяют точку длительности экспонирования, соответствующую поступлению энергии суммарной солнечной радиации в зону расположения образцов в количестве 2500 МДж/м², проектируют точку 2500 МДж/м² до пересечения с графиком k_D=ƒ(t), определяют коэффициент сохранения затемненности k_D, который количественно характеризует устойчивость окраски текстильного материала к действию светопогодных факторов.