基于散射消光的视觉遮蔽纤维制备及表征研究

视觉遮蔽纤维是随着纺织品功能化和髙支轻薄化而发展的一种特殊光学功能纤维。添加微粒的散射消光是其制备的基础和关键。由于微粒与光波相互作用以及影响纤维消光因素的复杂和多变性，从而此类纤维加工中尚有不少关键理论和技术问题需要深入研究。本项目将在以回转椭球体模拟不同形态粒子的基础上，利用Eikonal近似建立综合微粒光学特性和形态、尺度参数等的消光模型，Matlab编程计算消光系数，并设计实验进行验证。根据理论计算，并结合人眼视觉阈值及可见光波长范围，优化纤维开发中微粒选择。针对优选微粒，探讨其不同添加量时，聚酯熔体的流变性能以预测可纺性，最终制备视觉遮蔽性和纺织加工性均良好的纤维。通过灰度变化及成像畸变表征纺织品视觉遮蔽性，建立标准客观的评价方法。研究成果在具有较高学术价值的同时，可进一步推动我国特殊光学功能纤维开发，提升行业技术水平和产品的国际竞争力。

不同用途的纺织品要求具有不同的光学特性，对于服用纺织品而言，遮羞与御寒一直是其最为重要的两大目的。然而随着纺织品高支轻薄化和功能化等趋势的不断发展，如何解决随之而来的遮蔽性不足并满足功能个性化、复合化等要求成为纺织品开发中必须面对的矛盾和问题。微粒添加是纤维功能化的常用技术手段，添加微粒的散射消光则是视觉遮蔽纤维研发中的基础和关键。本项目首先将复杂多变的微粒形态简化为针状、薄片盘状和球体，以不同轴比的回转椭球体来进行模拟。而后基于Eikonal近似建立其消光模型，同时依据Aden-Kerker散射理论，将空心球体的消光转化为等效球体进行。Matlab编程计算了微椭球体单颗粒的尺度形态、相对折射率以及入射光波长和空心球体的外壳相对折射率、尺度和壁厚等对消光系数的影响。设计压片实验对部分理论计算进行了验证，并探讨了压片厚度以及添加微粒的质量分数对其散射消光的影响。结合上述散射消光理论计算、人眼视觉阈值以及可见光波长范围优化了视觉遮蔽纤维开发中的微粒选择。探讨了微粒不同添加质量分数时，聚酯切片的热学和流变学等特性，利用复合纺丝设备制备了视觉遮蔽性和纺织加工性能良好的聚酯纤维。最后对纤维及纺织品视觉遮蔽性评价方法及指标进行了探讨。基于该项目研究，发表及录用论文11篇，培养硕士研究生2名。