SUPERVISOR
سعید بهروزی نیا (استاد راهنما) محمد شیخ زاده (استاد مشاور) هاله خلیلی (استاد راهنما)
STUDENT
Izadyar Ebrahimi
ایزدیار ابراهیمی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی نساجی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388
TITLE
Investigation of change in the Color Appearance of polyester fiber treated with LASER beam
PET fibers, due to the high refractive index and smooth surface reflect a large amount of light. Thus, the dyeing of these fibers with dark colors, especially black, or high concentrations of dyes for deep shades is difficult. This problem in PET micro fibers is more pronounced due to the high content of light reflection from the high specific surface of these fibers. High surface reflectance of PET micro fibers reveals that the appearance of these fibers is seen paler in comparison to conventional PET fibers and because of this reason it is required more color in order to obtain the same color depth. In recent decades, studies on the surface modification with physical and chemical methods including alkali hydrolyze, using silica micro particles, plasma, corona and UV/Ozone of PET fibers have been done in order to increase the color depth. Most of these studies have focused on creating surface roughness in these fibers to decrease the surface reflection by destructive interference of light. In this study creating surface roughness by laser beams as a new and environmental friendly method was studied in order to increase the color depth in dyeing of PET fabrics. Argon Fluoride Excimer laser beams was used for irradiation of the samples. These samples were prepared for evaluating the effects of laser pulses, irradiation before and after dyeing, increasing the percentage of dyes in dyeing bath and changes in color hue on the color depth in black shade. Color depth of samples was analyzed with studying the CIE color parameters (L*, a*, b*, C*) and reflectance values (RMS, K/S). Changes in the color depth of samples were investigated using surface morphology with SEM images, Crystalinity Index and Crystal size with X-Ray Diffraction, Root Mean Square parameter of surface roughness by Image processing method and dyeing rate with time of half dyeing and percentage exhaustion at equilibrium. The Reflectance of the treated samples revealed that increase in the number of irradiation pulses leads to reduction the reflection in different areas of reflectance spectrum. SEM images demonstrated that his more likely that the increase in depth and height of the surface roughness be the reason for this reduction in the reflection. Increase in Root Mean Square of surface roughness and decrease in L*, confirm this reduction in reflection. Increase the percentage of dyes in dyeing bath results in reducing the reflectance spectral values and chroma of polyester fabric and then increasing in color strength of dyed sample. Increase in dyeing rate and decrease in Crystalinity Index and Crystal Size of PET fibers before dyeing proved that increase in color depth not only depends on surface roughness but also the increase in accessibility of dye molecules in to the porous surface of fibers can. The effects of laser beams on strength and elongation at break, moisture absorption, contact angle and surface chemical structure of the samples were also examined. Contribute to this phenomenon the reduction in the strength and the elongation at break possibly is due to the crack in the fiber and creating a carbon layer on the surface of the fiber after the laser irradiation. Investigation into the surface chemical structure of laser treated PET fabrics by Fourier Transform Infrared Spectroscopy revealed that the conversion of ester groups to carboxylic acid and increase stretching vibration of C-C bond lead to increase in contact angle. Key words : PET fibers, Excimer laser, Color appearance changes, Color depth, Dark shades, Surface morphology, Diffuse reflection.
الیاف پلی استر به علت ضریب شکست بالا و سطح صاف مقدار زیادی از نور را از سطح خود منعکس نموده و بنابراین رنگرزی این الیاف با رنگ های تیره به ویژه مشکی یا استفاده از غلظت های بالای رنگزا جهت حصول شید عمیق مشکل است. این مشکل در میکرو الیاف پلی استر به دلیل بالا بودن مقدار انعکاس نور ناشی از سطح مخصوص بالای این الیاف نمایان تر است. انعکاس سطحی بالای میکرو الیاف پلی استر سبب می گردد تا ظاهر آن ها نسبت به الیاف پلی استر متداول کم رنگ تر دیده شده و بنابراین برای رسیدن به عمق رنگی مشابه به مقدار رنگ بیشتری نیاز است. بدین منظور در دهه های اخیر مطالعاتی بر اصلاح سطحی الیاف پلی استر با روش های شیمیایی و فیزیکی به منظور افزایش عمق رنگی انجام شده است که بیشتر این مطالعات به ایجاد زبری سطحی در این الیاف جهت کاهش انعکاس های سطحی از طریق پدیده تداخل تخریبی نور تمرکز یافته است. از جمله این روش ها می توان به هیدرولیز قلیایی و استفاده از میکرو ذرات سیلیکا، پلاسما، تخلیه کرونا و تابش ماوراءبنفش/اوزون اشاره نمود. در این تحقیق ایجاد زبری سطحی با استفاده از پرتوهای لیزر به عنوان روشی نوین و دوستار محیط زیست در افزایش عمق رنگی و حصول شید عمیق در فام مشکی در رنگرزی پارچه های پلی استر مورد بررسی قرار گرفت. جهت پرتودهی نمونه ها از پرتوهای لیزر اگزایمر آرگون فلوراید استفاده شد و نمونه هایی به منظور ارزیابی تأثیر تعداد پالس های پرتودهی، انجام پرتودهی قبل یا بعد از رنگرزی، افزایش غلظت رنگزا در حمام رنگرزی و تغییر در ته رنگ رنگزا بر تغییرات عمق رنگی الیاف در فام مشکی تهیه گردید. ارزیابی عمق رنگی نمونه ها با استفاده از داده های طیفی (منحنی انعکاسی، مجذور میانگین مربعات انعکاس و K/S) و پارامترهای رنگی CIELAB (L*,a*,b*,C*) انجام گرفت. تغییرات عمق رنگی نمونه ها با بررسی مرفولوژی سطح توسط تصاویر SEM، مجذور میانگین مربعات زبری سطح الیاف به روش پردازش تصویر، شاخص بلورینگی و اندازه بلورینه الیاف توسط پراش اشعه ایکس و سرعت رنگرزی با استفاده از پارامترهای زمان نیمه رنگرزی و درصد رمق کشی در حالت تعادل تحلیل گردید. نتایج داده های طیفی نشان داد که افزایش تعداد پالس های پرتودهی سبب کاهش انعکاس در نواحی مختلف طیف انعکاسی می گردد. با توجه به تصاویر SEM گرفته شده از نمونه ها، افزایش عمق و ارتفاع سطوح زبر ایجاد شده بر اثر پرتودهی روی الیاف می تواند دلیلی بر مشاهده مزبور باشد که با توجه به تحقیقات قبلی نیز تأیید می گردد. این کاهش در میزان انعکاس نمونه ها با افزایش مجذور میانگین مربعات زبری سطح الیاف و کاهش L*نمونه ها همخوانی دارد. افزایش غلظت رنگزای دیسپرس تا غلظت بهینه 8% منجر به کاهش مقادیر انعکاس طیفی، افزایش شدت رنگ و کاهش خلوص در نمونه های رنگ شده گردید.کاهش همزمان زمان نیمه رنگرزی، شاخص hy; بلورینگی و اندازه بلورینه الیاف پلی استر پرتودهی شده قبل از رنگرزی اثبات نمودکه افزایش عمق رنگی بر اثر پرتودهی تنها به دلیل افزایش تداخل تخریبی امواج نوری ناشی از زبری های ایجاد شده بر سطح الیاف نبوده و افزایش دسترسی مولکول های رنگزا به واسطه افزایش سطح تماس لیف با رنگزا در اثر خلل و فرج ایجاد شده در سطح الیاف و افزایش مناطق آمورف الیاف می تواند نقش مشارکتی را در این زمینه داشته باشد. تأثیرات پرتوهای لیزر بر استحکام مکانیکی، جذب رطوبت، زاویه تماس و ساختار شیمیایی سطح نمونه ها مورد بررسی گرفت. نتایج نشانگر آن است که پرتوهای لیزر با افزایش زبری سطح و ایجاد لایه کربنی بر سطح الیاف سبب کاهش استحکام و ازدیاد طول تا حد پارگی نمونه ها می شود. بررسی ساختار شیمیایی سطح پارچه های پلی استر پرتودهی شده از طریق طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه نشان داد که تبدیل گروه های استری به گروه های کربوکسیلیک اسید و افزایش ارتعاشات کششی C-C سبب کاهش جذب رطوبت و افزایش زاویه تماس نمونه ها می شود. کلمات کلیدی: الیاف پلی استر، لیزر اگزایمر، تغییرات ظاهر رنگی، عمق رنگی، شیدهای تیره، مرفولوژی سطحی، انعکاس پراکنده.