具有对激光精加工的增强响应特性的织物的制作方法
本专利申请要求于2016年12月13日提交的美国专利申请no.62/433,739的权益，该专利申请以及本申请中引用的所有其他参考文献通过引用结合于此。
本发明涉及纺织品，并且更具体地，涉及材料和织物及其制造，其中，材料和织物将具有对激光精加工(finishing)的增强响应特性，特别是牛仔布和牛仔布服装，包括牛仔裤、衬衫、短裤、夹克、背心和裙子，以获得褪色、做旧、水洗、或磨损饰面(finish)或外观。
背景技术：
1853年，在加利福尼亚淘金热期间，24岁的德国移民levistrauss带着少量布匹离开纽约前往旧金山，打算开设他兄弟的纽约布匹业务的分店。在到达旧金山后不久，strauss先生意识到，矿工和探矿者(称为“四十矿工”)需要足够坚固的裤子以熬过他们忍受的艰苦工作条件。因此，strauss先生开发了现在流行的牛仔裤，并将其卖给了矿工。他创立的公司levistrauss&co仍然销售牛仔裤，并且是世界上最知名的牛仔裤品牌。levi’s是levistrauss&co的商标。
虽然淘金热时期的牛仔裤被用作工作服，但牛仔裤已经发展成为男女日常穿着的时装，出现在广告牌、电视广告和时装秀上。时尚是美国乃至全球最大的消费产业之一。牛仔裤和相关服装是该行业的重要部分。
作为时尚，人们关注牛仔裤的外观。很多人都希望穿着褪色或破旧的蓝色牛仔裤。过去，牛仔裤通过正常的水洗和磨损变得褪色或做旧。服装行业认识到人们对磨损蓝色牛仔裤外观的渴望，并开始生产具有不同磨损图案的牛仔裤和服装。磨损图案已成为牛仔裤风格和时尚的一部分。磨损图案的一些示例包括梳子或蜂窝、须状物、堆叠和火车轨道。
尽管牛仔裤已经获得了广泛的成功，但是生产具有磨损图案的现代牛仔裤的过程需要处理时间，具有相对高的加工成本并且是资源密集型的。生产牛仔裤的典型过程使用大量的水、化学品(例如，漂白剂或氧化剂)、臭氧、酶和浮石。例如，精加工每条牛仔裤可能需要约20至60升的水。
因此，需要改进的材料和织物来用于牛仔裤和其他服装的激光精加工，其减少环境影响、处理时间和加工成本，同时保持传统精加工技术的外观和风格。
技术实现要素：
一种织物具有对激光精加工的增强的响应特性。织物可以是诸如牛仔裤之类的牛仔布服装的牛仔布。软件和激光用于对由织物制成的服装进行精加工，以产生期望的磨损或做旧图案或其他设计。织物允许响应于激光的相对快速的颜色变化、从靛蓝色到白色的色调中的颜色变化、许多灰度级、并保持强度和拉伸性能。用于制造织物的方法包括纺纱、染色和编织纱线，以获得期望的对激光精加工的增强响应特性。
在一个实现方式中，一种方法包括：使用靛蓝染料处理棉纱以获得具有外环和内芯的横截面，其中，外环的厚度约为纱线总厚度的例如10％(例如，从约7.5％至约12.5％)，并且外环由于被靛蓝染料渗透而为靛蓝色，而内芯由于未被靛蓝染料渗透而为白色或灰白色；以及将染色的棉纱织成牛仔布织物，其中，经纱包括染色的棉并且纬纱包括未染色的棉，并且通过将染色的棉纱暴露于激光来对牛仔布织物进行精加工。
当暴露于激光时，激光基于提供给激光器的激光输入文件在服装的表面上产生精加工图案。激光输入文件包括用于不同激光像素位置的激光曝光值。对于每个激光曝光值，激光从牛仔布材料的表面移除与激光曝光值相对应的深度或厚度的材料。
对于精加工图案的较亮像素位置，与精加工图案的较暗像素位置相比，较大深度的靛蓝环染棉纱被移除，显露出染色纱线的更大宽度的内芯，在精加工图案的较暗像素位置，较小深度的靛蓝环染棉纱被移除，显露出染色纱线的较小宽度的内芯。
在另一实现方式中，一种方法包括：提供由牛仔布材料的织物面板制成的服装。织物面板使用线缝合在一起。牛仔布材料将通过使用激光在服装的选定位置处从牛仔布材料的表面移除选定量的材料来进行精加工。
牛仔布材料包括靛蓝环染棉纱，其包括具有外环和内芯的横截面。外环相对于内芯的横截面轮廓与激光兼容，以获得至少64种不同的灰度级。对于横截面轮廓，外圈的厚度为例如纱线总厚度的约10％(例如，约7.5％至约12.5％)。
外环由于被靛蓝染料渗透而为靛蓝色，而内芯由于未被靛蓝染料渗透而为白色或灰白色。通过染色工艺获得具有激光兼容横截面轮廓的靛蓝环染棉纱。
该工艺可包括：将未染色纱线在碱性溶液中进行丝光化，以获得经丝光化的未染色纱线；将经丝光化的未染色纱线浸入至少一种靛蓝染料溶液，该靛蓝染料溶液具有例如从约10.7至约11.6范围内的ph值；以及将服装暴露于激光，以基于提供给激光器的激光输入文件在服装的表面上产生精加工图案。激光输入文件具有激光曝光值，每个激光曝光值用于不同的激光像素位置。
对于每个激光曝光值，激光将从服装的表面移除与激光曝光值相对应的深度的材料。对于精加工图案的较亮像素位置，与精加工图案的较暗像素位置相比，较大深度的靛蓝环染棉纱被移除，在精加工图案的较暗像素位置，较小深度的靛蓝环染棉纱被移除。
考虑到以下具体实施方式和附图，本发明的其他目的、特征和优点将变得明显，其中，相同的附图标记在所有附图中表示相同的特征。
附图说明
图1示出了制造服装(如牛仔裤)的工艺流程，其中服装使用激光进行精加工。
图2示出了生产激光敏感精加工织物的织物加工的流程。
图3示出了染色工艺的流程。
图4示出了使用染料排列(range)来染色纱线的技术。
图5示出了牛仔布织物的编织图案。
图6示出了具有环染效果的染色纱线的横截面。
图7示出了对由环染纱线制成的牛仔布织物进行激光精加工的技术。
图8示出了计算机系统，该计算机系统是用于制造具有对激光精加工的增强响应特性的织物的服装或系统的激光精加工系统的一部分。
图9示出了计算机系统的系统框图。
图10-13示出了激光如何改变环染纱线的颜色。
图14-16示出了环染的厚度或深度对激光改变环染纱线的颜色的能力的影响。
图17-18示出了在激光加工之前和之后的经纱的横截面的显微照片。
图19和20分别示出了针对相同环染厚度或深度的细纱和粗纱的暴露白色纤维的百分比。
图21和22分别示出了具有弹性纤维芯的粗纱和细纱的横截面。
具体实施方式
图1示出了用于制造服装(如牛仔裤)的工艺流程101，其中服装使用激光进行精加工。用于包括牛仔裤的各种服装的织物或材料由天然或合成纤维106或这些的组合制成。织物研磨机取得纤维并加工109这些纤维以生产激光敏感精加工织物112，其具有对激光精加工的增强响应特性。
天然纤维的一些示例包括棉、亚麻、大麻、剑麻、黄麻、洋麻和椰子；动物来源的纤维，包括丝绸、羊毛、羊绒和马海毛。合成纤维的一些示例包括聚酯、尼龙、氨纶或弹性纤维以及其他聚合物。半合成纤维的一些示例包括人造丝、粘胶纤维、莫代尔纤维和莱赛尔纤维，其由再生纤维素纤维制成。织物可以是单独的天然纤维(例如，棉)、单独的合成纤维(例如，单独的聚酯)、天然纤维和合成纤维的混合物(例如，棉和聚酯混合物，或棉和氨纶)、或天然纤维和半合成纤维的混合物、或这些或其他纤维的任何组合。
对于牛仔裤，织物通常是牛仔布，其是坚固的棉经面纺织品，其中纬纱在两根或更多根经线下穿过。这种斜纹编织产生斜条纹。纱线(例如，经纱)使用靛蓝或蓝色染料进行染色，这是蓝色牛仔裤的特征。
尽管该专利关于牛仔裤描述了服装处理和精加工，但是本发明不限于牛仔裤或牛仔布产品，例如，衬衫、短裤、夹克、背心和裙子。所描述的技术和方法适用于其他服装和产品，包括非牛仔布产品和由针织材料制成的产品。一些示例包括t恤、毛衣、外套、运动衫(如连帽衫)、休闲服、运动服、外套、连衣裙、晚装、睡衣、家居服、内衣、袜子、包、背包、制服、雨伞、泳装、床单、围巾等。
制造商创建其产品的设计115(设计i)。该设计可以用于特定类型的衣服或服装(例如，男士或女士牛仔裤或夹克)、服装的尺寸(例如，小、中或大，或腰围尺寸和内缝长度)、或其他设计特征。可以通过用于形成图案片段的图案或切割来指定设计。基于该设计选择并图案化和切割118织物。通常通过缝纫将图案片段一起组装121在服装中，但是可以使用其他技术连接在一起(例如，铆钉、纽扣、拉链、箍和环、粘合剂、或其他技术和结构将织物和材料连接在一起)。
一些服装可以在组装后完成并准备出售。然而，其他服装未精加工122并且具有额外的激光精加工124。精加工可以包括染色、水洗、软化和固定。对于做旧牛仔布产品，精加工可包括使用激光根据设计127(设计ii)产生磨损图案。激光精加工的一些额外细节在2016年8月19日提交的美国专利申请62/377,447中有所描述，该专利申请通过引用结合于此。2017年8月21日提交的美国专利申请15/682,507和2016年12月13日提交的美国专利申请62/433,746也通过引用结合于此。
设计127用于服装的后组装方面，而设计115用于服装的预组装方面。在精加工之后，精加工产品130完成并准备出售。精加工产品被库存和分发133，交付到商店136，并出售给消费者或顾客139。消费者可以购买和穿着磨损蓝色牛仔裤而不必自己穿破牛仔裤，这通常需要花费大量的时间和精力。
传统上，为了生产做旧牛仔布产品，精加工技术包括干磨、湿加工、氧化或其他技术，或这些技术的组合，以加速材料的磨损以便产生期望的磨损图案。干磨可包括喷砂或使用砂纸。例如，织物的一些部分或局部区域被打磨以磨损织物表面。湿加工可包括在水中水洗、用氧化剂(例如漂白剂、过氧化物、臭氧或高锰酸钾)水洗、用氧化剂喷雾、用研磨剂(例如浮石、石头或砂砾)水洗。
这些传统的精加工方法花费时间、产生费用、并由于利用资源和产生废物而影响环境。期望减少水和化学品使用，其可包括减少使用诸如高锰酸钾和浮石之类的药剂。对这些传统的精加工方法的替代方案是激光精加工。
图2示出了生产激光敏感精加工织物的织物加工109的流程。在具体实现方式中，织物是用于激光精加工的激光敏感牛仔布，其中激光产生做旧饰面。
牛仔布织物通常由棉花制成，棉花是植物纤维素纤维。有许多不同品种的棉花，包括陆地棉和长绒棉，也称为皮马(pima)棉。陆地棉的纤维长度约为13至35毫米，而长绒棉的纤维长度约为25至65毫米。牛仔布的纤维长度通常为约28毫米或更大。牛仔布通常由陆地棉制成，但可以来自其他品种的棉花或不同品种棉花的混合物。
棉花采摘机从棉花植物采摘棉铃。棉铃是棉花植物的果实，包括棉绒和棉花种子。棉纤维扭曲并螺旋在一起。轧棉机将棉绒与棉花种子和其他碎片分离，将棉花种子和其他碎片丢弃并用于其他目的(例如，提取棉籽油)。棉花通常是白色或灰白色。棉纤维是中空的，允许纤维吸收水分-使得棉花冬天温暖并且夏天凉爽。
纤维106可以是100％棉纤维。或者纤维106可以是混合物，包括棉和其他非棉质纤维，以改变织物的特性。例如，氨纶、弹性纤维、或其他弹性聚氨酯纤维可以与棉纤维混合，使得牛仔布具有拉伸特性。
通过纺纱211纤维，获得未染色纱线214。在纺纱期间，棉短纤维或棉和其他纤维的混合物被捻合在一起以形成连续细纱。根据具体的纺纱工艺，纱线的直径和捻数可以变化。未染色纱线的颜色与棉纤维相同，为白色或灰白色。
纺纱可以通过例如环锭纺纱、转杯纺纱、或其他纺纱技术。另一种纺纱技术是包芯纺纱，其中，纤维(例如，短纤维)围绕另一种材料(例如，聚酯或弹性纤维)的芯缠绕。可以使用包芯纺纱来制造弹力牛仔布材料。
在纺纱之后和染色之前，纱线可以被丝光化218以获得丝光纱线223。也可以在编织之后进行丝光处理。当在未染色纱线上进行时，丝光化可称为预丝光化。当在织物上进行时，丝光化可称为织物丝光化。丝光化是可选的，并且纱线和织物不一定被丝光化。如果使用，则丝光化通常在该工艺中仅进行一次，纱线预丝光化或织物丝光化。
丝光化增强了纱线，使纱线外观更加光泽。丝光化改变了棉纤维的化学结构。丝光化导致棉纤维的细胞壁膨胀。这使得表面积和反射率增加，并使纤维具有更柔软的感觉。在一种实现方式中，对于预丝光化，纱线在氢氧化钠浴(或其他化学品，通常是高碱性溶液，其导致纤维膨胀)中处理。然后是中和氢氧化钠的酸浴。
在纺纱和可选的丝光化之后，染色工艺227，其中纱线被染色。对于蓝色牛仔布，使用靛蓝染料来对未染色纱线进行染色，以获得染色纱线230，其将是靛蓝色。将染色纱线编织243以获得编织织物246，其可以通过织物精加工259来进一步精加工。织物精加工可包括例如预缩水。这产生激光敏感精加工织物112。
图3示出了包括使用靛蓝进行染色的染色工艺217的流程。靛蓝染料是蓝色染料，化学式为c16h10n2o2。靛蓝染料可以是植物基或合成的。靛蓝染料在水中的溶解度非常低，被认为是不溶的。为了溶解，靛蓝染料通过还原过程转化为可溶形式。化学还原过程使用例如亚硫酸氢钠或其他化学成分，其在从约30至60摄氏度的温度下在溶液中快速还原靛蓝。其他还原过程包括细菌还原和电化学还原。
对于染色，还原靛蓝溶液的ph可以为从约10.5至约13的范围，这是碱性溶液。在化学中，ph是指定水溶液的酸度或碱度(或碱性)的数值标度，其中，7被认为是中性的。水的ph值为7。ph值被定义为溶液中氢离子活性的倒数的十进制对数。ph大于7的溶液将被认为是碱性的，而ph小于7的溶液则被认为是酸性的。ph的通常范围是0至14，但ph值可以低于0或高于14。ph是相对值：ph越高，表示溶液的碱度越大或酸度越小。ph越低，表示溶液的碱度越小或酸度越大。
在用靛蓝染色之前，靛蓝染色工艺可选地可以包括硫化底部(sulfurbottoming)306。为了硫化底部，纱线首先使用硫染料或硫着色剂进行染色。硫染料通常是黑色或灰色，但也可以是其他颜色。通常，硫化底部用于赋予纱线特定的偏色。硫化底部是可选的，并且可以从染色工艺中省略。
通过将纱线浸渍310或浸入具有还原靛蓝染料的桶中来进行靛蓝染色。还原靛蓝染料溶液的颜色不是靛蓝色或蓝色，而是浅绿色或黄绿色。当将白色纱线浸入具有还原靛蓝染料的桶中并从其中取出时，纱线将呈黄绿色。然而，通过暴露在空气中的氧中，靛蓝会氧化315，并且随着时间推移，黄绿色纱线将慢慢变成与靛蓝相关的熟悉的蓝色。蓝色是由织物中捕获的发色团引起的，其将光反射为蓝色。靛蓝的蓝色具有约420至465纳米之间的波长。
染料浸渍和氧化步骤可以重复多次319，例如，2、3、4、5、6、7、8、12或更多次。可以使用多次浸渍来获得更深的蓝色调。随着每次浸渍，染料更多地朝向纱线的中心或芯渗透(例如，迁移或扩散)，而不是停留在纱线的表面上或靠近纱线的表面。
在靛蓝染色完成后，该工艺可选地可以包括硫化顶部(sulfurtopping)324。硫化顶部类似于硫化底部，但硫化顶部在靛蓝染色之后而不是之前发生。硫化顶部是可选的，并且可以从染色工艺中省略。
在一个实现方式中，染色工艺包括硫化底部、靛蓝染色和硫化顶部。在一个实现方式中，不使用硫化底部和硫化顶部，并且仅使用靛蓝来染色纱线。另一实现方式包括硫磺化底部和靛蓝染色，但没有硫化顶部。另一实现方式包括靛蓝染色和硫化顶部，但没有硫磺底部。
应该理解，本发明不限于所提出的具体流程和步骤。本发明的流程可以具有附加步骤(在该专利中未必描述)、替换所呈现的一些步骤的不同步骤、所呈现的步骤的更少步骤或子集、或者以不同于所呈现的顺序的步骤、或这些项的任何组合。此外，本发明的其他实现方式中的步骤可以与所呈现的步骤不完全相同，并且可以针对特定应用或基于数据或情况进行适当的修改或改变。
图4示出了使用靛蓝染料排列408来染色纱线的技术。染色范围机器具有多个盒子或桶，用于保持将浸渍纱线的溶液。染料排列可以具有任意数量的盒子，例如，6个盒子、8个盒子、或12个盒子、或更多。利用更多盒子，更多浸渍是可能的。
用于染料排列的盒子或桶412通常容纳在建筑物的一个楼层(例如，第一层或地下室)上。染料排列具有滑动机构416，其延伸穿过地板的天花板，并且箱子进入建筑物的上层，例如，第二层和第三层、或更高楼层。例如，对于三层单元，每层大约12英尺，滑动单元可以延伸到空气中至少24英尺。
在操作过程中，未染色纱线214经由滚轴、滑轮和其他机构和通道传导或输送通过各个盒子(例如，桶1、桶2和桶3)，以将纱线浸渍在盒子内的溶液中。盒子中的溶液可以用于硫化底部(可选)、还原靛蓝溶液中的靛蓝浸渍、以及硫化顶部(可选)。在浸渍之间，纱线经由滑动器在盒子或桶(或瓮或容器)上方传导，这使纱线暴露于氧气，因此它可以氧化并且靛蓝可以变成蓝色。在该工艺结束时，获得染色纱线220。
图5示出了牛仔布织物220的编织图案。织布机完成编织。在编织中，经纱是一卷中的纵向或经线纱线或线，而纬线或纬纱是横向纱线。纬纱通过经纱拉伸以形成织物。在图5中，经纱沿第一方向505(例如，南北)延伸，而纬纱沿方向516(例如，东西)延伸。纬纱被示出为横跨纬纱的连续纱线(例如，由织布机的梭子或剑杆承载)。替代地，纬纱可以是单独的纱线。在一些具体实现方式中，经纱具有与纬纱不同的重量或厚度。例如，经纱可以比纬纱更粗糙。
对于牛仔布，染色纱线220用于经纱，而未染色或白色纱线通常用于纬纱。在一些牛仔布织物中，纬纱可以染色并且具有除白色之外的颜色，例如红色。在牛仔布编织中，纬纱在两根或更多根经纱下穿过。图5示出了纬纱在两根经线下穿过的编织。具体地，织物编织被称为2x1右手斜纹织品。对于右手斜纹织品，对角线的方向是从左下到右上。对于左手斜纹织品，对角线的方向是从右下到左上。但在其他牛仔布编织中，纬纱可以在不同数量的经线下穿过，例如，3、4、5、6、7、8或更多。在其他实现方式中，牛仔布是3x1右手斜纹织品，这意味着纬纱在三个经线下穿过。
由于编织，织物的一侧暴露出更多的经纱(例如，经向面)，而另一侧暴露出更多的纬纱(例如，纬向面)。当经纱为蓝色且纬纱为白色时，编织的结果是经向面将显示为蓝色，而反面(纬向面)则显示为白色。
在牛仔布中，经纱通常是100％棉。但是一些经纱可以与例如弹性纤维混合以允许经纱拉伸。并且用于其他织物的一些纱线可包含其他纤维，例如，聚酯或弹性纤维。
图6示出了具有环染效果的染色纱线的横截面。当纱线的染色不完全扩散或穿透纱线时，发生环染效果。相反，纱线的表面层606被染色，而纱线的芯612未被染色。芯将保持未染色，例如，白色。在牛仔布中，经纱被靛蓝染色，并且环染经纱的横截面将类似于图6中所示的横截面。
纱线的直径为622，环染色部分的厚度为626，并且芯的直径为629。纱线的区域a(纱线)是pi*(d622/2)^2，其中，pi是数学常数，圆周长与其直径的比值，近似为3.14159，d622是直径622，并且^2表示括号中的量的2次幂或平方。芯的区域a(芯)是pi*(d612/2)^2，其中，d612是直径612。环染部分的面积是a(纱线)减去a(芯)。
为了简化该图，图6示出了染色部分和未染色芯部分之间的实心或硬边界。在实践中，染色和未染色部分之间的边界可以归因于染料扩散，梯度，其中，染料逐渐变淡或渐变为蓝色。
环染通常被认为是不期望的，因为染料不均匀地分布在纱线中。然而，对于激光精加工，环染纱线可以改善织物对激光的响应特性。具有环染纱线的织物具有改进的灰度分辨率，允许激光获得更多数量的灰度级，这些灰度级在视觉上彼此可区分。
图7示出了对具有环染纱线708的牛仔布织物703进行激光精加工的技术。在牛仔布中，环染纱线是经纱。织物或服装被放置在激光器712的前面，激光器712发射撞击织物的激光束717。计算机721控制激光的功率水平和曝光时间。所得到的激光束从织物移除具有发色团的至少一部分染色纱线。取决于所移除的具有发色团的染色纱线的量，织物的蓝色色调可以改变或变化，从深蓝色到白色。
计算机可以控制定位机构726来定位激光器以将例如做旧图案或任何其他图案印刷到服装上。例如，激光可以逐行(或逐列)打印图案。此外，激光可以跨一个或多个行(或列)多次通过。多次通过可用于进一步提高或增强灰度分辨率。还可以在行(例如，一半或四分之一行)之间进行激光通过，这可以提高像素分辨率。
激光精加工是一种包括使用激光器的技术。激光器是一种通过基于电磁辐射的受激发射的光学放大过程发光的设备。激光器用于条形码扫描、医疗过程(例如，矫正眼科手术)和工业应用(例如，焊接)。用于精加工服装的特定类型的激光是二氧化碳激光，其发射红外辐射束。
激光器可以由输入文件和控制软件来控制，以在特定方位或位置以特定功率电平将激光束发射到织物上达特定时间量。此外，激光束的功率可以根据波形而变化，例如，具有特定频率、周期、脉冲宽度、或其他特性的脉冲波。可以控制的激光器的一些方面包括占空比、频率、标记或烧制速度、以及其他参数。
占空比是激光发射时间的百分比。占空比百分比的一些示例包括40％、45％、50％、55％、60％、80％和100％。频率是激光脉冲频率。低频率可以是例如5千赫兹，而高频率可以是例如25千赫兹。通常，较低频率将具有比高频率更高的表面穿透性，高频率具有较小的表面穿透性。
激光器像打印机一样起作用，并且将磨损图案(由例如输入文件指定)“打印”、“标记”或“烧制”到衣服上。暴露于红外光束的织物改变颜色，基于激光功率、曝光时间和所使用的波形使织物在指定位置变淡一定量。激光从一个位置继续到另一位置，直到磨损图案完全印在衣服上。
在特定实现方式中，激光器具有约34点每英寸(dpi)的分辨率，其在服装上为约0.7毫米每像素。本专利中描述的技术不依赖于激光器的分辨率，并且将与具有大于或小于34点每英寸的分辨率的激光器一起工作。例如，激光器可以具有10、15、20、25、30、40、50、60、72、80、96、100、120、150、200、300或600点每英寸、或者高于或低于任何这些值或其他值的分辨率。通常，分辨率越高，在单次通过中可以在服装上打印的特征越精细。通过利用激光器使用多次通过(例如，2、3、4、5或更多次通过)，可以提高有效分辨率。在一个实现方式时，使用多个激光通过。
激光精加工的系统可包括计算机以控制或监测操作，或两者。图8示出了作为激光精加工系统的组件的计算机的示例。计算机可以是连接到激光系统的单独单元，或者可以嵌入在系统的电子设备中。在实施例中，本发明包括在计算机工作站系统或服务器上执行的软件，如图8所示。
此外，用于制造具有对激光精加工的增强响应特性的织物的系统也可以包括计算机以控制或监测操作，或两者。图8还示出了作为织物制造系统的组件的计算机的示例。例如，计算机可以被连接以控制纺纱机、染色排列或染色机、织布机或编织机、或用于制造或加工织物的其他机器、或这些项的组合。
图8示出了计算机系统801，其包括监视器803、屏幕805、外壳807、键盘809、以及鼠标811。鼠标811可以具有一个或多个按钮，例如，鼠标按钮813。外壳807(也可以称为系统单元、机壳或壳体)容纳熟悉的计算机组件，其中一些未示出，例如，处理器、存储器、大容量存储设备817等。
大容量存储设备817可以包括大容量磁盘驱动器、软盘、磁盘、光盘、磁光盘、固定盘、硬盘、cd-rom、可记录cd、dvd、可记录dvd(例如，dvd-r、dvd+r、dvd-rw、dvd+rw、hd-dvd、或蓝光光盘)、闪存和其他非易失性固态存储装置(例如，usb闪存驱动器或固态驱动器(ssd))、电池备份的易失性存储器、磁带存储装置、读取器、和其他类似介质、以及这些介质的组合。
本发明的计算机实现的或计算机可执行的版本或计算机程序产品可以使用计算机可读介质来实现、存储在计算机可读介质上、或与计算机可读介质相关联。计算机可读介质可以包括参与向一个或多个处理器提供指令以供执行的任何介质。这种介质可以采用许多形式，包括但不限于非易失性、易失性和传输介质。非易失性介质包括例如闪存、或光盘或磁盘。易失性介质包括静态或动态存储器，例如，缓存存储器或ram。传输介质包括布置在总线中的同轴电缆、铜线、光纤线和电线。传输介质还可以采用电磁、射频、声波或光波的形式，例如，在无线电波和红外数据通信期间产生的那些。
例如，本发明的软件的二进制、机器可执行版本可以存储或驻留在ram或缓存存储器中，或者大容量存储设备817上。本发明的软件的源代码也可以存储或驻留在大容量存储设备817(例如，硬盘、磁盘、磁带或cd-rom)上。作为另一示例，本发明的代码可以通过有线、无线电波、或通过诸如互联网之类的网络来传输。
图9示出了用于执行本发明的软件的计算机系统801的系统框图。如图8所示，计算机系统801包括监视器803、键盘809和大容量存储设备817。计算机系统801还包括子系统，例如，中央处理器902、系统存储器904、输入/输出(i/o)控制器906、显示器适配器908、串行或通用串行总线(usb)端口912、网络接口918和扬声器920。本发明还可以与具有附加或更少的子系统的计算机系统一起使用。例如，计算机系统可以包括一个以上的处理器902(即多处理器系统)，或者系统可以包括缓存存储器。
处理器可以是双核或多核处理器，其中，在单个集成电路上存在多个处理器核。该系统还可以是分布式计算环境的一部分。在分布式计算环境中，各个计算系统连接到网络，并且可用于根据需要将计算资源借给网络中的另一个系统。网络可以是内部以太网网络、互联网或其他网络。
诸如922之类的箭头表示计算机系统801的系统总线架构。然而，这些箭头说明了用于链接子系统的任何互连方案。例如，扬声器920可以通过端口连接到其他子系统，或者具有到中央处理器902的内部连接。图8中所示的计算机系统801只是适用于本发明的计算机系统的示例。适用于本发明的子系统的其他配置对于本领域普通技术人员来说是明显的。
计算机软件产品可以用各种合适的编程语言中的任何一种来编写，例如，c、c++、c#、pascal、fortran、perl、matlab、sas、spss、javascript、ajax、java、python、erlang和rubyonrails。计算机软件产品可以是具有数据输入和数据显示模块的独立应用。替代地，计算机软件产品可以是可实例化为分布式对象的类。计算机软件产品还可以是组件软件，例如，javabeans(来自oraclecorporation)或enterprisejavabeans(来自oraclecorporation的ejb)。
系统的操作系统可以是下列项之一：microsoft
本专利中使用的任何商标或服务标记均为其各自所有者的财产。本专利中的任何公司、产品或服务名称仅用于标识目的。使用这些名称、徽标和品牌并不意味着认可。
此外，计算机可以连接到网络，并且可以使用该网络与其他计算机连接。例如，网络中的每个计算机可以并行地执行本发明的许多系列步骤的任务的一部分。此外，网络可以是内联网、因特网或互联网等。网络可以是有线网络(例如，使用铜)、电话网络、分组网络、光网络(例如，使用光纤)、或无线网络、或这些的任何组合。例如，数据和其他信息可以使用无线网络在本发明的计算机和系统组件(或步骤)之间传递，无线网络使用协议，例如，wi-fi(ieee标准802.11、802.11a、802.11b、802.11e、802.11g、802.11i、802.11n、802.11ac和802.11ad，仅举几个例子)、近场通信(nfc)、射频识别(rfid)、移动或蜂窝无线(例如，2g、3g、4g、3gplte、wimax、lte、lte高级、flash-ofdm、hiperman、iburst、edge演进、umts、umts-tdd、lxrdd和ev-do)。例如，来自计算机的信号可以至少部分地无线传输到组件或其他计算机。
图10-13示出了激光如何改变环染纱线的颜色。图10示出了撞击具有靛蓝染色纤维1018和白色芯纤维1022的环染纱线1013的激光束1007。激光移除染色纤维，这可以通过激光束产生的热或高温进行蒸发或以其他方式破坏棉纤维。
图11示出了使用第一功率水平设置或第一曝光时间设置、或这些项的组合的激光来移除一些染色纤维，但不显露任何白色芯纤维。未染色纤维仍然被覆盖。无颜色变化。
图12示出了使用第二功率水平设置或第二曝光时间设置、或这些项的组合的激光来移除比图11中更多的染色纤维。第二功率水平大于第一功率水平，或者第二曝光时间设置大于第一曝光时间设置，或这些项的组合。结果是一些未染色纤维被显露。存在颜色变化，稍微突出。
图13示出了使用第三功率水平设置或第三曝光时间设置、或这些项的组合的激光来移除甚至比图12中更多的染色纤维。第三功率水平大于第二功率水平，或者第三曝光时间设置大于第二曝光时间设置、或这些项的组合。结果是更多的未染色纤维被显露。存在颜色变化，更明亮的突出。
此外，可以调节或改变激光束的直径。还可以调节镜头和织物之间的焦距以保持激光聚焦。在具体的激光精加工系统中，激光器被设定为允许其从顶部(例如，腰带)到底部(例如，腿部开口端部)达到整条裤子的尺寸；在该焦距处，激光的分辨率为1毫米。可以提高分辨率，但是激光器将需要移动到更接近织物，并且激光器将不能从顶部到底部到达一条典型的裤子。
激光系统具有扫描速度，也称为像素时间或曝光时间设置。这是激光花费在每个像素上的时间量。作为示例，黑色像素(其在牛仔布上打印为“白色”)“0”是100％像素时间，并且每个渐变灰色是该像素时间的百分比。因此，较轻文件(例如，较少突出)将比较强文件在服装上更快地移动。在使用增强型激光敏感织物时，需要更少的时间和能量来制作图案。在一个实现方式中，当激光功率水平或强度固定时，使用曝光时间来确定服装的像素所暴露的能量。
在另一实现方式中，曝光时间是固定的，并且激光功率水平或强度是可调节的或可变的，以确定服装的像素所暴露的能量。在另一实现方式中，激光功率水平和曝光时间都是可变的，以确定服装的像素所暴露的能量。
图14-16示出了环染的厚度或深度对激光改变环染纱线的颜色的能力的影响。图14示出了环染的第一厚度或深度。图15示出了环染的第二厚度或深度。图16示出了环染的第三厚度或深度。第一厚度比第二厚度更厚，并且第二厚度大于第一厚度。
图14示出了由于第一厚度相对较厚，激光不会移除足够量的染色区域以暴露芯纤维。无颜色变化，并且结果是没有突出。
图15示出了由于第二厚度是中等厚度，激光移除了一些染色区域，使得暴露出一些白色芯纤维。结果是轻微突出。
图16示出了由于第三厚度是相对窄的厚度，激光移除染色区域，使得暴露出许多白色芯纤维。结果是非常明亮的突出。
图17示出了在激光加工之前的牛仔布织物的经纱的横截面的显微照片。经纱表现出环状染。
图18示出了在激光加工之后的牛仔布织物的经纱的横截面的显微照片。一些环染部分已被激光移除，并且芯的白色纤维被暴露。染色部分(例如，靛蓝色或蓝色部分)可以称为外环，而未染色或较少染色的部分(例如，白色或灰白色部分)可以称为内芯。
如图18所示，一些测得的环染厚度为91、108和92微米。纱线表面与暴露的纤维长度的测量距离约为406微米。从纱线表面到暴露的纤维长度的测量距离约为406微米。从芯边缘到暴露的光纤长度的测量距离约为289微米。
在环染纱线的具体实现方案中，环染厚度或深度从所有表面(或侧面)渗透不超过纱线厚度的约10％。因此，总直径的约20％被染色，并且芯是直径的80％。
此外，由于工艺变化，总环染厚度(包括两侧)可以变化，例如，在一些情况下，20％加或减10、15、20、25或甚至高达50％。因此，范围可以是从约18％至22％、约17％至23％、约16％至24％、约15％至25％、或至多约10％至30％。单侧的环染厚度将为这些值的约一半。更具体地，单侧环染厚度的范围将为约9％至11％、约8.5％至11.5％、约8％至12％、约7.5％至12.5％、或至多约5％至15％。
例如，在一种实现方式中，对于来自激光精加工的更大突出，总环深深度(包括外环两侧的厚度)应为纱线厚度或直径的约15％至约25％。当低于15％时，环染可能冲洗得过快，并且没有足够的有色材料供激光工作。在超过25％时，环染不能响应以提供大量的灰度级(例如，不能提供64或更多不同的等级、128或更多不同的等级、或256或更多不同的等级)。因此，对于单侧，外环厚度可以是约7.5％(例如，15％除以2)至约12.5％(例如，25％除以2)。
作为制造织物的工艺的结果，织物具有对激光精加工的响应特性。期望织物具有以下良好或较强的性能特性，包括：(i)在最小激光照射下快速或相对快速的颜色变化，(ii)颜色变为接近白色的色调(例如，64或更多灰度级、128个灰度级，或256或更多灰度级)，以及(iii)强度或拉伸属性的最小退化，或这些项的任何组合。不期望织物具有以下不良性能特性，例如：(i)缓慢颜色变化，(ii)颜色变为具有明显色调的颜色，例如，灰色、蓝色或绿色，而不是白色，或者(iii)强度或拉伸属性的不可接受的退化，或这些项的任何组合。
具有对激光精加工的良好特性的织物具有未染色芯纤维(白色纤维)更接近其表面的纱线。一种工艺是制造纱线，并且该织物在任何组合中可以包括下列技术中的一种或多种：
1.较低ph。降低ph减少靛蓝染料对纱线纤维的亲和力，从而减少渗透。在具体实现方式中，在染色工艺中使用的靛蓝染料溶液的ph为约11.6或更低、11.5或更低、11.4或更低、11.3或更低、11.2或更低、或11.1或更低。在一种实现方式中，ph将在从约10.7至11.2的范围内。通过将ph保持在这些水平，染料纱线将表现出环染效果。
2.预丝光化。纤维的膨胀使得靛蓝染料渗透更加困难，减少了环染深度。当纱线已经预丝光化时，ph可以略微增加并且纱线仍具有期望的环染。例如，通过预丝光化，靛蓝染料溶液的ph可以增加到11.2，而不是使用10.7或10.8。
3.较低染料浓度、较快染色速度、浸渍次数、较低温度、或这些项的任何组合。如果色调匹配不重要，则技术减少染料渗透的机会。例如，染料浓度可以在例如从约1.0至1.05克每升的范围内。在其他实现方式中，该范围可以延伸至3克每升。
对于浸渍，可以有例如约8次染料浸渍。在其他实现方式中，可以存在8次或更少的染料浸渍，例如，2、3、4、5、6或7。在其他实现方式中，可存在多于8次染料浸渍，例如，9、10、11、12或多于12次染料浸渍。利用更多浸渍，可以使用较低染料浓度(或其他参数的调整)来获得相同的渐变和芯直径。利用较少浸渍，可以使用较高染料浓度(或其他参数的调整)来获得相同的渐变和芯直径。
替代地，或者与较低染料浓度组合，在靛蓝中可以存在更快速靛蓝浸渍，或者减少纱线在靛蓝浸渍中的时间。染料排列的机器速度可以是例如约25米每分钟。染料排列的机器速度可超过25米每分钟，这将减少染料浸渍时间。在其他实现方式中，机器速度可以小于25米每分钟，并且诸如染料浓度之类的其他参数可以用于获得相同的渐变和芯直径。
较低温度降低了扩散速率，因此环染效果将在较低温度下增强并且更可控。桶或染色盒通常具有温度控制器以控制靛蓝溶液的加热。靛蓝溶液的温度通常为室温(例如，20摄氏度)或更高。在一个实现方式时，靛蓝溶液的温度范围为从约20摄氏度至约30摄氏度。例如，温度可以是30摄氏度或更低。在一种实现方式中，靛蓝溶液的温度范围为从约30摄氏度至约40摄氏度。例如，温度可以是40摄氏度或更低。在一种实现方式中，靛蓝溶液的温度范围为从约40摄氏度至约50摄氏度。例如，温度可以是50摄氏度或更低。在一个实现方式中，靛蓝溶液的温度范围为从约50摄氏度至约60摄氏度。例如，温度可以是60摄氏度或更低。在一个实现方式中，靛蓝溶液的温度范围为从约60摄氏度至约70摄氏度。例如，温度可以是70摄氏度或更低。可以调节各种其他参数，例如，染料浓度或浸渍次数，以补偿更高或更低的温度。
4.较高纱线捻合。高纱线捻合使得染料渗透更加困难，减少了环染深度。例如，牛仔布的纱线在4.2至4.8捻合每英寸或tpi的范围内被捻合。tpi是指一英寸纱线中捻合螺旋的数量。通常，4.6或更高的任何捻合都被认为是较高捻合纱线。对于一些缩水至合身(shrink-to-fit)产品，纱线捻合可以是约4.8捻合每英寸。
5.粗纱计数。环染深度是总纱线直径的较低百分比，留下较大未染色纱线芯。留下更多纤维以改善撕裂或拉伸属性。对于等效浴浓度和经纱端部，浴中的染料与纤维质量的比率较低。细纱有变为染色到中心的风险，没有未染色纤维来提供颜色变化和突出。
对于细纱，染料渗透占总纱线直径的较大百分比，仅留下较小白色芯，这意味着蓝色与白色纤维的比率较高。这使得突出显得偏蓝而不是白色。由于移除了较大百分比的总纤维，在实现突出之前，细纱也更容易发生物理破坏。
图19和图20分别示出了针对相同环染厚度或深度的细纱和粗纱的暴露白色纤维的百分比。在图19中，细纱具有例如28％的暴露白色纤维。在图20中，粗纱具有例如50％的暴露白色纤维。
6.减少、最小化或消除硫化底部。由于硫化染料对棉的亲和力，硫化染料渗透到纱芯中，染色灰白色芯纤维。面料现在将突出于硫底部的颜色。如果将芯纤维染色成可忽略的颜色变化，则可以接受少量的硫。如果期望硫化底部，则深色靛蓝染料可以通过与底色对比来产生明亮突出的错觉。
7.硫化顶部。由于许多染料部位已经被靛蓝占据，因此硫化顶部的风险低于底部，并且松散的靛蓝减缓了硫到纱线中的渗透。然而，硫化顶部仍然有助于总染料量；高浓度仍会导致不良性能，特别是对于细纱。
8.减少或最小化经纱中的弹性纤维。一些经纱弹力织物可能表现出不良性能，因为弹性纤维芯是透明的而不是白色的。这将意味着白色突出的“目标”是环形渐变纱线芯，这是更难以击中的目标，特别是在细纱计数中。性能更强的经向弹力织物应具有浅环染和大纱线直径二者。
一些经纱弹力失效可能与弹性纤维芯的半透明性质有关。由于弹性纤维芯是半透明的而不是不透明的白色，因此靛蓝染色纤维通过纱芯是可见的。图21和图22分别示出了具有弹性纤维芯的粗纱和细纱的横截面。
在一个实现方式中，具有优异性能特性的织物具有(i)无过度染色、无涂层，(ii)在尽可能低的ph下染色的纯靛蓝(靛蓝溶液具有11.2或更低的ph)，和(iii)预丝光化的经纱。
具有次要影响的其他一些重要因素包括：(i)粗经纱(例如7s-8sne而不是13s-14sne)，(ii)高捻合经纱(4.6捻合以上)，(iii)以允许实现期渐变的最高速度染色(可基于机械在供应商之间变化)，(iv)无硫化底部或顶部，以及(v)100％棉经纱。
通常，对于牛仔布，纱线计数的范围为从7sne到16sne，但将计数5s视为粗糙或者将计数20s视为精细也不罕见。“ne”代表英国棉纱计数系统(丝织品工业用于棉纺纱线)。它是指示纱线的粗糙度的间接方式，其中，数量越低，纱线越粗糙，越低的数表示越粗糙的纱线。
英国棉纱计数系统如下计算：“ne”是指以磅为单位的绞数。一绞等于840码的纱线。例如，7sne(或7s计数)等于1磅840码纱线的7倍。并且，16sne(或16s计数)等于1磅840码纱线的16倍。
一些牛仔布纱线具有粗纺线(slub)，这意味着纱线已经被设计有较厚和较薄的地方，以创造独特的美感。纱线的直径不均匀，并且可以在其长度上变化。粗纺线图案在重复长度中平均约为0.25英里，因研磨机而异。因此，ne计算给出了纱线的平均精细度或厚度。通常，纱线通过其纱线计数、纺纱方法和捻合倍数来描述。例如，男士牛仔布织物通常使用粗糙计数，如7s和8s，而女士牛仔布织物通常使用精细计数10s、12s和14s。对于弹力产品，使用一些更精细计数。
尽管本专利具体描述了编织织物的激光精加工，但该技术也适用于用于针织服装的针织织物。针织织物由一系列互锁的纱环制成。对于针织物的激光精加工，所描述的用于生产或获得环染纱线的技术适用。环染纱线用于生产针织物。从环染制成的针织物可以被激光精加工。
在一个实现方式中，一种方法包括使用靛蓝染料处理棉纱以获得具有外环和内芯的横截面，其中，外环的厚度约为纱线总厚度的例如从约7.5％至约12.5％，并且外环由于被靛蓝染料渗透而为靛蓝色，而内芯由于未被靛蓝染料渗透而为白色或灰白色；以及将染色的棉纱织成牛仔布织物，其中，经纱包括染色的棉并且纬纱包括未染色的棉，并且通过将染色的棉纱暴露于激光来对牛仔布织物进行精加工。
当暴露于激光时，激光基于提供给激光器的激光输入文件在服装的表面上产生精加工图案。激光输入文件包括用于不同激光像素位置的激光曝光值。对于每个激光曝光值，激光从牛仔布材料的表面移除与激光曝光值相对应的深度或厚度的材料。
对于精加工图案的较亮像素位置，与精加工图案的较暗像素位置相比，较大深度的靛蓝环染棉纱被移除，显露出染色纱线的更大宽度的内芯，在精加工图案的较暗像素位置，较小深度的靛蓝环染棉纱被移除，显露出染色纱线的较小宽度的内芯。
激光文件包括要激光的每个像素位置的灰度值。例如，对于多达256个灰度级，值可以是从0到255(例如，8位二进制值)。在一个实现方式中，值越低，将被移除的材料的厚度越大。对于值255，可以不移除材料，而对于0，移除最大量的材料以实现非常白的颜色，这将表示精加工图案中的充分磨损点(或像素)。0值可表示移除例如纱线的厚度的50％(或更多或更少)。
在其他实现方式中，可以使用反逻辑或负逻辑，其中，值越大，将被移除的材料的厚度越小。例如，值越大，将要去除的材料的厚度越大。对于值0，可以不移除材料，而对于255，移除最大量的材料以实现非常白的颜色，这将表示精加工图案中的充分磨损点(或像素)。255值可表示移除纱线的厚度的50％(或更多或更少)。
在各种实现方式中，处理棉纱可包括将棉纱浸入至少一种靛蓝染料溶液中，该靛蓝染料溶液具有从约10.7至约11.6的范围内的ph。棉纱的加工可包括将棉纱浸入至少一种靛蓝染料溶液中，该靛蓝染料溶液具有约11.6或更低的ph。
处理棉纱可以包括将棉纱浸入至少一种靛蓝染料溶液中，该靛蓝染料溶液具有从约10.7至约11.2的范围内的ph，并在浸入棉纱时，将靛蓝染料溶液的温度保持在约50摄氏度或更低(例如，或60摄氏度或更低、或70摄氏度)。
处理棉纱可包括在将未染色纱线初始浸入靛蓝染料溶液中之前，在碱性溶液中对未染色棉纱进行丝光化。这可以称为对纱线进行预丝光化。
处理棉纱可包括在将棉纱初始浸入靛蓝染料溶液之前，不将棉纱浸入包含硫化染料的溶液中。这可以称为在处理期间不使用硫化底部。
激光精加工可以在牛仔布织物上产生至少64种不同的灰度级(例如，至少128或至少256)。这些将是牛仔布织物上的光学可区分的(例如，通过相机、光谱仪等光学可区分的)灰度级。这允许精加工图案显示出更好的突出，或者图案中的高点和低点的更好的区分。这有利于服装激光图案化，具有更好的美感，而不是更暗淡、更不吸引人的饰面。
此外，基于存储在激光输入文件中的值，激光从纱线的外表面开始移除所选择的深度的材料。结果，内芯的垂直段通过激光在外芯段之间(例如，左外环厚度和右外环厚度)显露，其在纱线总厚度的0％至约85％的范围内。这在牛仔布材料上产生至少64个不同的灰度级(例如，至少128或至少256)。
棉纱可具有约4.2至约4.8捻合每英寸。处理棉纱可以包括：在将未染色纱线初始浸入靛蓝染料溶液中之前，将未染色棉纱在碱性溶液中进行丝光化，并将经丝光化的棉纱浸入靛蓝染料溶液的五个或更少单独的浸渍中，该靛蓝染料溶液具有约1.6或更低的ph。
已经出于说明和描述的目的呈现了本发明的描述。其并非旨在穷举或将本发明限制于所描述的精确形式，并且鉴于上述教导，许多修改和变化是可能的。选择和描述实施例是为了最好地解释本发明的原理及其实际应用。该描述将使得本领域的其他技术人员能够在各种实施例中以及适合于特定用途的各种修改中最好地利用和实践本发明。本发明的范围由以下权利要求限定。
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