辐照度对材料耐光色牢度的影响

2013-10-14

产业用纺织品 2013年6期

(无锡出入境检验检疫局，无锡，214101)

近年来，随着汽车工业的迅猛发展和人们对汽车乘坐环境要求的不断提高，纺织品在汽车内饰、隔声、降噪等方面的独特优势正在发挥着愈来愈重要的作用。据统计，全世界用于汽车内饰的纺织品量已高达3.7亿m2/a，汽车已成为人们日常生活中经常接触的代步工具［1］。为此，对汽车内饰材料除要求其具备如上优异性能外，对其在材料力学性能、物理功能性性能及化学性能(甲醛、VOC)等诸多方面也有着严格的要求。

事实上，对于汽车用纺织品以及塑料、橡胶等复合内饰材料的检测通常是在人工模拟材料的实际使用环境中进行的。其中，耐光色牢度或耐人工气候老化(氙灯)性能是最基本也是最重要的物理功能性检测项目之一。在实际检测过程中，检测时间一般都较长，通常高达300～400 h;尤为值得注意的是，部分汽车企业标准要求的辐照度公差较大，如在以300～400 nm为控制点监测辐照度时，公差可达到30～40 W/(m2·nm)。

众所周知，影响车用纺织品耐光色牢度的因素主要有内部和外部两个方面。内因主要包括纤维上染料对光化学作用的敏感性、染料发生褪色反应的化学本质、染料在纤维中的连接程度或者聚集程度、纤维的渗滤特性和化学本质等;而外因则主要表现为环境影响因素，如温度、相对湿度、大气污染物以及光照强度和光谱的能量分布等［2］。在具体的试验操作中，外因的控制水平直接影响到检测结果的精确性。长期以来，各家汽车企业的标准在测试过程中对测试参数的控制不尽相同，如汽车内饰材料的耐人工气候老化(氙灯)试验，多是以辐照量为终止点的日晒要求，造成试验时间长、标准规定辐照度范围宽等缺点，从而对考量材料性能造成一定的偏差。本文探究了在保持除辐照度之外的其他试验参数不变的情况下，辐照度变化对纺织品耐光色牢度的影响，旨在通过研究汽车用纺织品耐光色牢度与辐照度的关系，为企业在纺织品耐光质量控制过程中节省试验时间，提高测试效率，并对检测机构提高材料检测结果的准确性提供一定的参考和指导。

1 试验部分

1.1 试验标准及标准样品

选用 AATCC TM 16—2004 Colorfastness to Light标准进行纺织品耐光色牢度测定，并选取该标准中规定的标准物质蓝色羊毛布L4作为标准样品［3］。

1.2 纺织品耐光色牢度的测定

使用水冷式氙灯老化日晒牢度仪，配备Ci 4000水冷式氙弧灯。试验过程中按照标准中的程序3进行操作，黑板温度(BPT)为63℃，试验仓内温度为43℃，相对湿度为30%。选用的滤光系统为BORO内滤光片/SODA外滤光片。

2 结果与讨论

2.1 耐光色牢度的测定方法

在现行诸多检测标准中，试验过程对辐照度和总辐射量的控制大多基于对采用点或某一波段的控制。如AATCC TM 16—2004、ISO 105 B02:1994以及GB/T 8427—2008等标准，均规定为水冷式在波长为 420nm处控制点的辐射量为1.1 W/m2［4-5］。

本文采用AATCC TM 16—2004标准中的程序3，研究在连续氙灯暴露中辐照度对织物耐光色牢度的影响。因为实际样品在室外暴露中不会产生热降解，而红外线会引起测试样品表面产生热降解，所以要将氙弧光模拟成透过窗玻璃的日光，必须用过滤器除去波长短的紫外辐射和红外辐射。本文所选用的滤光系统中氙弧过滤光辐射控制光能的分布如图1所示［6］。

图1 氙弧过滤光辐射光能分布图

由于AATCC TM 16—2004标准所规定的标准控制布为AATCC归类的染色羊毛织品，蓝色羊毛布所用染料及其制备方法有统一规定，具有耐褪色稳定性高、不易变质等优点。因此本文选用该标准中规定的标准控制布(蓝色羊毛布L4)作为测试样品，试验终止点为85 kJ，即20个褪色单位(AFU)。测色仪采用D65光源，按标准程序3暴晒85 kJ辐照量后，颜色变化在(1.7±0.3)CIELAB单位范围内，可准确判定样品的耐光色牢度。测试结果:在辐照度(420 nm)为1.1 W/(m2·nm)，试验时间为21.5 h，CIELAB(ΔE)为 1.68。

试验过程中需要监控灯管及滤光系统的使用时间。因为灯管的光强度会随着使用时间的增加而逐渐降低。当该灯管通过自动控制无法达到规定的辐照度时，应该丢弃，以免得到错误的试验结果。而滤光片在经过长时间使用后，由于灯管冷却水的冲洗及水质等因素的影响，滤光片表层的涂层会受到一定程度的损害，使滤光效果大幅度下降，难以除去波长短的紫外及红外辐射，从而导致试验结果产生偏差。一般来说，硼硅内滤光片的使用寿命为400 h，钠钙外滤光片的使用寿命为2 000 h，灯管冷却水的电阻率为1 MΩ·m以上。以上这些均是在实际试验过程中需要注意的事项。

2.2 辐照度对耐光色牢度的影响

按照AATCC TM 16—2004标准中程序3的连续氙灯暴露要求，调变波长420 nm处控制点的辐照度，测得辐照度变化对标准样品耐光色牢度及试验时间的影响。测试结果见表1。

表1 辐照度变化对标准样品耐光色牢度及试验时间的影响

由表1可以明显看出，当试验过程中保持辐照量(85 kJ)相同时，辐照度越高则试验时间越短，辐照度越低则试验时间越长。辐照量为辐照度与时间的乘积，时间以秒为单位。当保持其他辐照条件不变，辐照度为0.95～1.27 W/(m2·nm)(420 nm)时，CIELAB的值依然在(1.7±0.3)CIELAB单位范围内，表明在此范围内辐照度对试验结果的影响在有效控制范围内。但是当辐照度变化超出1.0～1.2 W/(m2·nm)(420 nm)范围时，尽管总辐照量保持不变，但是光谱发生了漂移，从而造成辐照结果产生偏差。由此可知，尽管在试验过程中增加辐照度可在一定程度上缩短试验时间，但是在试验时不可以随意增加或降低辐照度，否则会造成试验结果发生偏离。为解决这一问题，可在试验过程中配置标准物质以验证结果的准确性。