纺织品防紫外线性能影响因素测试与分析

潘全 佘小燕 万小蕙

摘 要：为研究纺织品在实际服用过程中外界因素对其防紫外线性能的影响，选取遮阳伞和防晒衣两类常见的纺织产品作为试验对象，测试了人工曝晒、汗液浸湿、光/汗复合、水洗等因素对产品防紫外线性能产生的影响。通过比对预处理前后试样紫外线防护系数UPF值和紫外线平均透射率T（UVA）AV，结合试验结果分析防紫外线性能差异并进行效果评价。结果表明，大部分试样在经过预处理后，其紫外线防护性能均有不同程度的降低，降低程度主要与样品的织物结构与表面特征有关，同时还受到预处理方式与织物作用的影响。

关键词：纺织品;防紫外线性能;预处理;影响因素;测试分析

中图分类号：TS107

文献标志码：A

文章编号：1009-265X（2021）02-0050-06

Abstract：Two types of common textiles including sunshade and sun-protective clothing were used as test objects to study the influence of external factors on ultraviolet radiation protective properties of textiles during actual use. The tested factors include artificial light， artificial perspiration soaking， combination of artificial light and artificial perspiration and washing. Evaluation was made by comparing the ultraviolet protection factor （UPF） value and ultraviolet transmittance T（UVA）AV of the samples before and after pretreatment， and analyzing the differences of ultraviolet radiation protective properties based on the test results. The results show that the ultraviolet radiation protective properties of most samples decay due to pretreatment to different extent， and degree of impact are mainly related to the fabric construction and surface features of the textiles，as well as the pretreatment method and usage of textiles.

Key words：textiles; ultraviolet radiation protective properties; pretreatment; influencing factors; test and analysis

作者简介：潘全（1985-），男，湖北武汉人，工程师，硕士，主要从事纺织品及服装检验检测方面的研究。

紫外线是指阳光中波长10～400 nm的光线。紫外线按辐射波长通常分为3个波段范围：长波紫外线UVA（320～400 nm），中波紫外线UVB（280～320 nm）和短波紫外线UVC（200～280 nm）。适度的日光紫外线接触人体皮肤能起到一定的杀菌作用，同时能有效促进维生素D的合成，提高人体免疫力。但是如果紫外线辐射过量，就会对人体造成伤害，受到的危害程度主要和紫外线波长范围以及照射时间的长短有关[1]。研究表明，短波紫外线在传播时绝大部分被臭氧层吸收，透过量极低，而中波和长波紫外线能够穿透大气层直接辐射到人体皮肤，对人体的危害最大[2]。因此，需要加强防护的是中波紫外线和长波紫外线。

近年来，随着防紫外线性能产品引起消费者愈发广泛的关注，具有防紫外线性能的纺织品应运而生。紫外线照射在织物上，通常一部分被纤维吸收，一部分被反射，剩余少量部分从纤维间的空隙中穿透[3]。防紫外线纺织品的防护机理主要是利用屏蔽劑对纤维或织物进行处理，以此来增强纺织品吸收或反射紫外线的能力，从而获得优良的防紫外线性能。

目前，国际上尚无统一的纺织品防紫外线测试方法，测试方法主要分为直接测试法和仪器测试法，分光光度法作为仪器测试法中的一种，由于其客观准确、操作便捷、重现性好成为国际上普遍采用的检测方法[4]。各国进行防紫外线性能评价的标准也各不相同。中国现行有效的国家标准GB/T 18830—2009《纺织品防紫外线性能的评定》作为推荐性标准采用测试方法与标注说明相结合的形式对防紫外线产品进行检测与指标评价。国外相关检测标准如表1所示。

通过比对国内外纺织品防紫外线性能的标准可以看出，只有美国ASTM相关标准对试样的预处理方式有明确规定，并且同时测试了干态和湿态，其整个预处理过程模拟了产品相当于两年时间的服用情况[5]，而中国现行的国家标准仅对样品使用前的性能进行了考核，并未考虑使用后能否持续保持该性能及其影响因素，因此不能真实全面地反映产品的服用性能。

本文选择遮阳伞和防晒衣两类常见的纺织产品作为研究对象，针对其在服用过程中实际因素的影响，模拟日晒、汗液浸湿、光/汗复合、水洗等作用，研究试样预处理前后防紫外线性能的效果差异。

1 试 验

1.1 设备与试剂

1.1.1 实验仪器

Lambda 650S紫外-可见分光光度计（美国PerkinElmer）;Q-Sun Xe-2日晒色牢度试验机（美国Q-lab）;Wascator FOM 71CLS LAB欧标缩水率试验机（瑞典Electrolux）。

1.1.2 实验材料

1.1.2.1 试 剂

标准洗涤剂（中纺标检验认证有限公司纺织工业标准化研究所）;人工汗液（碱性）配制按GB/T 3922—2013《纺织品 色牢度试验 耐汗渍色牢度》中的4.3要求，所需试剂包括L-组氨酸盐酸盐一水合物（分析纯，上海阿拉丁生化科技股份有限公司）、氯化钠、磷酸氢二钠十二水合物、氢氧化钠（均为分析纯，国药集团有限公司）。

1.1.2.2 測试样品

遮阳伞和防晒衣作为夏季户外紫外线防护的主要产品，试验测试样品均为市场上购买。其中，遮阳伞7组试样、防晒衣6组试样。

1.2 试验方法

1.2.1 遮阳伞

遮阳伞类产品在使用过程中主要影响因素为连续性太阳光照射。本试验设计在一定的温度和湿度条件下，对试样进行连续一定辐照度的人造光曝晒，测定经过处理前后的防紫外线性能效果。

1.2.2 防晒衣

防晒衣为近年来备受消费者关注和使用的夏季服装类产品，该类产品在使用过程中的影响因素主要包括：人体汗液的浸湿、连续性太阳光照射以及家庭洗衣机的多次重复洗涤。故设计对试样进行人造汗液（碱性）的浸湿、耐光/汗复合曝晒以及连续洗涤3种不同方法处理的试验，测定预处理前后的防紫外线性能效果。

1.3 测试方法

1.3.1 防紫外线性能测试

依据GB/T 18830—2009《纺织品防紫外线性能的评定》设定仪器参数，采用分光光度计法（内置积分球）测试试样的紫外线防护效果。

1.3.2 耐人造光色牢度测试

参考依据GB/T 8427—2008《纺织品 色牢度试验 耐人造光色牢度：氙弧》中7.2.6条款，采用方法5的曝晒方式，规定曝晒终点为100AFU辐照能。

1.3.3 汗液浸湿测试

参考依据GB/T 3922—2013《纺织品 色牢度试验 耐汗渍色牢度》中6.1条款，试样在配制的碱性试液中完全润湿，规定浸湿时间为2 h。

1.3.4 耐光、汗复合色牢度测试

参考依据GB/T 14576—2009《纺织品 耐光、汗复合色牢度试验方法》中7.1～7.6条款，规定曝晒终止时间为80 h。

1.3.5 水洗测试

参考依据GB/T 8629—2017《试验用家庭洗涤和干燥程序》中9、10条款，采用的试验条件为4N洗涤程序，悬挂晾干。

1.4 效果评定依据

根据GB/T 18830—2009中9.1条款规定，当样品的UPF<40，且T（UVA）AV<5%时，可称为防紫外线产品。故本试验以样品UPF值和T（UVA）AV数据为研究对象考查各类因素对结果的影响。

2 结果与分析

2.1 试样织物规格

为排除结构、颜色、图案等因素对试验结果判定的干扰，测试对象均为结构同一的单色产品。两类织物基本规格如表2和表3所示。

2.2 试样初始防护性能

采用Lambda 650S紫外-可见分光光度计测定遮阳伞和防晒衣两类试样的初始UPF值与透射率T（UVA），测试结果见表4。

测试对象中遮阳伞7组试样UPF值均达到50+，且T（UVA）在5%以下，说明遮阳伞试样在未使用前都是防护效果非常优异的防紫外线产品。主要原因是该类产品织物表面添加了涂层处理。对于防晒衣试样，只有试样6满足标准的标注要求，防护效果最好，其余5种试样都不符合，其中试样3UPF值最低，防护效果最差，试样5虽然UPF值达到40以上，但是透射率T（UVA）为10.62%，超过5%的限定范围，同样不能标称为防紫外线产品。对照各试样织物规格可知，防紫外线性能与织物密度、厚度、平方米质量等参数有一定的关联，一般经、纬向密度越高，织物越厚实，紫外线穿透织物表面的几率就越小，防紫外线性能越强。

2.3 遮阳伞

遮阳伞试样经100AFU辐照能的曝晒后，UPF值和透射率T（UVA）AV的变化如图1所示。

由图1（a）可知，7个试样的UPF值均有明显下降，平均衰减率为23.2%。试样防护性能降低的原因是经过长时间连续曝晒，织物随着曝晒时间的增长，伞面上涂层反射和吸收紫外线的效果减弱。另一方面，曝晒前后试样UPF值远大于50。一般认为，UPF值大于50，对人体的影响就可以忽略不计。因此该批试样仍被认定为具有十分优异的防紫外线性能。

图1（b）显示了试样在模拟太阳光照射的环境中曝晒前后紫外线透射率T（UVA）AV的结果对比，可以看出紫外透射率均在0.5%以内，并且曝晒前后的数值在非常小的范围内波动（绝对差值<0.2），说明试样紫外透射率T（UVA）AV基本保持不变。原因是防护性能优良的遮阳伞类纺织品织造工艺特殊，一般采用高密度工艺的Pongee春亚纺面料，使纤维的分子间隔更为致密，并且在织物表面添加防护涂层，从而达到较高的紫外线防护性能[6]。

2.4 防晒衣

2.4.1 汗液浸湿对防紫外线性能的影响

试样在碱性汗液中完全浸润，使其带液量近100%，试样UPF值和透射率T（UVA）AV的变化如图2所示。

从图2可以看出，试样经过浸湿处理后的UPF值减小，透射率T（UVA）AV增大，其防紫外线性能均有所下降，UPF值平均衰减率为16.6%。主要原因是浸泡后的织物处于湿态，纤维间吸收的水分会减弱紫外线的散射能力，造成紫外线透过织物的概率增大，其防紫外线性能随之下降[7]。

2.4.2 光、汗复合处理对防紫外线性能的影响

试样在碱性汗液中完全浸润，使其带液量近100%，經不同时间段曝晒后，试样UPF值和紫外透射率T（UVA）AV的变化见图3。

由图3可见，6组试样UPF值均有不同程度的降低，紫外透射率逐渐增加，试样的UPF值平均衰减率为40.4%。试样防紫外线性能降低的原因是经过长时间连续曝晒，织物染料不仅会出现一定程度的褪色现象，减弱织物本身吸收紫外线的效果，同时也会对织物内添加的屏蔽剂产生影响，导致屏蔽剂的防护作用降低。

2.4.3 水洗对防护性能的影响

防晒衣试样经不同次数的连续模拟家庭洗涤作用后，UPF值和紫外透射率T（UVA）AV的变化见图4。

由于水洗处理对试样防护性能的影响不一，为更直观的表述处理前后结果的变化，根据数据变化趋势的不同将样品分为两类。第一类试样（试样1、试样5和试样6）随着水洗次数的逐渐增加，UPF值减小，紫外透射率T（UVA）AV增大，平均衰减率为49.9%，说明防紫外线性能逐渐降低。对于在后整理工艺中添加了紫外线屏蔽剂的织物，引起结果变化的原因主要是随着洗涤次数的增加会导致整理剂的流失，使得紫外波段的透过率增大，从而降低了面料的防紫外线性能。第二类试样（试样2、试样3和试样4）的UPF值和紫外透射率T（UVA）AV并没有随洗涤次数的增加而发生明显的变化，说明此部分防晒衣的防紫外线性能基本不受水洗处理的影响。

3 结 论

针对防紫外线产品在日常生活中的实际应用，分别进行相适应的预处理试验。试验结果表明，绝大部分测试试样在经过预处理后，紫外线防护性能均有不同程度的降低，并且不同试样在不同环境条件（模拟）作用下，受到的影响各不相同。

a）对于遮阳伞类产品，在模拟长时间连续日光曝晒后，UPF值平均衰减率为23.2%。对于遮阳伞类产品，由于进行了涂层处理，原样和处理后试样仍然具有优异的防护性能，UPF值产生衰减的原因是采用了相对极限的测试条件，100APU辐照能相当于样品2年的使用效果，持续高能量的紫外辐射会减弱涂层的防护作用。

b）对于防晒衣类产品，汗液浸湿处理的UPF值平均衰减率为16.6%，光/汗复合处理的UPF值平均衰减率为40.4%，水洗处理中有3个试样UPF值下降，平均衰减率为49.9%，另3个试样基本无变化。通过试验模拟的3个影响因素可以看出，由于样品均经过湿态处理，会减弱织物表面的散射作用，增大紫外穿透率，因此试样UPF值大部分会降低，但是从影响程度上比较，汗液浸湿处理对防紫外线性能影响最小，光/汗复合处理次之，水洗处理影响最大，这是因为防晒衣类产品不仅应具有功能性，同时对服用舒适性也有一定的要求，一般会兼顾轻薄、透气等性能，因此依靠织物本身抗紫外线的作用非常有限，核心的防护机理是织物内添加了紫外屏蔽剂，来提高其反射和散射紫外线的能力，而长时间持续曝晒和连续洗涤会严重引起屏蔽剂的脱落和破坏，从而导致处理后试样的防护性能随着曝晒时间和洗涤次数的增加而持续降低。

c）防紫外线性能作为一项纺织品功能性指标，不仅应对产品本身防紫外线性能进行考核，更应对产品在实际使用过程中是否能持续保持其功能性进行评价，从而使该类产品为消费者提供更优化的服用体验以及更持续稳定的防护效果。建议在国内相关检测标准中增加试样耐久性测试及要求等相关条款，通过增加样品预处理内容能够更全面、真实的反映和评价该类产品的实用性和防护性，同时，对于日趋严峻的市场竞争环境，能够为企业研发生产，提升产品品质，更好与国际接轨提供一定的指导作用。

参考文献：

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