輻照度對(duì)材料耐光色牢度的影響

(無(wú)錫出入境檢驗(yàn)檢疫局，無(wú)錫，214101)

近年來(lái)，隨著汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展和人們對(duì)汽車乘坐環(huán)境要求的不斷提高，紡織品在汽車內(nèi)飾、隔聲、降噪等方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)正在發(fā)揮著愈來(lái)愈重要的作用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界用于汽車內(nèi)飾的紡織品量已高達(dá)3.7億m2/a，汽車已成為人們?nèi)粘Ｉ钪薪?jīng)常接觸的代步工具［1］。為此，對(duì)汽車內(nèi)飾材料除要求其具備如上優(yōu)異性能外，對(duì)其在材料力學(xué)性能、物理功能性性能及化學(xué)性能(甲醛、VOC)等諸多方面也有著嚴(yán)格的要求。

事實(shí)上，對(duì)于汽車用紡織品以及塑料、橡膠等復(fù)合內(nèi)飾材料的檢測(cè)通常是在人工模擬材料的實(shí)際使用環(huán)境中進(jìn)行的。其中，耐光色牢度或耐人工氣候老化(氙燈)性能是最基本也是最重要的物理功能性檢測(cè)項(xiàng)目之一。在實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中，檢測(cè)時(shí)間一般都較長(zhǎng)，通常高達(dá)300～400 h;尤為值得注意的是，部分汽車企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求的輻照度公差較大，如在以300～400 nm為控制點(diǎn)監(jiān)測(cè)輻照度時(shí)，公差可達(dá)到30～40 W/(m2·nm)。

眾所周知，影響車用紡織品耐光色牢度的因素主要有內(nèi)部和外部?jī)蓚€(gè)方面。內(nèi)因主要包括纖維上染料對(duì)光化學(xué)作用的敏感性、染料發(fā)生褪色反應(yīng)的化學(xué)本質(zhì)、染料在纖維中的連接程度或者聚集程度、纖維的滲濾特性和化學(xué)本質(zhì)等;而外因則主要表現(xiàn)為環(huán)境影響因素，如溫度、相對(duì)濕度、大氣污染物以及光照強(qiáng)度和光譜的能量分布等［2］。在具體的試驗(yàn)操作中，外因的控制水平直接影響到檢測(cè)結(jié)果的精確性。長(zhǎng)期以來(lái)，各家汽車企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)在測(cè)試過(guò)程中對(duì)測(cè)試參數(shù)的控制不盡相同，如汽車內(nèi)飾材料的耐人工氣候老化(氙燈)試驗(yàn)，多是以輻照量為終止點(diǎn)的日曬要求，造成試驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定輻照度范圍寬等缺點(diǎn)，從而對(duì)考量材料性能造成一定的偏差。本文探究了在保持除輻照度之外的其他試驗(yàn)參數(shù)不變的情況下，輻照度變化對(duì)紡織品耐光色牢度的影響，旨在通過(guò)研究汽車用紡織品耐光色牢度與輻照度的關(guān)系，為企業(yè)在紡織品耐光質(zhì)量控制過(guò)程中節(jié)省試驗(yàn)時(shí)間，提高測(cè)試效率，并對(duì)檢測(cè)機(jī)構(gòu)提高材料檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性提供一定的參考和指導(dǎo)。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)及標(biāo)準(zhǔn)樣品

選用 AATCC TM 16—2004 Colorfastness to Light標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行紡織品耐光色牢度測(cè)定，并選取該標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)藍(lán)色羊毛布L4作為標(biāo)準(zhǔn)樣品［3］。

1.2 紡織品耐光色牢度的測(cè)定

使用水冷式氙燈老化日曬牢度儀，配備Ci 4000水冷式氙弧燈。試驗(yàn)過(guò)程中按照標(biāo)準(zhǔn)中的程序3進(jìn)行操作，黑板溫度(BPT)為63℃，試驗(yàn)倉(cāng)內(nèi)溫度為43℃，相對(duì)濕度為30%。選用的濾光系統(tǒng)為BORO內(nèi)濾光片/SODA外濾光片。

2 結(jié)果與討論

2.1 耐光色牢度的測(cè)定方法

在現(xiàn)行諸多檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)中，試驗(yàn)過(guò)程對(duì)輻照度和總輻射量的控制大多基于對(duì)采用點(diǎn)或某一波段的控制。如AATCC TM 16—2004、ISO 105 B02:1994以及GB/T 8427—2008等標(biāo)準(zhǔn)，均規(guī)定為水冷式在波長(zhǎng)為 420nm處控制點(diǎn)的輻射量為1.1 W/m2［4-5］。

本文采用AATCC TM 16—2004標(biāo)準(zhǔn)中的程序3，研究在連續(xù)氙燈暴露中輻照度對(duì)織物耐光色牢度的影響。因?yàn)閷?shí)際樣品在室外暴露中不會(huì)產(chǎn)生熱降解，而紅外線會(huì)引起測(cè)試樣品表面產(chǎn)生熱降解，所以要將氙弧光模擬成透過(guò)窗玻璃的日光，必須用過(guò)濾器除去波長(zhǎng)短的紫外輻射和紅外輻射。本文所選用的濾光系統(tǒng)中氙弧過(guò)濾光輻射控制光能的分布如圖1所示［6］。

圖1 氙弧過(guò)濾光輻射光能分布圖

由于AATCC TM 16—2004標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)控制布為AATCC歸類的染色羊毛織品，藍(lán)色羊毛布所用染料及其制備方法有統(tǒng)一規(guī)定，具有耐褪色穩(wěn)定性高、不易變質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)。因此本文選用該標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)控制布(藍(lán)色羊毛布L4)作為測(cè)試樣品，試驗(yàn)終止點(diǎn)為85 kJ，即20個(gè)褪色單位(AFU)。測(cè)色儀采用D65光源，按標(biāo)準(zhǔn)程序3暴曬85 kJ輻照量后，顏色變化在(1.7±0.3)CIELAB單位范圍內(nèi)，可準(zhǔn)確判定樣品的耐光色牢度。測(cè)試結(jié)果:在輻照度(420 nm)為1.1 W/(m2·nm)，試驗(yàn)時(shí)間為21.5 h，CIELAB(ΔE)為 1.68。

試驗(yàn)過(guò)程中需要監(jiān)控?zé)艄芗盀V光系統(tǒng)的使用時(shí)間。因?yàn)闊艄艿墓鈴?qiáng)度會(huì)隨著使用時(shí)間的增加而逐漸降低。當(dāng)該燈管通過(guò)自動(dòng)控制無(wú)法達(dá)到規(guī)定的輻照度時(shí)，應(yīng)該丟棄，以免得到錯(cuò)誤的試驗(yàn)結(jié)果。而濾光片在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間使用后，由于燈管冷卻水的沖洗及水質(zhì)等因素的影響，濾光片表層的涂層會(huì)受到一定程度的損害，使濾光效果大幅度下降，難以除去波長(zhǎng)短的紫外及紅外輻射，從而導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生偏差。一般來(lái)說(shuō)，硼硅內(nèi)濾光片的使用壽命為400 h，鈉鈣外濾光片的使用壽命為2 000 h，燈管冷卻水的電阻率為1 MΩ·m以上。以上這些均是在實(shí)際試驗(yàn)過(guò)程中需要注意的事項(xiàng)。

2.2 輻照度對(duì)耐光色牢度的影響

按照AATCC TM 16—2004標(biāo)準(zhǔn)中程序3的連續(xù)氙燈暴露要求，調(diào)變波長(zhǎng)420 nm處控制點(diǎn)的輻照度，測(cè)得輻照度變化對(duì)標(biāo)準(zhǔn)樣品耐光色牢度及試驗(yàn)時(shí)間的影響。測(cè)試結(jié)果見表1。

表1 輻照度變化對(duì)標(biāo)準(zhǔn)樣品耐光色牢度及試驗(yàn)時(shí)間的影響

由表1可以明顯看出，當(dāng)試驗(yàn)過(guò)程中保持輻照量(85 kJ)相同時(shí)，輻照度越高則試驗(yàn)時(shí)間越短，輻照度越低則試驗(yàn)時(shí)間越長(zhǎng)。輻照量為輻照度與時(shí)間的乘積，時(shí)間以秒為單位。當(dāng)保持其他輻照條件不變，輻照度為0.95～1.27 W/(m2·nm)(420 nm)時(shí)，CIELAB的值依然在(1.7±0.3)CIELAB單位范圍內(nèi)，表明在此范圍內(nèi)輻照度對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響在有效控制范圍內(nèi)。但是當(dāng)輻照度變化超出1.0～1.2 W/(m2·nm)(420 nm)范圍時(shí)，盡管總輻照量保持不變，但是光譜發(fā)生了漂移，從而造成輻照結(jié)果產(chǎn)生偏差。由此可知，盡管在試驗(yàn)過(guò)程中增加輻照度可在一定程度上縮短試驗(yàn)時(shí)間，但是在試驗(yàn)時(shí)不可以隨意增加或降低輻照度，否則會(huì)造成試驗(yàn)結(jié)果發(fā)生偏離。為解決這一問(wèn)題，可在試驗(yàn)過(guò)程中配置標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)以驗(yàn)證結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3 結(jié)語(yǔ)

(1)在進(jìn)行汽車內(nèi)飾材料的耐人工氣候老化(氙燈)試驗(yàn)時(shí)，適當(dāng)增加輻照度可縮短試驗(yàn)時(shí)間，從而提高試驗(yàn)效率。

(2)在試驗(yàn)過(guò)程中，輻照度變化范圍較大時(shí)，需配置標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(如紡織品檢測(cè)用AATCC藍(lán)色羊毛布或其他標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì))進(jìn)行結(jié)果驗(yàn)證控制，以確保耐人工氣候老化(氙燈)試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

［1］ 淡聯(lián)絨，潘鵬.我國(guó)汽車用紡織品發(fā)展淺析［J］.河北紡織，2008(3):73-76.

［2］ 周理杰，章韻女，馮文.淺議耐光色牢度試驗(yàn)參數(shù)的控制與選擇［J］.中國(guó)纖檢，2012(6):59-61.

［3］ AATCC TM 16—2004 Colorfastness to light［S］.American Association of Textile Chemists and Colorists，2004.

［4］ ISO 105 B02:1994紡織品色牢度試驗(yàn)第B02部分:耐人造光色牢度:氙?。跾］.1994-09-15.

［5］ 國(guó)家紡織制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心.GB/T 8427—2008紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐人造光色牢度:氙?。跾］.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

［6］ 化學(xué)工業(yè)部合成材料研究院.GB/T 16422.2—1999塑料實(shí)驗(yàn)室光源暴露試驗(yàn)方法 第2部分:氙弧燈［S］.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1999.