紡織品抗紫外線性能影響因素及其測試

楊璧玲+羅旭平

摘要：綜述分析了纖維原料、紗線結(jié)構(gòu)、織物結(jié)構(gòu)參數(shù)（厚度、緊密程度、組織結(jié)構(gòu)）、顏色、后整理以及樣品預(yù)處理狀態(tài)（濕態(tài)、水洗、摩擦、拉伸）等因素對紡織品抗紫外線性能的影響效果，并測試分析了纖維原料、織物組織結(jié)構(gòu)、顏色、后整理及干濕狀態(tài)等 5 方面因素對抗紫外線性能的影響效果。實測結(jié)果與綜述分析結(jié)果一致。

關(guān)鍵詞：紡織品；抗紫外線性能；影響因素；效果；測試

中圖分類號：TS101.923 文獻標(biāo)志碼：A

Factors Affecting Anti-ultraviolet Performance of Textiles and Related Tests

Abstract： The main factors that affect the anti-ultraviolet performance of textiles such as fiber materials， yarn structure， fabric construction parameters （thickness， compactness and fabric weave）， color， finishing and pretreatment conditions （wetness， laundering， rubbing and stretch） and their effect were analyzed and tested. The test results are in accordance with the analytical results.

Key words： textiles； anti-ultraviolet performance； influence factors； effective； testing

紫外線（簡稱UV）按輻射波長可分為長波紫外線UVA（320 ～ 400 nm）、中波紫外線UVB（280 ～ 320 nm）和短波紫外線UVC（200 ～ 280 nm），容易對人體造成傷害的紫外線波長段為290 ～ 400 nm，因此紡織品抗紫外線性能的研究主要針對這一波段來考慮。了解紡織品服裝抗紫外線性能的影響因素，對提高紡織品的紫外線防護性能十分重要。一般來說，影響紡織品抗紫外線性能的主要因素有：纖維原料、紗線結(jié)構(gòu)、織物結(jié)構(gòu)參數(shù)（厚度、緊密程度、組織結(jié)構(gòu)）、顏色、后整理以及樣品預(yù)處理狀態(tài)（濕態(tài)、水洗、摩擦、拉伸）等，文獻大多就纖維原料、織物結(jié)構(gòu)參數(shù)、顏色、后整理等因素進行探討。本文根據(jù)現(xiàn)有研究總結(jié)分析了上述所有主要因素的影響效果，并就纖維原料、織物組織結(jié)構(gòu)、顏色、后整理及干濕狀態(tài)等 5 方面的影響進行了實測分析，以期為研究與生產(chǎn)提供較綜合完善的設(shè)計依據(jù)，為消費者提供有效的產(chǎn)品選購依據(jù)。

1 紡織品紫外線防護的機理

紫外線在織物上的通過情況一般為光線透過率 + 反射率 + 吸收率 = 100%，可見，光線反射率和吸收率越高，透過率則越低，產(chǎn)品的防護性能就越好。紡織品紫外線防護的機理主要來源于纖維織物本身對紫外線的吸收屏蔽作用，或利用屏蔽劑對紫外線進行吸收和反射。利用屏蔽劑的處理可獲得優(yōu)良的抗紫外線性能，主要的處理方法有2 種：一是在纖維成形時加入無機或有機屏蔽劑，制作成抗紫外線纖維；二是選用紫外線屏蔽劑將織物經(jīng)浸軋或涂層整理賦予織物抗紫外線功能。然而前者的處理技術(shù)要求高、成本大，多以聚酯和聚丙烯為基材，難以應(yīng)用于天然纖維，且在混紡時效果難以控制；后者的產(chǎn)品功能耐洗滌程度差，織物風(fēng)格受到影響，均不大適合用于以輕薄、透氣、吸濕等性能為主的夏季服裝面料。因此，利用普通纖維織物本身對紫外線的吸收屏蔽作用來提高紡織品的抗紫外線性能仍然是目前產(chǎn)品開發(fā)中需要考慮的問題。

2 抗紫外線性能的影響因素

影響紡織品抗紫外線性能的主要因素有纖維原料、紗線結(jié)構(gòu)、織物結(jié)構(gòu)參數(shù)（厚度、緊密程度、組織結(jié)構(gòu)等）、顏色、后整理等。此外，從國外及我國GB/T 18830等主要紡織品抗紫外線性能標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定中可看到，紡織品試樣經(jīng)摩擦、洗滌、濕態(tài)等預(yù)處理或處于拉伸狀態(tài)時（模擬日常使用過程對紡織品的作用），均會影響紡織品的抗紫外線性能。

2.1 纖維原料

紡織纖維本身對紫外線有一定的吸收屏蔽作用，不同類型的纖維對于紫外線的吸收、透射能力不同。吸收能力越低、透射率越高，抗紫外線性能越差。所有廣泛應(yīng)用的纖維原料中，滌綸中含有苯環(huán)，具有較高的紫外線吸收能力；錦綸吸收紫外線的能力較差；羊毛、蠶絲等蛋白質(zhì)纖維分子中含有芳香族氨基酸，對小于300 nm波段的光有很強的吸收性，其抗紫外線性能介于滌綸與錦綸之間。對于纖維素類纖維，漂白棉紗和粘膠織物的紫外線透過率相對較高，而未漂白的棉紗織物由于其中的天然色素和木質(zhì)素可作為吸收劑，其紫外線防護系數(shù)稍高；麻織物由于纖維內(nèi)具有溝狀空腔且管壁多空隙，有較好的抗紫外線性能；竹纖維中所含葉綠素銅鈉是安全、優(yōu)良的紫外線吸收劑，其抗紫外線性能大大優(yōu)于棉纖維，也明顯優(yōu)于苧麻、亞麻纖維。然而，不同的研究人員采用不同纖維原料設(shè)計織物時類型與規(guī)格等各有差異，故難以判定各類纖維的防紫外線性能優(yōu)劣順序。近年來利用添加屏蔽劑的方法可有效提高纖維的抗紫外線能力。

2.2 紗線結(jié)構(gòu)

Stankovic等人研究發(fā)現(xiàn)，由于紗線加捻情況不同，纖維在紗線中的排列與紗線的表面結(jié)構(gòu)也不同，這對織物的抗紫外線性能有著重要的影響。紗線的捻度影響紗線的緊密程度和表面性能，繼而影響織物的開孔度，影響對紫外線的透射性能。但這方面的專門研究尚少，具體諸如纖維為長絲還是短纖、紗線表面毛羽多還是光滑、紗線的線密度大小，是強捻紗還是無（弱）捻紗等因素的影響尚無統(tǒng)一定論。有研究者認(rèn)為紗線對抗紫外線性能的主要影響參數(shù)為紗線的厚度（或直徑）與紗線的卷曲率，由于這些參數(shù)對織物的結(jié)構(gòu)有直接的影響，故可將紗線結(jié)構(gòu)的影響納入到織物結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響中。endprint

2.3 織物結(jié)構(gòu)參數(shù)

影響紡織品紫外線防護性能的織物結(jié)構(gòu)參數(shù)主要為組織結(jié)構(gòu)、緊密程度、厚度等。目前大多數(shù)研究主要也是針對這些影響因素。然而，不同研究者有不同的結(jié)論，究其原因在于各人所制作的織物試樣規(guī)格等有所差異，因而不能單純的作量化比較?？椢锏慕M織結(jié)構(gòu)與織物的密度、緊度、厚度、單位面積質(zhì)量等都有關(guān)系?？椢锏慕M織結(jié)構(gòu)決定了織物的空間幾何狀態(tài)和多孔性等，一般認(rèn)為，其對抗紫外線性能的影響主要是在于緊密程度與厚度兩個參數(shù)，織物越緊密、越厚，其抗紫外線性能越好。

2.4 顏色

織物的色澤是由染料在可見光區(qū)域的吸收特性決定的，這與染料在紫外光區(qū)的吸收特性不同，因此織物的色澤并不是決定織物抗紫外線性能的主要因素。盡管不同色相的染料可以改變織物的抗紫外線性能，但這主要還是取決于染料的紫外線吸收、透射特性。目前，研究顏色對紡織品抗紫外線性能的影響有較一致的定論：有些染料在可見光譜區(qū)有較強的吸收能力，同時在紫外光譜區(qū)也有部分吸收能力；一般對紫外線的防護性能隨著顏色深度的增加而提高，深藍色和黑色在各種顏色中的抗紫外線性能最好。

2.5 后整理

在后整理工藝中，可將紫外線屏蔽劑固著在織物表面來改善織物的抗紫外線性能。紫外線屏蔽劑可分為吸收劑和反射劑，可單獨使用或混用。常用的反射劑主要包括高嶺土、碳酸鈣、滑石粉、氧化鐵、氧化鋅、氧化亞鉛等無機物；吸收劑有水楊酸類、苯酮類、苯并三唑類、氰基丙烯酸酯類等有機物。有機類紫外線屏蔽劑對產(chǎn)品壽命、生態(tài)環(huán)境及產(chǎn)品性能（織物白度、色牢度、手感、透氣、吸濕等）有一定影響。新型環(huán)保、高性能抗紫外線有機吸收劑的研發(fā)，成為了如今的主要課題。無機類屏蔽劑粒子直徑對纖維紡絲成形或后整理工藝都有較大影響，粒子過大，紡絲質(zhì)量、紗線和織物手感變差；粒子過小，對紫外線的反射作用減弱。但當(dāng)粒子尺寸達到納米級別時，會出現(xiàn)優(yōu)異的紫外線吸收特性，且粒子容易分布均勻，織物手感優(yōu)良。由于這一獨特的功能，納米技術(shù)在抗紫外線纖維生產(chǎn)與織物整理方面已表現(xiàn)出巨大的應(yīng)用和發(fā)展前景，但其中納米粒子制備、紡絲生產(chǎn)及織物染色等難度均增大，這些仍是發(fā)展中亟需解決的問題。

2.6 樣品預(yù)處理狀態(tài)

織物在濕態(tài)下的抗紫外線性能一般較之干態(tài)下差，這主要是因為濕態(tài)織物在紗線、纖維之間的水分會減弱紫外線的散射能力，導(dǎo)致了紫外線透過率的增大。對于夏季服裝，在穿著過程中容易被汗?jié)瘢欢狙b紡織品在使用過程中往往處于濕態(tài)，故研究織物的吸濕膨脹對抗紫外線性能的影響有著重要的意義。同樣，織物在拉伸伸展?fàn)顟B(tài)下的抗紫外線性能也會受到影響，由于拉伸伸展增加了織物的開孔性，因而會降低防紫外線性能。目前的研究對試樣經(jīng)摩擦、洗滌、濕態(tài)等預(yù)處理或處于拉伸狀態(tài)而產(chǎn)生的影響探討不多。

3 影響因素的測試與分析

綜上所述，本文重點選取了纖維原料、織物組織結(jié)構(gòu)、顏色、后整理及干濕狀態(tài)等 5 方面的因素開展測試，實證分析其影響效果，以期為讀者提供客觀的依據(jù)，讓讀者了解紡織品抗紫外線性能的測試與評價。

3.1 測試及試樣

3.1.1 測試條件

紡織品抗紫外線性能的評價指標(biāo)主要有紫外線防護系數(shù)（UPF），紫外線A、B的平均透過率T（UVA）AV、T（UVB）AV，防曬因子（SPF），紫外線防曬因子（FSPF），紫外線阻斷率C（%），加工效果K（%）等。本文選用UPF和T（UVA）AV兩個指標(biāo)來評價。UPF是指皮膚無防護時計算出的紫外線輻射平均效應(yīng)與皮膚有織物防護時計算出的紫外線輻射平均效應(yīng)的比值；T（UVA）AV是指對UVA透射比的算術(shù)平均值求平均值。高的UPF值和低的T（UVA）AV值表示好的抗紫外線效果。

本測試依據(jù)GB/T 18830—2009《紡織品防紫外線性能的評定》，使用Lambda 900紫外/可見/近紅外分光光度計，采用積分球法測試試樣的紫外線防護效果。試樣在標(biāo)準(zhǔn)大氣下調(diào)濕24 h，測試波長間隔為 5 nm，紫外線波長選取范圍為290 ～ 400 nm。測試時，用單色或多色的UV射線輻射試樣，測定總的光譜透射比，并計算試樣的UPF值。根據(jù)國標(biāo)規(guī)定，當(dāng)樣品的UPF > 40且T（UVA）AV < 5%時，可稱為“防紫外線產(chǎn)品”。

3.1.2 試樣

測試對象以輕薄型織物為主，針對纖維原料、織物組織結(jié)構(gòu)、顏色、后整理及干濕狀態(tài)等 5 方面影響紡織品紫外線防護效果的主要因素，設(shè)計了 5 組紡織品試樣進行測試。設(shè)計原則為：在實驗的同等條件下，通過比對試驗，以確定某一織物的特性為目標(biāo)，測試織物的紫外線防護系數(shù)。5 組試樣設(shè)計如下：（1）在顏色、組織結(jié)構(gòu)、經(jīng)緯密相同的情況下，比較不同纖維種類（包括改性纖維）的防護效果；（2）在纖維種類、顏色、經(jīng)緯密相同的情況下，比較不同組織結(jié)構(gòu)的防護效果；（3）對相同織物比較染色前后的防護效果；（4）對相同織物比較經(jīng)納米ZnO抗紫外線整理前后的防護效果；（5）對相同織物比較干濕狀態(tài)下的防護效果。試樣織物在梭織小樣機上自行設(shè)計、織造。

3.2 測試結(jié)果及分析

各組測試的具體試樣及相應(yīng)的測試結(jié)果見表 1。

第（1）組選取了顏色、組織結(jié)構(gòu)、經(jīng)緯密相同的棉織物、普通滌綸織物和抗紫外線滌綸長絲織物進行測試。由試驗結(jié)果可見，棉織物的紫外線防護能力相對較差，滌綸織物的防護作用較棉好，抗紫外線滌綸長絲織物有優(yōu)異的防護效果，表明纖維的抗紫外線改性使織物的紫外線防護能力大大改善。

第（2）組選取了顏色、經(jīng)緯密相同的棉織物，測試了平紋、斜紋、緞紋三原組織織物的紫外線防護能力。結(jié)果顯示，緞紋織物效果較斜紋織物稍好，而斜紋織物較平紋織物稍好。

第（3）組對顏色影響的比較，是取與#1試樣和#4試樣（均是白色平紋棉織物）相同的試樣進行了黑色的染浴染色加工，測試其防護效果，再與原#1試樣和#4試樣作比較。#7試樣與#1試樣的比較、#8試樣與#4試樣的比較均顯示，染色試樣大大提高了試樣的紫外線防護能力。endprint

第（4）組對后整理影響的比較，是取與#1試樣和#4試樣相同的試樣，采用納米ZnO進行抗紫外線整理后，測試其防護效果，再與原#1試樣和#4試樣作比較。#9試樣與#1試樣的比較、#10試樣與#4試樣的比較均顯示，經(jīng)抗紫外線整理的試樣大大提高了試樣的紫外線防護能力。

4 結(jié)論

纖維原料、紗線結(jié)構(gòu)、織物結(jié)構(gòu)參數(shù)（厚度、緊密程度、組織結(jié)構(gòu)）、顏色、后整理以及樣品預(yù)處理狀態(tài)（濕態(tài)、水洗、摩擦、拉伸）等因素均不同程度影響紡織品的抗紫外線性能，在進行抗紫外線紡織品設(shè)計時，要綜合考慮各種影響因素，在降低成本的同時保證產(chǎn)品良好服用性能與抗紫外線效果。一般來說，普通織物達不到非常優(yōu)異的防護效果，而目前生產(chǎn)大多所采用的抗紫外線屏蔽劑和整理劑處理方法，其服用性能又滿足不了要求。因此，開發(fā)服用性能好、抗紫外線效果佳的紡織品是發(fā)展的趨勢。利用納米技術(shù)進行紡織品抗紫外線纖維與織物的開發(fā)是重要的途徑。目前，國內(nèi)外對于紡織品抗紫外線性能的測試評定尚無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)做法，不同研究開發(fā)人員對不同因素影響效果的探究往往有所差異，因此，如何開展科學(xué)的定性定量分析研究以提高各種產(chǎn)品的可比性，也是抗紫外線紡織品研究領(lǐng)域中的一個重要問題。

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[10] 徐靜.紡織品防紫外線影響因素及其檢測標(biāo)準(zhǔn)對比[J].上海紡織科技，2010，38（10）：17-19，61.endprint

第（4）組對后整理影響的比較，是取與#1試樣和#4試樣相同的試樣，采用納米ZnO進行抗紫外線整理后，測試其防護效果，再與原#1試樣和#4試樣作比較。#9試樣與#1試樣的比較、#10試樣與#4試樣的比較均顯示，經(jīng)抗紫外線整理的試樣大大提高了試樣的紫外線防護能力。

4 結(jié)論

纖維原料、紗線結(jié)構(gòu)、織物結(jié)構(gòu)參數(shù)（厚度、緊密程度、組織結(jié)構(gòu)）、顏色、后整理以及樣品預(yù)處理狀態(tài)（濕態(tài)、水洗、摩擦、拉伸）等因素均不同程度影響紡織品的抗紫外線性能，在進行抗紫外線紡織品設(shè)計時，要綜合考慮各種影響因素，在降低成本的同時保證產(chǎn)品良好服用性能與抗紫外線效果。一般來說，普通織物達不到非常優(yōu)異的防護效果，而目前生產(chǎn)大多所采用的抗紫外線屏蔽劑和整理劑處理方法，其服用性能又滿足不了要求。因此，開發(fā)服用性能好、抗紫外線效果佳的紡織品是發(fā)展的趨勢。利用納米技術(shù)進行紡織品抗紫外線纖維與織物的開發(fā)是重要的途徑。目前，國內(nèi)外對于紡織品抗紫外線性能的測試評定尚無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)做法，不同研究開發(fā)人員對不同因素影響效果的探究往往有所差異，因此，如何開展科學(xué)的定性定量分析研究以提高各種產(chǎn)品的可比性，也是抗紫外線紡織品研究領(lǐng)域中的一個重要問題。

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[10] 徐靜.紡織品防紫外線影響因素及其檢測標(biāo)準(zhǔn)對比[J].上海紡織科技，2010，38（10）：17-19，61.endprint

第（4）組對后整理影響的比較，是取與#1試樣和#4試樣相同的試樣，采用納米ZnO進行抗紫外線整理后，測試其防護效果，再與原#1試樣和#4試樣作比較。#9試樣與#1試樣的比較、#10試樣與#4試樣的比較均顯示，經(jīng)抗紫外線整理的試樣大大提高了試樣的紫外線防護能力。

4 結(jié)論

纖維原料、紗線結(jié)構(gòu)、織物結(jié)構(gòu)參數(shù)（厚度、緊密程度、組織結(jié)構(gòu)）、顏色、后整理以及樣品預(yù)處理狀態(tài)（濕態(tài)、水洗、摩擦、拉伸）等因素均不同程度影響紡織品的抗紫外線性能，在進行抗紫外線紡織品設(shè)計時，要綜合考慮各種影響因素，在降低成本的同時保證產(chǎn)品良好服用性能與抗紫外線效果。一般來說，普通織物達不到非常優(yōu)異的防護效果，而目前生產(chǎn)大多所采用的抗紫外線屏蔽劑和整理劑處理方法，其服用性能又滿足不了要求。因此，開發(fā)服用性能好、抗紫外線效果佳的紡織品是發(fā)展的趨勢。利用納米技術(shù)進行紡織品抗紫外線纖維與織物的開發(fā)是重要的途徑。目前，國內(nèi)外對于紡織品抗紫外線性能的測試評定尚無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)做法，不同研究開發(fā)人員對不同因素影響效果的探究往往有所差異，因此，如何開展科學(xué)的定性定量分析研究以提高各種產(chǎn)品的可比性，也是抗紫外線紡織品研究領(lǐng)域中的一個重要問題。

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[10] 徐靜.紡織品防紫外線影響因素及其檢測標(biāo)準(zhǔn)對比[J].上海紡織科技，2010，38（10）：17-19，61.endprint