輻照度對材料耐光色牢度的影響

(無錫出入境檢驗檢疫局，無錫，214101)

近年來，隨著汽車工業的迅猛發展和人們對汽車乘坐環境要求的不斷提高，紡織品在汽車內飾、隔聲、降噪等方面的獨特優勢正在發揮著愈來愈重要的作用。據統計，全世界用于汽車內飾的紡織品量已高達3.7億m2/a，汽車已成為人們日常生活中經常接觸的代步工具［1］。為此，對汽車內飾材料除要求其具備如上優異性能外，對其在材料力學性能、物理功能性性能及化學性能(甲醛、VOC)等諸多方面也有著嚴格的要求。

事實上，對于汽車用紡織品以及塑料、橡膠等復合內飾材料的檢測通常是在人工模擬材料的實際使用環境中進行的。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項目之一。在實際檢測過程中，檢測時間一般都較長，通常高達300～400 h;尤為值得注意的是，部分汽車企業標準要求的輻照度公差較大，如在以300～400 nm為控制點監測輻照度時，公差可達到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部和外部兩個方面。內因主要包括纖維上染料對光化學作用的敏感性、染料發生褪色反應的化學本質、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本質等;而外因則主要表現為環境影響因素，如溫度、相對濕度、大氣污染物以及光照強度和光譜的能量分布等［2］。在具體的試驗操作中，外因的控制水平直接影響到檢測結果的精確性。長期以來，各家汽車企業的標準在測試過程中對測試參數的控制不盡相同，如汽車內飾材料的耐人工氣候老化(氙燈)試驗，多是以輻照量為終止點的日曬要求，造成試驗時間長、標準規定輻照度范圍寬等缺點，從而對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參數不變的情況下，輻照度變化對紡織品耐光色牢度的影響，旨在通過研究汽車用紡織品耐光色牢度與輻照度的關系，為企業在紡織品耐光質量控制過程中節省試驗時間，提高測試效率，并對檢測機構提高材料檢測結果的準確性提供一定的參考和指導。

1 試驗部分

1.1 試驗標準及標準樣品

選用 AATCC TM 16—2004 Colorfastness to Light標準進行紡織品耐光色牢度測定，并選取該標準中規定的標準物質藍色羊毛布L4作為標準樣品［3］。

1.2 紡織品耐光色牢度的測定

使用水冷式氙燈老化日曬牢度儀，配備Ci 4000水冷式氙弧燈。試驗過程中按照標準中的程序3進行操作，黑板溫度(BPT)為63℃，試驗倉內溫度為43℃，相對濕度為30%。選用的濾光系統為BORO內濾光片/SODA外濾光片。

2 結果與討論

2.1 耐光色牢度的測定方法

在現行諸多檢測標準中，試驗過程對輻照度和總輻射量的控制大多基于對采用點或某一波段的控制。如AATCC TM 16—2004、ISO 105 B02:1994以及GB/T 8427—2008等標準，均規定為水冷式在波長為 420nm處控制點的輻射量為1.1 W/m2［4-5］。

本文采用AATCC TM 16—2004標準中的程序3，研究在連續氙燈暴露中輻照度對織物耐光色牢度的影響。因為實際樣品在室外暴露中不會產生熱降解，而紅外線會引起測試樣品表面產生熱降解，所以要將氙弧光模擬成透過窗玻璃的日光，必須用過濾器除去波長短的紫外輻射和紅外輻射。本文所選用的濾光系統中氙弧過濾光輻射控制光能的分布如圖1所示［6］。

圖1 氙弧過濾光輻射光能分布圖

由于AATCC TM 16—2004標準所規定的標準控制布為AATCC歸類的染色羊毛織品，藍色羊毛布所用染料及其制備方法有統一規定，具有耐褪色穩定性高、不易變質等優點。因此本文選用該標準中規定的標準控制布(藍色羊毛布L4)作為測試樣品，試驗終止點為85 kJ，即20個褪色單位(AFU)。測色儀采用D65光源，按標準程序3暴曬85 kJ輻照量后，顏色變化在(1.7±0.3)CIELAB單位范圍內，可準確判定樣品的耐光色牢度。測試結果:在輻照度(420 nm)為1.1 W/(m2·nm)，試驗時間為21.5 h，CIELAB(ΔE)為 1.68。

試驗過程中需要監控燈管及濾光系統的使用時間。因為燈管的光強度會隨著使用時間的增加而逐漸降低。當該燈管通過自動控制無法達到規定的輻照度時，應該丟棄，以免得到錯誤的試驗結果。而濾光片在經過長時間使用后，由于燈管冷卻水的沖洗及水質等因素的影響，濾光片表層的涂層會受到一定程度的損害，使濾光效果大幅度下降，難以除去波長短的紫外及紅外輻射，從而導致試驗結果產生偏差。一般來說，硼硅內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。以上這些均是在實際試驗過程中需要注意的事項。

2.2 輻照度對耐光色牢度的影響

按照AATCC TM 16—2004標準中程序3的連續氙燈暴露要求，調變波長420 nm處控制點的輻照度，測得輻照度變化對標準樣品耐光色牢度及試驗時間的影響。測試結果見表1。

表1 輻照度變化對標準樣品耐光色牢度及試驗時間的影響

由表1可以明顯看出，當試驗過程中保持輻照量(85 kJ)相同時，輻照度越高則試驗時間越短，輻照度越低則試驗時間越長。輻照量為輻照度與時間的乘積，時間以秒為單位。當保持其他輻照條件不變，輻照度為0.95～1.27 W/(m2·nm)(420 nm)時，CIELAB的值依然在(1.7±0.3)CIELAB單位范圍內，表明在此范圍內輻照度對試驗結果的影響在有效控制范圍內。但是當輻照度變化超出1.0～1.2 W/(m2·nm)(420 nm)范圍時，盡管總輻照量保持不變，但是光譜發生了漂移，從而造成輻照結果產生偏差。由此可知，盡管在試驗過程中增加輻照度可在一定程度上縮短試驗時間，但是在試驗時不可以隨意增加或降低輻照度，否則會造成試驗結果發生偏離。為解決這一問題，可在試驗過程中配置標準物質以驗證結果的準確性。

3 結語

(1)在進行汽車內飾材料的耐人工氣候老化(氙燈)試驗時，適當增加輻照度可縮短試驗時間，從而提高試驗效率。

(2)在試驗過程中，輻照度變化范圍較大時，需配置標準物質(如紡織品檢測用AATCC藍色羊毛布或其他標準規定的標準物質)進行結果驗證控制，以確保耐人工氣候老化(氙燈)試驗結果的準確性。

［1］ 淡聯絨，潘鵬.我國汽車用紡織品發展淺析［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參數的控制與選擇［J］.中國纖檢，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紡織品色牢度試驗第B02部分:耐人造光色牢度:氙弧［S］.1994-09-15.

［5］ 國家紡織制品質量監督檢驗中心.GB/T 8427—2008紡織品 色牢度試驗 耐人造光色牢度:氙弧［S］.北京:中國標準出版社，2008.

［6］ 化學工業部合成材料研究院.GB/T 16422.2—1999塑料實驗室光源暴露試驗方法 第2部分:氙弧燈［S］.北京:中國標準出版社，1999.