纺织品的抗紫外线辐射性能的测试方法的比较

纺织品的抗紫外线辐射性能的测试方法的比较香港理工大学纺织制衣学院丁雪梅上海出入境检验检疫局吴雄英【摘要】本文介绍了纺织品紫外线防护系数(UPF)和紫外线透过率(T(UV-A)AV，T(UV-B)AV)，比较分析了不同国家有关纺织品抗紫外线性能的方法的异同点，为进一步开展纺织品抗紫外线性能的测试提供参考。【关键词】纺织品紫外线测试0.紫外线及对人体的影响太阳光线中的紫外线，过去很长时间以来，人们只知对人体是有益的，如可促进维生素D合成的作用，促进骨骼组织发育的作用；成长期的儿童多晒太阳，多在户外活动，有利于防止佝偻病，有益于身体健康，皮肤晒得又黑又红是健康的象征等等。但是，现代科学研究表明，紫外线对人体的有害影响要远大于它的有利作用。过多地遭受紫外线辐射是有害的。它主要影响眼睛和皮肤，引起急性角膜炎和结膜炎，慢性白内障等眼疾，诱发皮肤癌。在大气上部25-30公里处有臭氧层圈，可吸收来自太阳的过量的紫外线，保护地球上的一切生物和我们人类免受紫外线的侵害。然而近年来，由于人类生产和生活活动，大量地排放氟利昂之类的氯氟烃化合物，使地球环境和平流层臭氧都遭到日趋严重的破坏，南极、北极地区上空臭氧空洞的出现，地球的保护圈臭氧层变薄变稀，其后果就是使到达地面的紫外线辐射量增多。紫外线按照其辐射波长的不同，可以划分成紫外A(波长为315—400nm)、紫外B(波长为280—315)，以及紫外C(波长在280cm以下)三个波段。由于大气臭氧层对紫外A的吸收很少，所以紫外A可以到达地面，其辐射量的变化基本上同臭氧层的变化没有关系；而紫外C则同紫外A完全相反，它几乎完全被臭氧层所吸收，所以它基本上不到达地面；而紫外B的辐射量同臭氧层的变化有着密切的关系，对人类也有较大的影响。紫外线的分布及对人体的影响可归纳如表1。近年来，防紫外线织物也越来越多，一般采用在织物中增加紫外线整理剂，由防紫外线纤维加工织物等防止紫外线对人体的危害。各种防紫外线织物也开始在市场上销售。对于经加工的防紫外线织物，如何测试其紫外线透过率，目前国内和国际上有什么测试方法，其异同点如何，是人们一直关注的问题。本文就此作了些比较。表1紫外线及对人体的影响波段UVAUVBUVC315-400nm280-315nm100-280nm安全方面危险性较小比UVA更危险，可引起DNA破坏对皮肤和眼睛都很危险一般含义由于大气层的吸收，只有极少量的UVB可达地球由于大气层的吸收，只有极少量的UVA可达地球由于大气层的吸收，无UVC可达地球，实际生活中电弧光可产生UVC对人体影响UVA可穿透皮肤的真皮层，皮肤是通过色素和角质层来保护自己的UVB比UVA较浅的穿透到表皮，长期引起DNA损坏医学方面可导致皮肤的老化可导致过敏和慢性反应，引起皮肤红肿和灼伤1.纺织品抗紫外线辐射性能的测试方法和产品标准由于澳大利亚和新西兰受紫外线的辐射更为强烈，人们对紫外线辐射造成的危害更为关注。1990年和1993年，澳大利亚和新西兰提出了太阳镜［1］和防晒霜［2］的相关标准。1996年澳大利亚和新西兰推出织物抗紫外线测试标准AS/NZS4399［3］。我国在1997年制定了织物抗紫外线测试方法GB/T17032—1997［4］。美国和英国也相继于1998年提出了纺织品的紫外线透过率方法标准，即AATCC183—1998［5］、BS7914—1998［6］。1997年由德国的霍恩斯坦研究所(HohensteinInstitute)提出UV801标准(TheUV-Standard801)，以评估纺织品的抗紫外线性能，提供测试结果并给合格的纺织品挂有抗紫外线辐射标签。1999年英国制定了BS7949：1999［7］《儿童服装抗紫外线辐射性能的产品标准》，规定儿童的上衣、短裤和全身衣服的紫外线透过率不超过2.5%。我国有关抗紫外线纺织品的标准制定计划也已列入2000年的制标计划，2001年完成。表2澳大利亚、美国和英国对抗紫外线JZ产品的强制要求和程度国家澳大利亚美国英国强制程度对紫外辐射产品强制可选对儿童的服装制定方针标牌有无无法定的标签有无对儿童服装有2.测试结果表示方法2.1紫外线防护系数(UPF)和紫外线透过率(T(UV-A)AV，T(UV-B)AV)由AS/NZS4399：1996可知，紫外线防护系数UPF(UltravioletProtectionFactor)(又称紫外线遮挡系数)是表示织物防护紫外线的能力。它是紫外线对未防护的皮肤的平均辐射量与要经测试的织物遮挡后紫外线辐射量的比值。UPF的数值及防护等级见表3。表3UPF的数值及防护等级[3]UPF范围防护分类紫外线透过率%UPF等级15-24较好防护6.7-4.215，2025-39非常好的防护4.1-2.625，30，3540-50，50+非常非常好的防护≤2.540，45，50，50+UPF、T(UV-A)AV、T(UV-B)AV的计算如式(1)～(4)。其中ZK()E：形成红斑的紫外线光谱能量(CIEJ.6：17—22，1987)S：太阳光谱辐射能(W.M-2.nm-1)T：波长为λ时的紫外线透过率△λ：紫外线光波长度间距(nm)λ：紫外线光波波长(nm)N：样品数量。T(UV-A)AV：UV-A波段的紫外线透过率T(UV-B)AV：UV-B波段的紫外线透过率2.2测试原理2.2.1测试原理图AS/NZS4399、AATCC183、BS7914测试原理简图如图1。图1测试装置原理简图TS)紫外线辐射源为测试提供充足且稳定的紫外线辐射能量。单色仪将辐射源的紫外线辐射能量色散，以便进行光谱测量。积分球可计算出由样品出射的所有方向(直射和漫射)的光谱辐射通量。探测器为光电倍增管组成，将信号经放大和处理后，输入计算机，进行信号的最后处理。不同国家测试方法的比较见表4。2.2.2影响纺织品紫外线透过率的因素［8］紫外线的透过率取决于许多因素，比如组织结构、覆盖系数、颜色，在工艺加工中的化学添加剂和样品的处理等：1)织物的组织和结构：越密的机织或针织物紫外线的通过量越小。同一织物组织，紫外线防护性能随这织物的厚度和质量的增加而增加，基本上取决于织物的覆盖系数。2)织物纤维的种类：不同的材料有不同的紫外线吸收性能。棉和粘胶织物紫外线的透过率均高。漂白的棉织物具有较大透过率。毛织物、丝织物具有较高的紫外线的吸收能力。涤纶，由于有芳香环结构，具有较高的紫外线吸收能力。具有消光剂的材料，较容易吸收紫外线。尼龙纤维相当容易通过紫外线的辐射。3)织物的颜色及颜色的深浅：许多染料均吸收紫外线。一般来说，深颜色的具有较好的防护性能。黑色和深蓝色具有较低的紫外线穿透率。4)后整理：经抗紫外处理的织物，反复洗涤后会影响它的抗紫外性能。未经紫外整理的服装，经缩水后会改善它的抗紫外性能5)含湿量：湿衣物较干的衣物具有较低的紫外线透过率。3.结论对四个不同测试方法的比较可以看出：1)测试原理基本相同。紫外线的波长分为UV-A、UV-B和UV-C三个波段，其中UV-A和UV-B对人体的影响最大。GB/T17032为UV-B波段(主峰波长297nm)的透过率；AS/NZS4399、AATCC183、BS7914为UV-A和UV-B两个波段的UFF值或透过率。表4不同国家测试方法的比较标准项目GB/T17032-1997AS/NZS4399∶1996AATCC183∶1998BS7914∶1998范围本标准确定纺织品的紫外线透过率，适用于各类织物该标准用于确定紧贴于皮肤和防护纺织品、服装和其它防护用品(如帽子)的紫外线透射率，也提出了对抗紫外线辐射标签的要求，不包括防晒霜、建筑及遮阳用篷布、太阳镜、伞等；也不用于非太阳光紫外线辐射源该标准用于测试织物阻隔或透过紫外线的能力，该方法也可用于测试湿的和/或可伸长的织物，但不是本标准的内容该标准用于测试紧贴于皮肤的织物的可造成皮肤的灼伤的紫外线透过率，不包括抗紫外线产品的设计、防晒霜、太阳镜遮阳棚布和伞用织物样品规格及数量尺寸和大小满足仪器的要求，可不剪裁，或剪裁后大于20mm至少四块样品，为保证样品的代表性，距边部5cm的样品不要；样品干燥、不扭曲至少测试50×50mm或Φ50mm的样品2块样品干燥、不扭曲，每次测量量与上一次相交45°，每样测试3次对于均匀的样品，每样至少测试4次，对于非均匀样品，对每一种颜色和组织测试2次样品测试数量10464测试条件三级大气测试需在20±5℃，50±20%相对湿度的测试环境下进行，样品不需预调湿预处理每一个样品在21±1℃，65±2%下至少4小时预处理每一个样品在20±2℃，65±2%下至少16小时样品的选择避开边缘10cm以上如果样品不均匀，需要较多的取样(如不同颜色、印花和纤维含量)①如果一件衣服有多种颜色，测试不同颜色，报告最低的测试值；②如果一件衣服有不同的组织，取最小的覆盖系数的部位(如最敞开的结构)；③有衬里的衣服，衬里与面料一起测试测试每一个可能的颜色或结构(面积尽可能覆盖中孔径)，取最高的UV透过率测试每一个颜色和组织，报告最高的穿透值测试被长间隔5nm2nm5nmUVRλ范围280-315nm290～400nm280～400nm*290～400nm结果透过率T，变异系数平均UPF值，平均的UVAAV和UVBAV，标准偏差，UPF的级数平均UPF，T(UV-A)AV，T(UV-B)AV最高的P值(UPF的倒数)注：*虽然是从280nm开始，在280～290nm范围内，没有或很少紫外线透过织物。2)四个方法对测试的温、湿度环境要求有差异，其差异对结果的影响程度有待进一步研究。测试样品要求为干燥、不扭曲，且未与皮肤紧密接触的织物。3)AS/NZS4399、AATCC183、BS7914对试样测试时应视颜色、组织等因素发表测试。GB/T17032适合于任何织物。4)GB/T17032和BS7914测试结果为紫外线透过率：AS/NZS4399和AATCC183测得平均UPF值及T(UV-A)AV，T(UV-B)AV。5)织物的紫外线透过率与织物的组织、结构、纤维种类和颜色等因素有关。参考文献：1.AS1067：1190，Sunglassandfashionspectacles,PublishesbyStandardsAustralian2.AS/NZS2604：1993，Sunscreenproducts--Evaluationandclassification,PublishesjointlybyStandardsAustralianandStandardsNewZealand3.AS/NZS4399：1996，SunProtectiveClothing--Evaluationanddlassification,PublishesjointlybyStandardsAustralianandStandardsNewZealand4.GB/T17032-1997，纺织品织物紫外线透过率的试验方法，中国标准出版社，1998.55.AATCC183：1998，TransmittanceofBlockingofErythemallyWeigedUltravioeletRadiationthoughFaBrivs,AATCCTechnicalManual/19986.BS7914:1998,MethodofTestforPenetrationofErythemallyWeighitedSolarUltravioletRadiationthoughClothingFabrics,BritishStandardInstitute7.BS7949：1999，Children'sClothing----RequirementsforProtectionagainstErythemallyWeigedSolarUltravioletRadiation8.HoestMallandUrsNef,Fabricsthatprotecttheweareragainstsolarradiation,Technica