摘要：本文在對(duì)耐光試驗(yàn)參數(shù)，包括測(cè)試光源、儀器內(nèi)溫度、濕度的理解基礎(chǔ)上，探討了這些參數(shù)的控制及選擇對(duì)耐光試驗(yàn)精準(zhǔn)性的影響，并據(jù)此提出了耐光試驗(yàn)過(guò)程中的注意事項(xiàng)，此問(wèn)題的提出有利于增強(qiáng)耐光試驗(yàn)結(jié)果的精準(zhǔn)性和復(fù)現(xiàn)性。

關(guān)鍵詞：紡織品；耐光色牢度；氙?。还庾V；輻照量

1引言

耐光色牢度是指材料上顏色的特性在陽(yáng)光或日光燈照射下而變色的程度。它既可用來(lái)評(píng)價(jià)所有類型的紡織品，又適合用于紡織品的著色體，整理和加工化學(xué)品等。隨著國(guó)際貿(mào)易的快速發(fā)展和我國(guó)紡織服裝出口量的持續(xù)增加，國(guó)際配額的取消，一些歐美國(guó)家為了自身的利益，利用技術(shù)壁壘對(duì)國(guó)外進(jìn)口的物質(zhì)進(jìn)行設(shè)限，很多產(chǎn)品因其耐光牢度達(dá)不到合同要求而被客戶退貨從而造成了巨大的損失[1]。這其中相當(dāng)一部分是由出口商或檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)在運(yùn)用和理解檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)上的差別造成的，因此對(duì)耐光色牢度檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的充分理解就變得越來(lái)越重要了，它直接影響檢驗(yàn)結(jié)果在其他檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)檢測(cè)結(jié)果的復(fù)現(xiàn)性。

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的研究發(fā)現(xiàn)，影響紡織品光牢度的因素包括內(nèi)因與外因。內(nèi)因主要有：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)，如氧化性或還原性；染料在纖維中的連接程度或者聚集程度；纖維的滲濾特性；纖維的化學(xué)本質(zhì)。外因主要有：紡織品上的污染物、減光澤劑、抗紫外線穩(wěn)定劑和后處理；環(huán)境因素，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。對(duì)于內(nèi)因，與測(cè)試方法本身關(guān)系不大，但對(duì)于外因的控制水平，則直接影響檢驗(yàn)結(jié)果的精確性，這些外因主要有溫度、濕度和光照等因素。

為了探究耐光色牢度測(cè)試的精確性，本文對(duì)影響紡織品耐光色牢度的各項(xiàng)因素進(jìn)行分析說(shuō)明。

2耐光試驗(yàn)參數(shù)的控制和選擇

2.1耐光色牢度光源的選擇

光源種類繁多，并且各種波段的射線都有可能導(dǎo)致紡織品化學(xué)性能發(fā)生變化，尤其是紫外線部分，其波長(zhǎng)短，能量較高，對(duì)紡織品及其表面上染料的光牢度影響尤為厲害，因此光波的波長(zhǎng)和頻率對(duì)紡織品纖維發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)有著重大的影響，進(jìn)而對(duì)其耐光色牢度有極大的影響。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，利用氙氣放電所發(fā)出的光的光譜功率分布曲線接近于太陽(yáng)光，其產(chǎn)生的紫外線、可見(jiàn)光和紅外線部分是目前最接近日光的人造光源，因此，耐光試驗(yàn)中選擇氙弧燈。此外，為了模擬紡織品或其他產(chǎn)品在各種不同使用條件下的光譜能量分布，還需要根據(jù)具體情況選擇相應(yīng)的光譜過(guò)濾系統(tǒng)。總體看來(lái)，氙弧光燈發(fā)出的光譜照射到試樣表面時(shí)要考慮的因素主要有以下兩個(gè)方面：濾光系統(tǒng)和光源的穩(wěn)定性。

2.1.1濾光系統(tǒng)

目前市場(chǎng)上的耐光、氣候色牢度儀的型號(hào)各種各樣，但大多數(shù)采用的氙弧燈是全光譜氙燈，因此，氙弧燈產(chǎn)生的光譜必須過(guò)濾掉不需要的光譜。而采用合適的濾光器的依據(jù)是被測(cè)試材料和材料的最終使用條件，不同的光譜過(guò)濾器過(guò)濾后的光譜中紫外線短波段的量不同。這些在很大程度上影響了試驗(yàn)的老化速度和類型，如模擬戶內(nèi)暴露的試驗(yàn)（即被設(shè)計(jì)用來(lái)測(cè)試耐室內(nèi)光穩(wěn)定性）時(shí)，則采用玻璃窗過(guò)濾器以獲得與透過(guò)玻璃的太陽(yáng)光光譜相似的光譜；模擬用于汽車標(biāo)準(zhǔn)的需要短波長(zhǎng)紫外光的汽車檢測(cè)方法時(shí)[2-3]，則采用Q/B濾波器；模擬戶外的老化情況（即為了在模擬正午的直射陽(yáng)光下的穩(wěn)定性）時(shí)，采用日光過(guò)濾器。耐光試驗(yàn)中的濾光系統(tǒng)以ISO105B02為例，如采用空冷式氙弧燈[4-5]，其對(duì)過(guò)濾器的濾光片要求是：使氙弧燈光譜到達(dá)試樣和藍(lán)色羊毛標(biāo)樣的表面時(shí)光譜波長(zhǎng)在380nm～750nm之間的光波至少為90%，而在310nm～320nm之間的光波應(yīng)降為0，而對(duì)濾熱片的要求是使氙弧光譜中的多余紅外輻射被消除到試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的溫度。

2.1.2光源輻照度及穩(wěn)定性的控制

被測(cè)試材料所受光輻照量的大小直接影響其染料的分解速度，從而影響到耐光色牢度，因此輻照量的檢測(cè)與控制尤為重要。在使用氙弧燈作為測(cè)試光源時(shí)，雖然選擇了合適的氙弧燈管和光譜過(guò)濾器，也只能說(shuō)明測(cè)試的光源有了一定的保障。因?yàn)殡∪紵骰蜻^(guò)濾片的老化會(huì)導(dǎo)致光源的變化，污垢和殘?jiān)谌紵魍鈿ど系姆e聚也會(huì)引起光源光譜的變化，從而使氙弧燈發(fā)出的光譜到達(dá)試樣表面時(shí)產(chǎn)生一定程度的光譜漂移。

在現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)光照強(qiáng)度和總輻射量的控制基于大都采用點(diǎn)或某一波段的控制。譬如：ISO105B02、GB/T8427和AATCC16[6-7]等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為水冷式是在波長(zhǎng)為420nm處的控制點(diǎn)的輻射量為1.10W/m2，而空冷式是在300nm～420nm段的控制范圍的輻射量為42W/m2[8-9]。若氙弧燈的光譜漂移發(fā)生在控制點(diǎn)（段）以外時(shí)，即使在控制點(diǎn)的輻射量控制得再準(zhǔn)確，也可能導(dǎo)致老化速度和類型發(fā)生大的變化而導(dǎo)致較大的誤差。

2.2耐光試驗(yàn)儀器內(nèi)溫度的控制

由于溫度的變化勢(shì)必會(huì)引起試樣的應(yīng)力等變化和材料或染料的次化學(xué)反應(yīng)，因此，紡織品光牢度測(cè)試不是簡(jiǎn)單地把紡織品放在某種光線下去觀察它的耐光性能的表現(xiàn)，而是還要把除輻射之外不可忽視的老化因素：試樣表面溫度、環(huán)境溫度與濕度等因素均考慮在內(nèi)。因此，在進(jìn)行耐光試驗(yàn)時(shí)，溫度的控制是一個(gè)主要因素。

2.2.1標(biāo)準(zhǔn)金屬板對(duì)耐光試驗(yàn)溫度控制的影響

在進(jìn)行耐光試驗(yàn)時(shí)，由于直接測(cè)量實(shí)際試樣既昂貴又有一定的技術(shù)難度，而且容易出現(xiàn)測(cè)量錯(cuò)誤，所以人們通過(guò)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)金屬板的溫度來(lái)得到試樣表面溫度。目前有三種標(biāo)準(zhǔn)金屬板可使用，一種是被歐洲國(guó)家及國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)廣泛采用的安裝于絕緣塑料板上的黑板，它亦被稱為黑色標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)（BST）；另一種是美國(guó)材料試驗(yàn)協(xié)會(huì)所采用的不絕緣黑板（BPT）；還有一種極少使用的標(biāo)準(zhǔn)白板溫度計(jì)（WST）。它們各自有著不同的熱感應(yīng)元件，反映的溫度都是物體的表面溫度。

BST是由一塊有黑色涂層的塑料板隔熱、大小為70mm×40mm、厚度為0.5mm的不銹鋼板組成，采用隔熱板吸收耐光色牢度測(cè)試中產(chǎn)生的大部分輻射能，其溫度是由熱電阻測(cè)定的，該熱電阻具有良好的導(dǎo)熱性，安裝在背面。金屬板固定在一塊塑料板上，以致其是隔熱的，金屬板面向光源的一面是黑色的，光線到達(dá)試樣的反射率小于5%。該溫度計(jì)可提供在自然光或人造光下曝曬的最大溫度估計(jì)值。

BPT是一種由不隔熱的、有黑色涂層的金屬板（大小至少為70mm×150mm）制成，用來(lái)控制人工天氣的溫度探測(cè)裝置。其中由溫度計(jì)或熱電偶測(cè)定的溫度面積不小于45mm×100mm，且溫度計(jì)或熱電偶的感應(yīng)部分位于該金屬板的中心并與其有良好的接觸。該溫度計(jì)可提供在自然光或人造光下曝曬的最大溫度估計(jì)值，并為樣品曝曬于輻射能下提供一個(gè)最高溫度的約值；黑色涂層是用來(lái)吸收耐光色牢度測(cè)試中產(chǎn)生的大部分輻射能。金屬板面向光源的一面是黑色的，光線到達(dá)試樣的反射率小于5%。BPT讀數(shù)表示所吸收的輻射能減去因傳導(dǎo)和對(duì)流消耗的熱量。在試驗(yàn)時(shí)，黑板溫度計(jì)測(cè)試溫度是通過(guò)安裝在樣品架上，其正面與試樣接受同等曝曬的黑板溫度計(jì)測(cè)量和調(diào)節(jié)的。

一般來(lái)說(shuō)，用BPT測(cè)得的溫度要比用BST測(cè)得的溫度低5℃～10℃，因此，它們不能交換使用。如AATCCTM16[7]中標(biāo)準(zhǔn)黑色溫度計(jì)一般用于氙弧燈，連續(xù)照明，程序5和其他一些歐洲測(cè)試程序，而一些ISO標(biāo)準(zhǔn)注明用“標(biāo)準(zhǔn)黑色溫度計(jì)”的兩種不同儀器在同樣的條件下測(cè)量的結(jié)果通常是不一樣的。

白色吸收熱量能力不如黑色強(qiáng)，因而其測(cè)定的值（WST）就不如標(biāo)準(zhǔn)黑色溫度計(jì)測(cè)定的值（BST）高。也就是說(shuō)，由于不同地區(qū)和國(guó)家采用不同的測(cè)試程序，要求采用的溫度設(shè)定值(如AATCC16的程序3和程序5)、溫度計(jì)和熱感應(yīng)元件種類也不同，因此，在試驗(yàn)的參數(shù)設(shè)定過(guò)程中，準(zhǔn)確地理解和運(yùn)用它們就顯得尤為重要了。

2.2.2檢測(cè)儀箱內(nèi)溫度對(duì)耐光試驗(yàn)溫度的控制

檢測(cè)儀箱內(nèi)氣體的溫度對(duì)于相對(duì)溫度的控制也十分重要，因?yàn)橄鋬?nèi)氣體的溫度直接影響試樣表面的溫度和箱內(nèi)氣體的濕度，尤其對(duì)箱內(nèi)相對(duì)濕度的影響很大，從而使因試樣耐光色牢度試驗(yàn)條件的變化而引起測(cè)試結(jié)果的不準(zhǔn)確。

2.3耐光試驗(yàn)儀器內(nèi)濕度的控制

紡織品在日常生活中的使用過(guò)程中，尤其是一些室外用品會(huì)產(chǎn)生褪色，試樣的褪色過(guò)程除了包括染料的光熱分解和升華等物理和化學(xué)變化過(guò)程外，還包括了濕度引起的各種物理和化學(xué)變化。水在各種紡織品的色牢度測(cè)試中常扮演著一個(gè)重要的角色，它會(huì)直接引起材料的物理和化學(xué)變化。當(dāng)濕度加大時(shí)，絕大部分染料的水溶性加強(qiáng)，分解速度也會(huì)加快，因此，必須對(duì)儀器內(nèi)的濕度進(jìn)行很好的控制。尤其在做耐氣候色牢度試驗(yàn)時(shí)，可能會(huì)牽涉到模擬淋雨的測(cè)試，因此對(duì)濕度的控制就成了一個(gè)極其重要的參數(shù)。試樣在吸收了光能后，試樣的表面溫度要比四周空氣的溫度要高一些，和它直接接觸的空氣的相對(duì)濕度相應(yīng)地也要低一些，因而也可能影響試樣的日曬牢度測(cè)試結(jié)果，所以曝曬時(shí)應(yīng)注意試樣表面的溫度。另外，某些試驗(yàn)為了模擬雨水對(duì)戶外產(chǎn)品的熱沖擊和應(yīng)力腐蝕，濕度也會(huì)影響試樣發(fā)生老化的速度和類型[2-6]。

對(duì)于耐光色牢度儀相對(duì)濕度的控制通常都是由濕度控制器精確控制的。因此，我們應(yīng)該做的是通過(guò)將藍(lán)色羊毛標(biāo)樣與濕度控制標(biāo)樣一起裝在硬卡上，并盡可能使之置于試樣夾中部，同時(shí)進(jìn)行曝曬，直至濕度控制標(biāo)樣上曝曬和未曝曬部分間的色差達(dá)到變色樣卡4級(jí)，此時(shí)用藍(lán)色羊毛標(biāo)樣評(píng)定濕度控制標(biāo)樣與哪一級(jí)藍(lán)色羊毛標(biāo)樣的色變一致，如，在歐洲曝曬條件條件下，濕度控制標(biāo)樣曝曬與非曝曬部分間的色差應(yīng)與5級(jí)藍(lán)色羊毛標(biāo)樣的色差一致。如不一致需重新調(diào)節(jié)控制器以保持規(guī)定的黑板溫度和濕度。

2.4耐光試驗(yàn)曝曬終點(diǎn)的控制

從理論上講，任何有色紡織品經(jīng)過(guò)足夠長(zhǎng)時(shí)間的曝曬后，其顏色均會(huì)褪盡，因此，這就涉及到試驗(yàn)終點(diǎn)的判定問(wèn)題。而目前判定試驗(yàn)終點(diǎn)的通行做法大約有三種：①能量累積法；②標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)對(duì)比法：③定時(shí)法。至于具體采用哪種方法作為試驗(yàn)結(jié)束依據(jù)，則應(yīng)視標(biāo)準(zhǔn)的具體規(guī)定來(lái)采用。因?yàn)椴煌臉?biāo)準(zhǔn)可能有不同的規(guī)定。

2.4.1能量累積法判斷耐光試驗(yàn)終點(diǎn)

能量累積法是通過(guò)監(jiān)控某一波長(zhǎng)處或某一波長(zhǎng)區(qū)間內(nèi)能量控制點(diǎn)的能量累積來(lái)控制，該方法要求所用設(shè)備裝有控制曝曬時(shí)間的定時(shí)裝置和光照檢測(cè)裝置，并且設(shè)備安裝了用于控制曝曬時(shí)間長(zhǎng)短的時(shí)間控制部件，其中有一些型號(hào)的設(shè)備安裝了輻射計(jì)（可測(cè)量波段為：300nm～400nm紫外光），該輻射計(jì)被設(shè)計(jì)為，只要達(dá)到設(shè)定的曝曬輻射能量就立即切斷設(shè)備，這種輻射計(jì)裝有寬帶波長(zhǎng)過(guò)濾片，限制只能測(cè)量紫外光譜范圍為300nm～400nm的區(qū)域，過(guò)濾輻射計(jì)能夠很好地結(jié)合時(shí)間以及輻射能量之間的關(guān)系。

2.4.2標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)對(duì)比法判斷耐光試驗(yàn)終點(diǎn)

采用將藍(lán)色羊毛標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)與試樣一同曝曬并通過(guò)檢查藍(lán)色羊毛的褪色程度來(lái)確定試驗(yàn)的曝曬終點(diǎn)，縱觀ISO105B02、105B04、AATCCTM16D、JISI0843、ASTMG23、ASTMG26等標(biāo)準(zhǔn)都是采用此種方法判斷耐光試驗(yàn)終點(diǎn)。

2.4.3定時(shí)法判斷耐光試驗(yàn)終點(diǎn)

定時(shí)法判斷耐光試驗(yàn)終點(diǎn)是指在規(guī)定的溫度、濕度和光譜條件下，曝曬規(guī)定的時(shí)間后終止曝曬的一種試驗(yàn)方法，其中試驗(yàn)時(shí)間是指有標(biāo)準(zhǔn)或客戶約定的曝曬時(shí)間。當(dāng)儀器所提供的試驗(yàn)條件是精確且可控制時(shí)，可按時(shí)間的長(zhǎng)度來(lái)考核被試物的耐光牢度，此法常與前法組合使用。

3結(jié)論

（1）光源控制過(guò)程中，既要保證光控系統(tǒng)可以連續(xù)地、自動(dòng)而又精確地控制監(jiān)控點(diǎn)的輻照度，又要做到適時(shí)地更換燈管和濾光系統(tǒng)。

（2）對(duì)于試驗(yàn)溫度的控制，應(yīng)該定期檢查儀器的溫度測(cè)試系統(tǒng)以及濕度補(bǔ)償系統(tǒng)，確保其靈敏、快捷，從而不會(huì)導(dǎo)致太大耐光色牢度結(jié)果誤差。

（3）對(duì)于濕度控制，試驗(yàn)前要檢查設(shè)備是否處于良好的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，氙燈是否潔凈，并且調(diào)節(jié)濕度所需標(biāo)樣要嚴(yán)格符合要求；另外每天檢查，必要時(shí)重新調(diào)節(jié)濕度控制器，以保證濕度的準(zhǔn)確。

（4）能量累積法判斷耐光終點(diǎn)需要儀器具備靈敏的輻射計(jì)，而標(biāo)準(zhǔn)物比對(duì)法則需要試驗(yàn)操作人員了解藍(lán)色羊毛標(biāo)準(zhǔn)的種類及所屬的標(biāo)準(zhǔn)體系，并了解同一標(biāo)準(zhǔn)體系下不同級(jí)別的藍(lán)色羊毛標(biāo)準(zhǔn)之間的關(guān)系。