摘要：本文在對耐光試驗參數(shù)，包括測試光源、儀器內(nèi)溫度、濕度的理解基礎(chǔ)上，探討了這些參數(shù)的控制及選擇對耐光試驗精準性的影響，并據(jù)此提出了耐光試驗過程中的注意事項，此問題的提出有利于增強耐光試驗結(jié)果的精準性和復現(xiàn)性。

關(guān)鍵詞：紡織品；耐光色牢度；氙弧；光譜；輻照量

1引言

耐光色牢度是指材料上顏色的特性在陽光或日光燈照射下而變色的程度。它既可用來評價所有類型的紡織品，又適合用于紡織品的著色體，整理和加工化學品等。隨著國際貿(mào)易的快速發(fā)展和我國紡織服裝出口量的持續(xù)增加，國際配額的取消，一些歐美國家為了自身的利益，利用技術(shù)壁壘對國外進口的物質(zhì)進行設(shè)限，很多產(chǎn)品因其耐光牢度達不到合同要求而被客戶退貨從而造成了巨大的損失[1]。這其中相當一部分是由出口商或檢驗機構(gòu)在運用和理解檢驗標準上的差別造成的，因此對耐光色牢度檢測標準的充分理解就變得越來越重要了，它直接影響檢驗結(jié)果在其他檢驗機構(gòu)檢測結(jié)果的復現(xiàn)性。

經(jīng)過長期的研究發(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：纖維上染料對光化學作用的敏感性；染料發(fā)生褪色反應(yīng)的化學本質(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、相對濕度、大氣污染物以及光照強度和光譜的能量分布。對于內(nèi)因，與測試方法本身關(guān)系不大，但對于外因的控制水平，則直接影響檢驗結(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試的精確性，本文對影響紡織品耐光色牢度的各項因素進行分析說明。

2耐光試驗參數(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致紡織品化學性能發(fā)生變化，尤其是紫外線部分，其波長短，能量較高，對紡織品及其表面上染料的光牢度影響尤為厲害，因此光波的波長和頻率對紡織品纖維發(fā)生光化學反應(yīng)有著重大的影響，進而對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光，其產(chǎn)生的紫外線、可見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)的光譜過濾系統(tǒng)?？傮w看來，氙弧光燈發(fā)出的光譜照射到試樣表面時要考慮的因素主要有以下兩個方面：濾光系統(tǒng)和光源的穩(wěn)定性。

2.1.1濾光系統(tǒng)

目前市場上的耐光、氣候色牢度儀的型號各種各樣，但大多數(shù)采用的氙弧燈是全光譜氙燈，因此，氙弧燈產(chǎn)生的光譜必須過濾掉不需要的光譜。而采用合適的濾光器的依據(jù)是被測試材料和材料的最終使用條件，不同的光譜過濾器過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的老化速度和類型，如模擬戶內(nèi)暴露的試驗（即被設(shè)計用來測試耐室內(nèi)光穩(wěn)定性）時，則采用玻璃窗過濾器以獲得與透過玻璃的太陽光光譜相似的光譜；模擬用于汽車標準的需要短波長紫外光的汽車檢測方法時[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光下的穩(wěn)定性）時，采用日光過濾器。耐光試驗中的濾光系統(tǒng)以ISO105B02為例，如采用空冷式氙弧燈[4-5]，其對過濾器的濾光片要求是：使氙弧燈光譜到達試樣和藍色羊毛標樣的表面時光譜波長在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標準中所規(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，因此輻照量的檢測與控制尤為重要。在使用氙弧燈作為測試光源時，雖然選擇了合適的氙弧燈管和光譜過濾器，也只能說明測試的光源有了一定的保障。因為氙弧燃燒器或過濾片的老化會導致光源的變化，污垢和殘渣在燃燒器外殼上的積聚也會引起光源光譜的變化，從而使氙弧燈發(fā)出的光譜到達試樣表面時產(chǎn)生一定程度的光譜漂移。

在現(xiàn)行標準中，對光照強度和總輻射量的控制基于大都采用點或某一波段的控制。譬如：ISO105B02、GB/T8427和AATCC16[6-7]等標準規(guī)定為水冷式是在波長為420nm處的控制點的輻射量為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（段）以外時，即使在控制點的輻射量控制得再準確，也可能導致老化速度和類型發(fā)生大的變化而導致較大的誤差。

2.2耐光試驗儀器內(nèi)溫度的控制

由于溫度的變化勢必會引起試樣的應(yīng)力等變化和材料或染料的次化學反應(yīng)，因此，紡織品光牢度測試不是簡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，在進行耐光試驗時，溫度的控制是一個主要因素。

2.2.1標準金屬板對耐光試驗溫度控制的影響

在進行耐光試驗時，由于直接測量實際試樣既昂貴又有一定的技術(shù)難度，而且容易出現(xiàn)測量錯誤，所以人們通過測量標準金屬板的溫度來得到試樣表面溫度。目前有三種標準金屬板可使用，一種是被歐洲國家及國際標準廣泛采用的安裝于絕緣塑料板上的黑板，它亦被稱為黑色標準溫度計（BST）；另一種是美國材料試驗協(xié)會所采用的不絕緣黑板（BPT）；還有一種極少使用的標準白板溫度計（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試中產(chǎn)生的大部分輻射能，其溫度是由熱電阻測定的，該熱電阻具有良好的導熱性，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，光線到達試樣的反射率小于5%。該溫度計可提供在自然光或人造光下曝曬的最大溫度估計值。

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，用來控制人工天氣的溫度探測裝置。其中由溫度計或熱電偶測定的溫度面積不小于45mm×100mm，且溫度計或熱電偶的感應(yīng)部分位于該金屬板的中心并與其有良好的接觸。該溫度計可提供在自然光或人造光下曝曬的最大溫度估計值，并為樣品曝曬于輻射能下提供一個最高溫度的約值；黑色涂層是用來吸收耐光色牢度測試中產(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和對流消耗的熱量。在試驗時，黑板溫度計測試溫度是通過安裝在樣品架上，其正面與試樣接受同等曝曬的黑板溫度計測量和調(diào)節(jié)的。

一般來說，用BPT測得的溫度要比用BST測得的溫度低5℃～10℃，因此，它們不能交換使用。如AATCCTM16[7]中標準黑色溫度計一般用于氙弧燈，連續(xù)照明，程序5和其他一些歐洲測試程序，而一些ISO標準注明用“標準黑色溫度計”的兩種不同儀器在同樣的條件下測量的結(jié)果通常是不一樣的。

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

2.2.2檢測儀箱內(nèi)溫度對耐光試驗溫度的控制

檢測儀箱內(nèi)氣體的溫度對于相對溫度的控制也十分重要，因為箱內(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，尤其對箱內(nèi)相對濕度的影響很大，從而使因試樣耐光色牢度試驗條件的變化而引起測試結(jié)果的不準確。

2.3耐光試驗儀器內(nèi)濕度的控制

紡織品在日常生活中的使用過程中，尤其是一些室外用品會產(chǎn)生褪色，試樣的褪色過程除了包括染料的光熱分解和升華等物理和化學變化過程外，還包括了濕度引起的各種物理和化學變化。水在各種紡織品的色牢度測試中常扮演著一個重要的角色，它會直接引起材料的物理和化學變化。當濕度加大時，絕大部分染料的水溶性加強，分解速度也會加快，因此，必須對儀器內(nèi)的濕度進行很好的控制。尤其在做耐氣候色牢度試驗時，可能會牽涉到模擬淋雨的測試，因此對濕度的控制就成了一個極其重要的參數(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試結(jié)果，所以曝曬時應(yīng)注意試樣表面的溫度。另外，某些試驗為了模擬雨水對戶外產(chǎn)品的熱沖擊和應(yīng)力腐蝕，濕度也會影響試樣發(fā)生老化的速度和類型[2-6]。

對于耐光色牢度儀相對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)該做的是通過將藍色羊毛標樣與濕度控制標樣一起裝在硬卡上，并盡可能使之置于試樣夾中部，同時進行曝曬，直至濕度控制標樣上曝曬和未曝曬部分間的色差達到變色樣卡4級，此時用藍色羊毛標樣評定濕度控制標樣與哪一級藍色羊毛標樣的色變一致，如，在歐洲曝曬條件條件下，濕度控制標樣曝曬與非曝曬部分間的色差應(yīng)與5級藍色羊毛標樣的色差一致。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耐光試驗曝曬終點的控制

從理論上講，任何有色紡織品經(jīng)過足夠長時間的曝曬后，其顏色均會褪盡，因此，這就涉及到試驗終點的判定問題。而目前判定試驗終點的通行做法大約有三種：①能量累積法；②標準物質(zhì)對比法：③定時法。至于具體采用哪種方法作為試驗結(jié)束依據(jù)，則應(yīng)視標準的具體規(guī)定來采用。因為不同的標準可能有不同的規(guī)定。

2.4.1能量累積法判斷耐光試驗終點

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

2.4.2標準物質(zhì)對比法判斷耐光試驗終點

采用將藍色羊毛標準物質(zhì)與試樣一同曝曬并通過檢查藍色羊毛的褪色程度來確定試驗的曝曬終點，縱觀ISO105B02、105B04、AATCCTM16D、JISI0843、ASTMG23、ASTMG26等標準都是采用此種方法判斷耐光試驗終點。

2.4.3定時法判斷耐光試驗終點

定時法判斷耐光試驗終點是指在規(guī)定的溫度、濕度和光譜條件下，曝曬規(guī)定的時間后終止曝曬的一種試驗方法，其中試驗時間是指有標準或客戶約定的曝曬時間。當儀器所提供的試驗條件是精確且可控制時，可按時間的長度來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）光源控制過程中，既要保證光控系統(tǒng)可以連續(xù)地、自動而又精確地控制監(jiān)控點的輻照度，又要做到適時地更換燈管和濾光系統(tǒng)。

（2）對于試驗溫度的控制，應(yīng)該定期檢查儀器的溫度測試系統(tǒng)以及濕度補償系統(tǒng)，確保其靈敏、快捷，從而不會導致太大耐光色牢度結(jié)果誤差。

（3）對于濕度控制，試驗前要檢查設(shè)備是否處于良好的運轉(zhuǎn)狀態(tài)，氙燈是否潔凈，并且調(diào)節(jié)濕度所需標樣要嚴格符合要求；另外每天檢查，必要時重新調(diào)節(jié)濕度控制器，以保證濕度的準確。

（4）能量累積法判斷耐光終點需要儀器具備靈敏的輻射計，而標準物比對法則需要試驗操作人員了解藍色羊毛標準的種類及所屬的標準體系，并了解同一標準體系下不同級別的藍色羊毛標準之間的關(guān)系。