耐光色牢度快速测试条件参数的研究
发表时间：2012-10-07 作者：周理杰/谢火胜/张玉莲/顾艳 发表评论
摘要：在保证设备正常运行的前提条件下，采用高于GB/T 8427-2008中推荐的1.1w/m2(420nm处)的辐照度进行试验，摸索出了与之匹配的参数条件。对按照此条件下测得的结果与正常条件下测得的结果进行比较后，发现两种不同条件的测试结果接近一致的百分数达98.4%，但试验时间却大大缩短。探索出了一组快速测试耐光色牢度的测试参数。
关键词：纺织品；色牢度；耐光；测试；辐照度；蓝色羊毛标样
随着经济全球化速度的加快，服装快时尚已经成为一种趋势，其产品从设计开发，再流转到消费者手中的时间已经大大缩短，在其它环节可压缩的空间已经不大，因此服装企业之间的竞争开始将目光聚焦到产品开发的短周期上。由于耐光色牢度测试是纺织品检测项目中耗时最长的项目，因此，缩短该项目测试周期就成为影响产品开发周期的关键因素之一。
采用GB/T 8427—2008或ISO 105 B02进行测试时，国内大多数检测机构基本上是采用其中的正常条件（温带）：即中等有效湿度、湿度控制标样为5级，最高黑标温度为50℃，辐照度按照标准中推荐的条件进行测试，即空冷式采用42 w/m2( 波长在300~400 nm)，或水冷式设备采用1.1 w/m2(波长在420 nm)[1-2]。譬如按照最低允许牢度为4级的要求曝晒，设备的最短曝晒时间也需要60多个小时，最长达到80多个小时，因此检验周期至少也要3天。然而，这仍然满足不了供货商对检测时间缩短的要求。
在理论上，纺织品产生褪色是由多个因素决定的，其中既有内因，也有外因。由于任何一个外因的变化都可能引起材料老化测试结果有差异，并且它们之间的共同作用大于其中任何一种因素造成的影响，因此，任何测试参数变更均可能影响测试结果。然而，采用国际标准ISO 105 B02和国家标准GB/T 8427中规定的欧洲条件时，标准只提供了几种模糊的条件以供选择，并没有指定某一具体测试条件，因此，也有必要研究一下测试条件的改变对测得的结果影响有究竟有多大。
在一次实验室间的测试能力比对中，我们发现很多检测机构之间的曝晒条件参数不一致，甚至相差较大，但检测结果却一致。其中有一家检测机构采用了高辐照量的测试方法进行测试，其测得的结果却与大部分机构的结果一致，且样品的色相变化也比较接近，但试验却时间大大缩短。为此，本文将就这一方面进行测试比较和研究。
1、试验
1.1 主要设备和材料
1.1.1 设备
Atlas Ci4000 Weather-Ometer耐气候老化仪，Atlas Xenotest alpha日晒牢度仪，Q-SUN B02日晒色牢度仪，Verivide cac120标准光源箱。
1.1.2 标准物质
1～5级蓝色羊毛标样（欧洲研制）；湿度控制标样（符合GB 730）；评定变色用灰色样卡（GB/T 250—2009）。
1.1.3 试样
从日常检测样品中进行试样选取。选取条件是在本次试验设定的曝晒量下能够看出有明显变色的样品，以减少过多结果偏高而无意义的数据及工作量。
1.2 曝晒参数
曝晒终点：将4级蓝色羊毛标样第Ⅰ阶段曝晒到评定变色用灰色样卡的4级 ，第Ⅱ阶段曝晒到评定变色用灰色样卡的3级；其他具体参数如下：
试验1：设备号型为Q-SUN B02，试验参数为 E=1.1 W/m2(420 nm处);BST=50℃ ；RH=50% ，第Ⅰ阶段时间为21小时，第Ⅱ阶段时间为63小时；
试验2：Atlas Ci4000 Weather-Ometer，试验参数为E=1.1 W/m2 (420 nm处);BST=50℃;RH=50%，第Ⅰ阶段时间为26小时，第Ⅱ阶段时间为85小时；
试验3：Atlas Xenotest alpha，试验参数为E=70 W/m2(300～400 nm处);BST=65℃; RH=30%，第Ⅰ阶段时间为17小时，第Ⅱ阶段时间为50小时；
试验4：Atlas Xenotest alpha ，试验参数为E=42W/m2(300～400 nm处);BST=50℃; RH=50%，第Ⅰ阶段时间为28小时，第Ⅱ阶段时间为83小时。
1.2.1 试验辐照度的确定
纺织品耐光牢度试验时产生褪色的主要因素有光辐照量、温度和湿度[3]。而这三个因素中的任何一个都可能会引起材料的老化和褪色，其中影响最大的为辐照量。辐照量数值是辐照度与时间的乘积,因此，可推测出提高辐照度是缩短试验时间的最有效措施。
1.2.2 试验温度的确定
在日晒机实际应用的过程中，大多数设备能自动调控辐照度。通常，在提高试验辐照度后，整个氙灯光谱的曝晒辐射流密度都会增加，试验仓内温度及试样表面的温度也随之增加[4]。因此，为能满足设备的稳定运行，试验温度也必须设定得高一些。
1.2.3试验湿度的确定
有效湿度是结合空气温度、试样表面温度以及决定曝晒过程中试样表面湿气含量的空气相对湿度来定义的。它只能通过评定湿度控制标样耐光色牢度的方式来进行测量。根据试验的设计，采用高辐照度测试时，为使试验设备易稳定控制，就势必要试验温度设置得较高，而有效湿度设置就应有所降低。为此，结合GB/T 8427-2008中湿度控制标样曝晒的平均结果曲线，对高辐照度、低有效湿度的条件进行研究后，选择相对应的相对湿度。
2、试验结果与分析
按照四种试验条件对1～5级的蓝色羊毛标样进行曝晒，并比较不同设备及不同参数条件下，各级蓝色羊毛标样在试验中的褪色情况。曝晒终点按照4级蓝色羊毛标样的第一阶段褪色到评定变色用灰卡的4级，第二阶段褪色到评定变色用灰卡的3级。采用评定变色用灰色样卡对四种试验评定级数。
表1 各试验条件下蓝色羊毛标样的变色级数
|
试验编号 |
试验1 |
试验2 |
试验3 |
试验4 | ||||
|
蓝色羊毛标样编号 |
第Ⅰ阶段变色/级 |
第Ⅱ阶段变色/级 |
第Ⅰ阶段变色/级 |
第Ⅱ阶段变色/级 |
第Ⅰ阶段变色/级 |
第Ⅱ阶段变色/级 |
第Ⅰ阶段变色/级 |
第Ⅱ阶段变色/级 |
|
1级 蓝色羊毛标样变色/级 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
2级 蓝色羊毛标样变色/级 |
2 |
1 |
2 |
1 |
2 |
1 |
2 |
1 |
|
3级 蓝色羊毛标样变色/级 |
3 |
1~2 |
3 |
1~2 |
3 |
1~2 |
3 |
1~2 |
|
4级 蓝色羊毛标样变色/级 |
4 |
3 |
4 |
3 |
4 |
3 |
4 |
3 |
|
5级 蓝色羊毛标样变色/级 |
4~5 |
3~4 |
4~5 |
3~4 |
4~5 |
3~4 |
4~5 |
3~4 |
将62份试样和1～5级的5块蓝色羊毛标样各取3份，分别按照试验1、试验2和试验3各进行一次曝晒试验。试毕后，用蓝色羊毛标样评价试样的色牢度值。测得的试样结果见表2。
表2 各样品色牢度测试结果
|
试验方法 |
试验1 |
试验2 |
试验3 | ||||||
|
试样份数 |
第Ⅰ阶段 |
第Ⅱ阶段 |
实测 结果 |
第Ⅰ阶段 |
第Ⅱ阶段 |
实测 结果 |
第Ⅰ阶段 |
第Ⅱ阶段 |
实测 结果 |
|
6 |
＞4 |
＞4 |
＞4 |
＞4 |
＞4 |
＞4 |
＞4 |
＞4 |
＞4 |
|
1 |
＞4 |
＞4 |
＞4 |
＞4 |
4 |
＞4 |
＞4 |
4 |
＞4 |
|
3 |
＞4 |
＞4 |
＞4 |
4 |
4 |
4 |
＞4 |
＞4 |
＞4 |
|
1 |
＞4 |
＞4 |
＞4 |
4 |
4 |
4 |
4 |
4 |
4 |
|
2 |
＞4 |
4 |
＞4 |
4 |
4- |
4 |
4 |
4 |
4 |
|
2 |
＞4 |
＞4 |
＞4 |
4 |
4 |
4 |
4 |
4 |
4 |
|
8 |
4 |
4 |
4 |
4 |
4 |
4 |
4 |
4 |
4 |
|
2 |
4 |
4 |
4 |
4 |
3~4 |
4 |
4 |
4 |
4 |
|
7 |
4 |
3~4 |
4 |
4 |
3~4 |
4 |
4 |
3~4 |
4 |
|
1 |
4 |
3~4 |
4 |
4 |
4 |
4 |
4 |
3~4 |
4- |
|
1 |
4 |
3~4 |
4 |
4 |
4 |
4 |
4 |
4 |
4 |
|
1 |
4 |
3~4 |
4 |
3~4 |
3~4 |
3~4 |
4 |
4 |
4- |
|
9 |
3~4 |
3~4 |
3~4 |
3~4 |
3~4 |
3~4 |
3~4 |
3~4 |
3~4 |
|
2 |
3~4 |
3 |
3~4 |
3~4 |
3~4 |
3~4 |
3~4 |
3~4 |
3~4 |
|
1 |
3~4 |
3 |
3~4 |
3~4 |
3 |
3~4 |
3~4 |
3 |
3~4- |
|
1 |
3~4 |
3~4 |
3~4 |
3~4 |
3~4 |
3~4 |
3 |
3 |
3 |
|
1 |
3~4 |
3~4 |
3~4 |
3 |
3 |
3 |
3~4 |
3~4 |
3~4 |
|
1 |
3 |
3 |
3 |
3~4 |
3~4 |
3~4 |
3~4 |
3~4 |
3~4 |
|
1 |
3 |
3 |
3 |
3~4 |
3~4 |
3~4 |
3~4 |
3 |
3~4 |
|
2 |
3 |
3 |
3 |
3~4 |
3~4 |
3~4 |
3 |
3- |
3 |
|
3 |
3 |
3 |
3 |
3 |
3 |
3 |
3 |
3 |
3 |
|
1 |
3 |
2~3 |
3 |
3 |
3 |
3 |
3 |
3 |
3 |
|
1 |
3 |
2~3 |
3 |
3 |
3 |
3 |
3 |
2~3 |
3 |
|
1 |
2~3 |
2~3 |
2~3 |
2~3 |
2~3 |
2~3 |
2~3 |
2~3 |
2~3 |
|
1 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2~3 |
2~3 |
2~3 |
|
1 |
2 |
1~2 |
2 |
2 |
1~2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
|
1 |
1~2 |
1~2 |
1~2 |
2 |
1~2 |
2 |
2 |
1~2 |
2 |
注：（1）表中的“试样份数”表示62份样品中，同一样品采用三种试验条件试验后，结果与表中结果完全相同的样品份数；（2）试样的变色级数采用与之同步曝晒的1～5级蓝色羊毛标样评得的结果，单位为级。
从表1看出，相近的测试条件下，只要对用于控制曝晒量的蓝色羊毛标样的褪色程度控制得当，即使采用不同的测试设备，各级蓝色羊毛标样的褪色程度也接近一致。如果按照各自相同条件进行试验，所得结果具有较高可比性。另外，从表1中试验3和试验4看出，对同一设备只要严格结合湿度控制标样曝晒的平均结果图进行温湿度的组合，并准确控制曝晒终点，则在高辐照度（设备稳定可控）下，曝晒后的各级蓝色羊毛标样与其按正常条件曝晒下相同级别蓝色羊毛标样的褪色程度接近一致。
通过分析表2中的数据，可以看出：采用高辐照度试验的样品与使用其他两台不同型号的设备采用正常条件下测得的结果完全相同的有36个试样，占总数的58%；与其他两台中某一台的结果完全相同，而与另一台的某一阶段或两个阶段只差半级的有21份，约占39%；而与另外两台设备中的样品某一阶段均相差半级的试样仅有2份，占总份数的3%，而与最终结果差半级者只有1份，约占1. 6%。也就是说，与两台中的一台或两台完全相同结果的样品有57份，约占试样92%；最终结果相同的约占了98.4%。而试验的时间却可以从原来的83小时缩短到50小时左右，大大地缩短了测试时间。
试验结果表明：只要保证试验后用于控制曝晒量的某一级蓝色羊毛标样的变色程度达到标准要求且基本一致，即使其他条件有所变动，绝大多数试样的最终测试结果仍将保持一致。因此，我们可以采用高辐照度、低有效湿度条件的耐光测试试验。另外，有少量试样的某一阶段存在小半级差异，这大致可以归为温湿度及其他因素的差异所致。
结论
a）样品的测试结果不依赖于辐照度，而仅仅依赖于射线量(辐照量)。也就是说，适当增强辐照度，并采用与之匹配的温度和有效湿度来缩短试验时间是可行的；
b）只要对控制曝晒量用蓝色羊毛标样的褪色程度控制得当，即使采用不同测试设备进行曝晒，相同级别蓝色羊毛标样的褪色程度也接近一致；
c）湿度和温度变化不大时，对个别试样测试的结果有一定影响，但影响不甚明显。
参考文献：
[1] ISO 105-B02：2000 Colour fasstness to artifical light:Xenon arc fading[S].
[2] GB/T 8427-2008 纺织品 色牢度试验 耐人造光色牢度：氙弧[S].
[3] 周理杰，章韵女，冯文.浅议耐光色牢度试验参数的控制与选择[J].中国纤检，2012，（3）：59-61
[4] A. SchÖnlein.减少耐光色牢度及耐热光色牢度的测试时间[J].国际纺织导报， 2006,（5）：34,59-67.
稿件来源：《中国纤检》杂志
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