陳 東 石程玉 徐 麗 劉洪玲

東華大學(xué)紡織學(xué)院， 上海 201620

紡織品紫外線防護(hù)性能分析*

陳 東 石程玉 徐 麗 劉洪玲

東華大學(xué)紡織學(xué)院， 上海 201620

比較并分析織物組織、厚度、經(jīng)緯密和緊度對(duì)紡織品的紫外線透過(guò)率和紫外線防護(hù)系數(shù)(UPF值)的影響。結(jié)果表明：在其他參數(shù)接近的情況下，斜紋織物的抗紫外線性能優(yōu)于平紋織物，平紋織物又優(yōu)于平紋地提花組織織物；織物越厚，其紫外線透過(guò)率越小，抗紫外線性能越好；隨著織物經(jīng)緯密和緊度增加，其紫外線透過(guò)率減小，UPF值增加，抗紫外線性能提高。

紡織品， 紫外線透過(guò)率， 紫外線防護(hù)系數(shù)

隨著生活水平的提高和環(huán)境污染的加重，人們對(duì)紡織品防護(hù)功能的要求越來(lái)越高，對(duì)有關(guān)的功能整理的需求越來(lái)越迫切，織物的紫外線防護(hù)處理就是其中之一。雖然適量的紫外線照射可以促進(jìn)人體對(duì)維生素D的吸收，但是過(guò)量的紫外線會(huì)破壞人體皮膚細(xì)胞中的膠質(zhì)原和彈性纖維，引發(fā)皮膚病甚至皮膚癌[1]141。因此，人們開(kāi)始研究紫外線防護(hù)產(chǎn)品，包括纖維原料的選擇、紡紗方式、織物結(jié)構(gòu)和后整理等對(duì)織物的抗紫外線性能的影響[2]。Zimniewska等[1]141的研究表明，天然纖維(如漢麻和亞麻)中包含的化學(xué)組分——天然色素、木質(zhì)素、蠟和果膠，是天然的紫外線吸收劑，有利于提高織物的抗紫外性能；另外，他們比較了不同組織結(jié)構(gòu)的織物的UPF值，得出了緞紋組織織物的抗紫外性能優(yōu)于斜紋組織織物，而斜紋組織織物的抗紫外性能優(yōu)于平紋組織織物的結(jié)論。Kan等[3]的研究表明，無(wú)扭矩環(huán)錠紗制成的針織物比常規(guī)環(huán)錠紗制成的針織物擁有更好的抗紫外線性能，但將2種織物經(jīng)紫外線吸收劑和生物拋光處理后，常規(guī)環(huán)錠紗制成的針織物表現(xiàn)出更好的抗紫外性性能。Grifoni等[4]89的研究表明，亞麻織物用明礬媒染和蠟菊屬植物染色，會(huì)獲得很好的抗紫外性能。

紫外線是指電磁波譜中100～400 nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的一段。通常，波長(zhǎng)在320～400 nm范圍內(nèi)的稱為UVA，約98.8%的UVA波段的紫外線能夠穿透人體肌膚的真皮層，并對(duì)真皮層的彈性纖維和膠原蛋白纖維造成一定損害。波長(zhǎng)在290～320 nm范圍的稱為UVB，其大部分被臭氧層吸收，只有約1.1%能到達(dá)地球表面，但該波段的紫外線對(duì)人體的傷害程度約為UVA的1 000倍，可導(dǎo)致皮膚老化、皮膚疾病及引起基因突變和腫瘤等。波長(zhǎng)在290 nm以下的稱為UVC，其在經(jīng)過(guò)地球表面同溫層時(shí)幾乎被臭氧層完全吸收，對(duì)人類(lèi)不會(huì)造成傷害[1]142， [5]。當(dāng)紫外線照射到人們穿著的服裝上時(shí)，其中一部分被織物表面所吸收，另外一部分被織物反射，還有一部分會(huì)透過(guò)織物，而透過(guò)織物的這部分紫外線將對(duì)織物里面的人體皮膚產(chǎn)生不良影響[6]。紫外線防護(hù)系數(shù)(即UPF值)是指當(dāng)皮膚無(wú)防護(hù)時(shí)計(jì)算出的紫外線輻射平均效應(yīng)與皮膚受到防護(hù)品防護(hù)時(shí)計(jì)算出的紫外線輻射平均效應(yīng)的比值。防護(hù)品的UPF值越大，表明其抗紫外線效果越好[7]。

本試驗(yàn)從面料市場(chǎng)上采購(gòu)了多種織物，從中選出具有代表性的9種織物，每種織物按需取小樣進(jìn)行分析，探討織物組織、厚度、經(jīng)緯密和緊度等基本參數(shù)對(duì)織物的抗紫外線性能的影響。

1 試驗(yàn)部分

1.1 材料

本試驗(yàn)選用9種織物作為樣品(編號(hào)為1～9)，各取5塊小樣。厚度，用織物厚度儀測(cè)量；經(jīng)緯密，用照布鏡計(jì)數(shù)緯向、經(jīng)向10 cm長(zhǎng)度內(nèi)的紗線根數(shù)而得到；紗線直徑，用Nikon生物顯微鏡對(duì)織物拍照，然后使用Nano Measurer軟件進(jìn)行測(cè)量；緊度，根據(jù)經(jīng)緯密和紗線直徑計(jì)算得到。各基本參數(shù)以5塊小樣的測(cè)試值的平均值作為測(cè)試結(jié)果(表1)，樣品外觀如圖1所示。

表1 樣品基本參數(shù)測(cè)試結(jié)果

1號(hào)

2號(hào)

3號(hào)

4號(hào)

5號(hào)

6號(hào)

7號(hào)

8號(hào)

9號(hào)

1.2 紫外線透過(guò)率測(cè)試

本試驗(yàn)采用日立U-4100型紫外分光光度計(jì)獲得各樣品的分光透過(guò)率曲線，進(jìn)而得到各樣品在290～400 nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的紫外線透過(guò)率。測(cè)試前，樣品須放在溫度(20±2)℃、相對(duì)濕度(65±2)%的恒溫恒濕室內(nèi)調(diào)濕24 h。

1.3 紫外線防護(hù)效果評(píng)價(jià)

本試驗(yàn)采用澳大利亞/新西蘭標(biāo)準(zhǔn)(AS/NZS 4399-l996)，評(píng)價(jià)樣品的紫外線防護(hù)效果。

根據(jù)測(cè)得的樣品的紫外線透過(guò)率，計(jì)算UVA和UVB波段的平均透過(guò)率[T(UVA)AV和T(UVB)AV]，再計(jì)算出UPF值：

(1)

(2)

(3)

式中：Eλ為相對(duì)紅斑量光譜影響力；Sλ為太陽(yáng)光譜輻射度，W/(m2·nm)；Tλ為某一波段上紫外線透過(guò)織物的百分?jǐn)?shù)，%；λ為波長(zhǎng)，nm；△λ為波長(zhǎng)間隔，nm。

表2給出了UPF值與防護(hù)等級(jí)的關(guān)系[4]91，由此可以得到樣品的紫外線防護(hù)效果。

表2 UPF值與防護(hù)等級(jí)的關(guān)系

2 結(jié)果與分析

2.1 織物組織對(duì)紡織品抗紫外線性能的影響

為探討織物組織對(duì)紡織品抗紫外線性能的影響，選取3種織物組織不同但厚度和經(jīng)緯密相近的1、 2、 7號(hào)樣品進(jìn)行分析，且1、 2號(hào)樣品的緊度相近。圖2和表3分別是1、 2、 7號(hào)樣品的紫外光譜圖及紫外線透過(guò)率與UPF值。

圖2 1、 2、 7號(hào)樣品的紫外光譜圖

表3 1、 2、 7號(hào)樣品的紫外線透過(guò)率與UPF值

由圖2可以看出，無(wú)論在UVA波段還是UVB波段，7號(hào)樣品的紫外線透過(guò)率都高于1、 2號(hào)樣品，即其紫外線防護(hù)性能較1、 2號(hào)樣品差，UPF值最小。由表1可見(jiàn)，7號(hào)樣品為平紋地提花組織織物，再依據(jù)圖1，其表面的凹凸不平現(xiàn)象明顯，這使得其漫反射增加，而沿著法線方向的正反射減少，造成織物的抗紫外線性能下降。另外，從表1可知7號(hào)樣品的緊度為86.76%，小于1、 2號(hào)樣品，這也是其紫外線透過(guò)率較大、遮蔽性能較差的原因之一。

從表3可以看出2號(hào)樣品(斜紋組織織物)的紫外線防護(hù)效果優(yōu)于1號(hào)樣品(平紋組織織物)。在織物厚度、經(jīng)緯密和緊度接近的情況下，平紋組織的交織次數(shù)較多，紗線與紗線之間的縫隙較多，而斜紋組織的浮線較長(zhǎng)、交織次數(shù)較少，紗線之間更容易相互靠緊，故縫隙較小[8]，因此2號(hào)樣品的紫外線防護(hù)效果優(yōu)于1號(hào)樣品。

由此可見(jiàn)，當(dāng)織物厚度、經(jīng)緯密和緊度相近時(shí)，斜紋組織織物的抗紫外線性能優(yōu)于平紋組織織物，平紋組織織物又優(yōu)于平紋地提花組織織物。

2.2 織物厚度對(duì)紡織品抗紫外線性能的影響

為探討織物厚度對(duì)紡織品抗紫外性能的影響，選取織物厚度差異較大的3種樣品(2、 3、 8號(hào))進(jìn)行分析，其中2、 3號(hào)樣品為斜紋組織織物、8號(hào)樣品為緞紋組織織物，且它們的經(jīng)密、緯密和緊度相近。圖3和表4分別是2、 3、 8號(hào)樣品的紫外光譜圖及紫外線透過(guò)率與UPF值。

圖3 2、 3、 8號(hào)樣品的紫外光譜圖

表4 2、 3、 8號(hào)樣品的紫外線透過(guò)率與UPF值

從圖3可見(jiàn)，3號(hào)樣品的紫外線透過(guò)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于2、 8號(hào)樣品，其最低的紫外線透過(guò)率在15.00%以上，而2、 8號(hào)樣品的最高的紫外線透過(guò)率分別在1.00%、 5.00%以下，說(shuō)明它們的抗紫外性能差異明顯。由表1可知，2、 8號(hào)樣品的厚度較大，分別為0.755、 0.511 mm，3號(hào)樣品的厚度最小，僅為0.235 mm， 說(shuō)明3種樣品的紫外線透過(guò)率隨織物厚度增加而減小。從表4可見(jiàn)，2、 3、 8號(hào)樣品的UPF值相差甚多，依次為157.07、 4.94和33.54。從織物組織分析，當(dāng)其他參數(shù)接近時(shí)，緞紋組織織物的抗紫外性能應(yīng)優(yōu)于斜紋組織織物，但8號(hào)樣品(緞紋組織織物)的UPF值小于2號(hào)樣品(斜紋組織織物)，由此可見(jiàn)織物厚度對(duì)織物的抗紫外線性能的影響非常明顯。其原因不難理解，當(dāng)織物厚度增加時(shí)，織物中的纖維層數(shù)增加，紫外線照射到織物上時(shí)會(huì)發(fā)生多次反射和折射，這導(dǎo)致更多的紫外線被纖維反射和吸收，所以從織物中透過(guò)的紫外線減少，因此織物的抗紫外線性能增強(qiáng)[9]，紫外線防護(hù)效果越好，即防護(hù)等級(jí)越高。

2.3 經(jīng)緯密對(duì)紡織品抗紫外線性能的影響

為探討織物經(jīng)緯密對(duì)紡織品抗紫外線性能的影響，選取緊度和織物組織相近的5、 6、 9號(hào)樣品進(jìn)行分析，且6、 9號(hào)樣品的厚度相近。圖4和表5分別是5、 6、 9號(hào)樣品的紫外光譜圖及紫外線透過(guò)率與UPF值。

圖4 5、 6、 9號(hào)樣品的紫外光譜圖

表5 5、 6、 9號(hào)樣品的紫外線透過(guò)率與UPF值

如圖4所示，5號(hào)樣品的紫外線透過(guò)率為10.00%～ 15.00%，6號(hào)樣品的紫外線透過(guò)率在6.00% 以下，而9號(hào)樣品的紫外線透過(guò)率小于5.00%。 研究表明，紫外線透過(guò)率在5.00%以下的織物有很好的抗紫外線性能[10]，說(shuō)明9號(hào)樣品的紫外線防護(hù)性能很好。從表5可以看到，5、 6、 9號(hào)樣品的UPF值隨著經(jīng)緯密的增大而提高，分別為7.52、 19.83、 28.13，相應(yīng)的防護(hù)等級(jí)為一般、良好、很好。從表1可知，5號(hào)樣品的厚度大于6、 9號(hào)樣品，由此可看出經(jīng)緯密對(duì)織物的抗紫外線性能的影響非常顯著。經(jīng)緯密越大，織物更加緊密且縫隙更小，織物遮擋和吸收的紫外線增多，紫外線透過(guò)率就下降，織物的抗紫外線性能越好。

2.4 緊度對(duì)紡織品抗紫外線性能的影響

為探討織物緊度對(duì)紡織品抗紫外線性能的影響，選取厚度和織物組織相近的4、 6、 9號(hào)樣品進(jìn)行分析。圖5和表6分別是4、 6、 9號(hào)樣品的紫外光譜圖及紫外線透過(guò)率與UPF值。

圖5 4、 6、 9號(hào)樣品的紫外光譜圖

表6 4、 6、 9號(hào)樣品的紫外線透過(guò)率與UPF值

根據(jù)圖5、表6，可以看出，無(wú)論在UVA波段還是UVB波段，緊度最小的4號(hào)樣品的UPF值都遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于緊度較大的6、9號(hào)樣品，未能達(dá)到防護(hù)效果良好的防護(hù)等級(jí)。其原因是緊度小的織物中經(jīng)緯紗覆蓋面積小，織物遮擋和吸收的紫外線減少，透過(guò)織物的紫外線增多，織物的抗紫外線性能下降[11]。一般來(lái)說(shuō)，織物緊度在92.00%以上就具備很好的紫外線防護(hù)效果[1]150。9號(hào)樣品的緊度為93.73%，UPF值為28.13，達(dá)到了防護(hù)效果很好的防護(hù)等級(jí)。由此可知，當(dāng)厚度和織物組織相近時(shí)，織物緊度越大，其經(jīng)緯紗覆蓋面積增大，對(duì)紫外線的遮擋和吸收增加，透過(guò)織物的紫外線就越少，織物的抗紫外線性能越好。

3 結(jié)論

本文測(cè)試了不同組織結(jié)構(gòu)、厚度、經(jīng)緯密和緊度的織物的紫外線透過(guò)率和紫外線防護(hù)系數(shù)，分析了織物組織、厚度、經(jīng)緯密和緊度對(duì)紡織品抗紫外線性能的影響，得出：

(1) 當(dāng)其他基本參數(shù)相近時(shí)，斜紋組織織物的抗紫外線性能優(yōu)于平紋組織織物，而平紋組織織物又優(yōu)于平紋地提花組織織物。

(2) 當(dāng)其他基本參數(shù)相近時(shí)，織物越厚，紫外線透過(guò)率越小，織物的抗紫外性能越好。

(3) 當(dāng)其他基本參數(shù)相近時(shí)，經(jīng)緯密越大，織物更加緊密且紗線間縫隙更小，紫外線透過(guò)率越小，織物的抗紫外性能越好。

(4) 當(dāng)其他基本參數(shù)相近時(shí)，織物緊度越大，表明經(jīng)緯紗覆蓋面積越大，織物對(duì)紫外線的遮擋和吸收越多，透過(guò)織物的紫外線就越少，織物的抗紫外性能越好。

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Analysis on ultraviolet resistance properties of textiles

ChenDong，ShiChengyu，XuLi，LiuHongling

College of Textiles， Donghua University， Shanghai 201620， China

The influences of weave structure， thickness， warp density， weft density and tightness of fabric on the transmittance of ultraviolet and the ultraviolet protection factor(UPFvalue) of textiles were compared and analyzed. The results showed that， in the case of the closeness of other parameters， the resistance to ultraviolet of twill fabrics was better than that of plain fabrics， while the resistance to ultraviolet of plain fabrics was better than that of plain jacquard fabrics； the thicker the fabric was， the smaller the transmittance of ultraviolet of the fabric was， and the better the resistance to ultraviolet of the fabric was. With the increasing of warp density， weft density and tightness of fabrics， the transmittance of ultraviolet of the fabric decreased， theUPFvalue of the fabric increased， and the resistance to ultraviolet of the fabric improved.

textile， transmittance of ultraviolet， ultraviolet protection factor

*上海市大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目(sh201510255110)

2016-07-02

陳東，女，1995年生，在讀本科生，主要研究方向?yàn)榧徔棽牧细男?/p>

劉洪玲，Email： hlliu@dhu.edu.cn

TS101.923

A

1004-7093(2017)04-0022-06