紡織品有很多種，既包括衣服、布料等普通紡織品，也包括一些戶外紡織品，如帳篷、雨披、雨傘、戶外服裝、工業(yè)用布和罩等。對(duì)于戶外紡織品來說，不僅光會(huì)影響它們，水和高溫也會(huì)影響它們。因此，在設(shè)計(jì)加速老化試驗(yàn)條件時(shí)，有必要模擬室外應(yīng)用條件。戶外紡織品的材料不僅包括植物纖維，還包括聚酯和涂料。為了研究戶外紡織品的耐候性和老化性能，在甘肅敦煌、海南萬寧和浙江杭州對(duì)7種不同的傘面織物進(jìn)行了QUV加速老化試驗(yàn)和戶外暴露試驗(yàn)。
2.1風(fēng)化和老化試驗(yàn)原理
風(fēng)化破壞主要由三個(gè)因素引起:光照、溫度和濕度。這三個(gè)因素中的任一一個(gè)都會(huì)引起材料老化，它們的綜合作用大于其中任一一個(gè)因素造成的損傷。
照明
高分子材料的化學(xué)鍵對(duì)不同波長(zhǎng)的太陽光有不同的有感度，一般對(duì)應(yīng)一個(gè)閾值。陽光的短波長(zhǎng)紫外線是大多數(shù)聚合物物理性能老化的主要原因，例如碳氮鍵的閾值為393納米。然而，長(zhǎng)波長(zhǎng)的紫外光甚至可見光會(huì)損壞一些染料和顏料，導(dǎo)致變色和褪色。
2.1.2溫度
溫度越高，化學(xué)反應(yīng)速度越快。老化反應(yīng)是光誘導(dǎo)的化學(xué)反應(yīng)。在光誘導(dǎo)化學(xué)反應(yīng)中，溫度不影響光誘導(dǎo)反應(yīng)速度，但影響后續(xù)的化學(xué)反應(yīng)速度。因此，溫度對(duì)材料老化的影響往往是非線性的。
2.1.3濕度
水會(huì)直接參與材料的老化反應(yīng)。相對(duì)濕度、露水和雨水是自然界中水的主要形式。研究表明，戶外材料每天會(huì)長(zhǎng)時(shí)間處于潮濕狀態(tài)(平均每天8 ~ 12小時(shí))。露水是室外潮濕的主要原因。露水比雨水更有害，因?yàn)樗街诓牧仙系臅r(shí)間更長(zhǎng)，導(dǎo)致水分侵蝕更嚴(yán)重。
2.2測(cè)試方案
為了研究戶外紡織品的耐候性和耐老化性能，選取了7種傘面織物作為樣品。實(shí)驗(yàn)室加速老化試驗(yàn)采用QUV紫外線測(cè)試儀，室外暴露試驗(yàn)地點(diǎn)為甘肅敦煌、海南萬寧和浙江杭州。
2.3樣品
本實(shí)驗(yàn)選擇了七種傘狀紡織面料，分別是沖擊布、平紋丁基-A、尼龍、平紋丁基-B、變色龍、牛津布和滌綸。杭州天堂傘業(yè)集團(tuán)有限公司提供的樣品均為白色。因?yàn)槊總€(gè)樣品必須經(jīng)過4次測(cè)試、6次性能測(cè)試、4個(gè)破壞性評(píng)估項(xiàng)目和5個(gè)用于每次評(píng)估的重復(fù)樣品，所以為每個(gè)樣品準(zhǔn)備了480個(gè)重復(fù)樣品。
2.4測(cè)試儀器
QUV紫外線老化測(cè)試儀采用熒光紫外燈模擬陽光對(duì)耐用材料的傷害。對(duì)于不同的應(yīng)用條件，需要不同類型的燈來產(chǎn)生不同的光譜。UVA-340燈管對(duì)太陽光的短波長(zhǎng)紫外線有很好的模擬作用。UVA-340的光譜能量分布(SPD)與太陽光截止點(diǎn)約360納米范圍內(nèi)的太陽光譜較一致。
夏季中午UVA-340光譜與太陽光譜對(duì)比
UVA-340燈管對(duì)太陽光短紫外波段的模擬作用好。UVB-313燈利用紫外線的短波段，達(dá)到快加速老化的目的，對(duì)于特別耐用材料的驗(yàn)證或質(zhì)量控制較有用。
QUV通過冷凝功能模擬露水對(duì)材料的傷害。加熱QUV試驗(yàn)箱底部的水盤，產(chǎn)生水蒸氣。在QUV，樣本實(shí)際上形成了測(cè)試室的側(cè)壁，樣本的另一側(cè)暴露在房間周圍的空氣中。室內(nèi)相對(duì)較冷的空氣使樣品表面比測(cè)試室內(nèi)熱蒸汽的溫度低幾度。這種溫差會(huì)產(chǎn)生冷凝，這將逐漸冷凝樣品表面的液態(tài)水。除了標(biāo)準(zhǔn)的冷凝功能外，形成冷凝的機(jī)理與室外露水相似。QUV還可以通過噴水來模擬雨水的影響，這可能會(huì)導(dǎo)致熱沖擊或機(jī)械侵蝕。
特別是只有QUV紫外線測(cè)試儀有冷凝功能。如前所述，室外物料每天會(huì)長(zhǎng)時(shí)間處于潮濕狀態(tài)(平均每天8 ~ 12小時(shí))。露水是造成室外濕度的主要原因，所以戶外產(chǎn)品一定要能抵抗?jié)穸鹊挠绊?。QUV以其獨(dú)特的設(shè)計(jì)真實(shí)地模擬了露水對(duì)戶外產(chǎn)品的影響。
2.5測(cè)試條件
2.5.1實(shí)驗(yàn)室加速老化試驗(yàn)條件
通過對(duì)QUV紫外線測(cè)試儀測(cè)試機(jī)理的描述可以看出，QUV的紫外線照射可以很好地模擬陽光中的短波紫外線對(duì)織物和涂層的損傷，而QUV的冷凝循環(huán)可以很好地模擬室外露水對(duì)材料的損傷，也可以模擬雨水噴淋對(duì)材料的熱沖擊或機(jī)械腐蝕。
因此，選擇了GB/T 31899-2015《紡織品紫外光老化試驗(yàn)》中的試驗(yàn)條件1。根據(jù)這個(gè)條件，總共測(cè)試了300小時(shí)。
2.5.2室外暴露試驗(yàn)條件
室外暴露試驗(yàn)選取了三個(gè)暴露地點(diǎn)，即甘肅敦煌(沙漠氣候條件)、海南萬寧(亞熱帶氣候條件)和浙江杭州(城市濕地氣候條件)。室外暴曬采用無背板直接連續(xù)暴曬，45℃朝南。一共暴露了六個(gè)月。
2.6操作流程
在測(cè)試過程中，不僅要測(cè)試樣品的顏色變化，還要測(cè)試樣品的撕裂強(qiáng)度(經(jīng)緯)和斷裂強(qiáng)度(經(jīng)緯)。
QUV加速老化試驗(yàn)進(jìn)行300小時(shí)，樣品每50小時(shí)評(píng)估一次。戶外暴露試驗(yàn)共暴露6個(gè)月，樣品每1個(gè)月評(píng)價(jià)一次。
3.1樣品顏色的變化
根據(jù)ASTM D2244，CIE L*a*b*顏色空間，D65光源，10個(gè)觀察者和鏡面反射包含條件，用于測(cè)量樣品的顏色變化。無論是QUV加速老化試驗(yàn)還是戶外暴露試驗(yàn)，大多數(shù)樣品的顏色變化都較。
3.2分析和討論
QUV加速老化試驗(yàn)與室外暴露試驗(yàn)的相關(guān)性研究，可參考美國(guó)材料試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)G 169中的精子分類方法。相關(guān)系數(shù)(rs)是指用兩種不同測(cè)試方法測(cè)試的一組樣品的測(cè)試結(jié)果之間的相關(guān)性。相關(guān)系數(shù)(rs)的公式為:
類型:
N——樣本數(shù)
di-兩列排序中每個(gè)組的秩數(shù)之差
無論是QUV加速老化試驗(yàn)還是戶外暴露試驗(yàn)，都是按照顏色變化δ e *值從小到大排序。根據(jù)相關(guān)系數(shù)(rs)公式，得出QUV加速老化試驗(yàn)與樣品顏色變化室外暴露試驗(yàn)的相關(guān)性。
通過/失敗法也可用于分析QUV加速老化試驗(yàn)與室外暴露試驗(yàn)的相關(guān)性。如果δE * 5.0視為“故障”。比較QUV加速老化試驗(yàn)和室外暴曬試驗(yàn)樣品顏色變化的“通過/不通過”，。QUV加速老化試驗(yàn)和室外暴露試驗(yàn)對(duì)樣品顏色的變化有很好的相關(guān)性。不過這次實(shí)驗(yàn)用的7個(gè)樣品都是白色的，以后的實(shí)驗(yàn)也要考慮不同顏色的樣品。
3.3樣品強(qiáng)度的變化
參照GB/T 3917.1測(cè)試樣品的撕裂強(qiáng)度，分別測(cè)試經(jīng)向撕裂強(qiáng)度和緯向撕裂強(qiáng)度。根據(jù)GB/T 3923.1，測(cè)試樣品的斷裂強(qiáng)度，分別測(cè)試經(jīng)紗斷裂強(qiáng)度和緯紗斷裂強(qiáng)度。對(duì)于大多數(shù)樣品，無論是QUV加速老化試驗(yàn)還是室外暴露試驗(yàn)，樣品的強(qiáng)度變化都較。但經(jīng)紗撕裂強(qiáng)度、緯紗撕裂強(qiáng)度、經(jīng)紗斷裂強(qiáng)度、緯紗斷裂強(qiáng)度四項(xiàng)指標(biāo)的強(qiáng)度變化差異不大。因此，本文研究子午線斷裂強(qiáng)度。
采用合格/不合格法分析了QUV加速老化試驗(yàn)和戶外暴露試驗(yàn)對(duì)試樣經(jīng)向斷裂強(qiáng)度保持率的相關(guān)性。如果強(qiáng)度保持率> 50%被用作“通過”，則使用強(qiáng)度保持率
對(duì)比QUV加速老化試驗(yàn)和室外暴露試驗(yàn)的強(qiáng)度保持率“通過/不通過”，得出相關(guān)性。
從以上數(shù)據(jù)可以看出，無論是QUV加速老化試驗(yàn)還是室外暴露試驗(yàn)，樣品的強(qiáng)度都下降。雖然很難比較它們之間的相關(guān)性，但也很難篩選材料。但也可能是一個(gè)有效的產(chǎn)品研發(fā)實(shí)驗(yàn)。
有幾種類型的老化測(cè)試或測(cè)試目的，如材料篩選、材料認(rèn)證和材料壽命預(yù)測(cè)。
在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，戶外暴露3個(gè)月可能不是篩選材料的必要條件。然而，實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)可以通過增加輻照度和其他試驗(yàn)條件來快速獲得結(jié)果。
對(duì)于材料認(rèn)證來說，由于所有樣品在戶外暴露時(shí)都會(huì)迅速降解，客戶首先要解決的問題是研發(fā)新材料，使其能夠承受3個(gè)月以上的戶外暴露，例如材料在戶外暴露3個(gè)月后強(qiáng)度保持率大于80%。在新材料耐室外暴曬3個(gè)月以上的基礎(chǔ)上，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)，找出合適的試驗(yàn)條件，使其與室外暴曬有較好的相關(guān)性。
對(duì)于材料壽命的預(yù)測(cè)，也就是大家普遍關(guān)心的加速因子，也就是多少小時(shí)的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試相當(dāng)于幾個(gè)月的戶外暴露。沒有足夠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)來發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)和室外暴露之間的相關(guān)性，也沒有必要預(yù)測(cè)材料的使用壽命，因?yàn)椤巴ㄟ^/失敗”數(shù)據(jù)已經(jīng)可以解釋材料的使用性能。
