纺织品日晒色牢度相关性研究：实验室加速老化多少小时相当于户外曝晒几年？
时间：2021-12-02 阅读：298
摘要：为了研究纺织品日晒色牢度实验室加速测试与户外曝晒之间的相关性；对4种SDC蓝色羊毛标样和23种纺织样品进行了80 h实验室氙灯加速测试和21 d的Florida户外曝晒对比试验。试验结果表明，实验室氙灯加速测试的结果与Florida户外曝晒的相关性很好。如对4种SDC蓝色羊毛标样，氙灯测试80 h与Florida户外曝晒14 d之间的相关系数高达0.95；对23种纺织样品，此相关系数也高达0.93。采用氙灯对4种SDC蓝色羊毛标样作日晒色牢度测试，测试80 h时的效果大概相当于采用Florida户外曝晒10 d；采用氙灯对23种纺织样品作日晒色牢度测试，测试80 h时的效果大概相当于Florida户外曝晒14 d。
关键词：纺织品；日晒色牢度；蓝色羊毛标样；氙灯加速测试；Florida户外曝晒；ISO 105 B02
1 前言
针对纺织品日晒色牢度试验的实验室加速测试方法很多，如ISO 105B02、AATCC TM16[2]、GB/T 8427[3]和SAE J2412[4]等。不过实验室加速测试多少小时相当于户外曝晒多少天，或者说实验室加速测试合格的产品，在户外能保证使用多久。该问题一直是大家普遍关心的问题，也就是实验室加速测试与户外曝晒之间的相关性。
本文将针对以上问题，开展实验室加速测试与户外曝晒对比试验，以找出两者之间的相关性。
2 试验
2.1 目的与方案
2.1.1 目的
通过开展实验室加速测试与户外曝晒对比试验研究纺织品日晒色牢度的相关性。
2.1.2 方案
对4种SDC蓝色羊毛标样和23种纺织样品，计划开展实验室氙灯加速测试80 h，Florida户外曝晒21 d，找出两者之间的相关性。
2.2 方法
在实验室加速测试与户外曝晒对比试验中，实验室氙灯加速测试按照ISO 105 B02标准进行试验；户外曝晒选择在美国Q-Lab公司的Florida曝晒场。
2.3 试样
试验样品为23种纺织样品和4种SDC蓝色羊毛标样。这23种纺织样品分别为活性染料，分散染料，酸性染料和还原染料。这4种SDC蓝色羊毛标样分别是：蓝色羊毛标样3，蓝色羊毛标样4，蓝色羊毛标样5和蓝色羊毛标样6，采购自英国SDC染料和染色协会。每种试验样品制备2个重复样，其中一个用于实验室氙灯加速测试，另一个用于户外曝晒。
2.4 仪器
试验仪器：Q-SUN Xe-2氙灯试验箱（美国Q-Lab公司）；
滤光器：Window IR窗玻璃滤光器（美国Q-Lab公司）；
测色计：CM-5分光测色计（柯尼卡美能达）。
2.5 试验条件
户外曝晒在美国Q-Lab公司的Florida曝晒场进行。Florida曝晒场，属典型的亚热带气候条件。它位于北纬25°27′，海拔高度2.4 m。它的年辐射总量为6 588 MJ/m2，年均降雨量为1 400 mm，年均相对湿度为80%，年平均气温为24 ℃，月平均*高气温为28℃（7月）。
具体曝晒条件见表1：
表1 Florida户外曝晒
| 曝晒地点 | Florida |
| 曝晒角度 | 45° 朝南 |
| 曝晒方式 | 玻璃框下曝晒 |
| 曝晒时间（d） | 21 |
| 评估项目（△E*） | 色差 |
| 评估周期（d） | 1、3、7、14、21 |
表2 实验室氙灯加速测试
| 试验标准 | ISO 105 B02 |
| 试验仪器 | Q-SUN Xe-2氙灯试验箱 |
| 滤光器 | Window IR窗玻璃滤光器 |
| 辐照度（W/m2@420nm） | 1.10 |
| 黑标温度（℃） | 50 |
| 箱体空气温度（℃） | 44 |
| 相对湿度（%） | 50 |
| 试验时间（h） | 80 |
| 评估项目（△E*） | 色差 |
| 评估周期（h） | 10、20、40、60、80 |
将4种SDC蓝色羊毛标样（蓝色羊毛标样3、蓝色羊毛标样4、蓝色羊毛标样5及蓝色羊毛标样6）和23种纺织样品分别按照表1和表2中的试验条件进行户外曝晒和实验室氙灯加速测试。
户外曝晒一共测试21 d，分别按1、3、7、14和21 d对样品进行颜色测量。实验室氙灯加速测试一共测试80 h，分别按10、20、40、60和80 h对样品进行颜色测量。
样品的颜色变化参照ASTM D2244[5]，选用CIE L*a*b*色空间，D65光源，10°观察者，镜面反射包含条件进行测定。测色计的型号为柯尼卡美能达（KONICA MINOLTA）CM-5分光测色计。
3 结果与讨论
3.1 Florida户外曝晒试验结果
在户外曝晒中，随着曝晒时间增加，样品的颜色变化，即△E*的值变大。4种SDC蓝色羊毛标样和23种纺织样品的试验结果见图1和图2。
从图1和图2发现，曝晒1 d后，SDC蓝色羊毛标样和纺织样品的颜色变化，即△E*的值较小，随着曝晒时间增加，样品的颜色变化在变大；曝晒21 d后，大部分样品的颜色变化的△E*的值大于10。
在23种纺织样品中，有的样品日晒色牢度较好，有的较差。图3显示了日晒色牢度分别为好、中、差的3种纺织样品的Florida户外曝晒结果。其中,22#的日晒色牢度较好，4#的日晒色牢度较差，19#的日晒色牢度居中。
图1 SDC蓝色羊毛标样Florida户外暴晒结果
图2 纺织样品Florida户外暴晒结果
图3 不同级别日晒色牢度纺织样品的Florida户外暴晒结果
3.2 实验室氙灯加速测试试验结果
在实验室氙灯加速测试中，随着试验时间增加，样品的颜色变化，即△E*的值也在变大。4种SDC蓝色羊毛标样和23种纺织样品的试验结果见图4和图5。
从图4和图5发现，测试10 h后，SDC蓝色羊毛标样和纺织样品的颜色变化，即△E*的值较小，随着试验时间增加，样品的颜色变化在变大；测试80 h后，大部分样品的颜色变化的△E*的值大于5。
同Florida户外曝晒一样，图6显示了日晒色牢度分别为好、中、差的3种纺织样品的实验室氙灯加速测试试验结果。其中，22#的日晒色牢度较好，4#的日晒色牢度较差，19#的日晒色牢度居中。
图4 SDC蓝色羊毛标样氙灯加速测试试验结果
图5 纺织样品氙灯加速测试试验结果
3.3 分析与讨论
以上部分分析了户外曝晒和实验室氙灯加速测试的试验结果，下面分析一下实验室氙灯加速测试与户外曝晒之间的相关性。相关性研究参考ASTM G169[6]中的spearman排序方法，相关系数rs指的是利用两种不同的测试方法对一组样品进行测试，所得实验结果之间的相关性。相关系数rs的计算公式为：rs=1-6∑di2/[n(n2-1)]，其中n指的是样品的个数，di指的是两列排序中每组排位数之间的差值。
3.3.1 蓝色羊毛标样
对于户外曝晒试验数据和实验室氙灯加速测试试验数据，按照样品颜色变化△E*的大小分别进行排序。4种SDC蓝色羊毛标样的氙灯试验与户外曝晒之间的相关系数见表3：
表3 蓝色羊毛标样的氙灯试验与户外曝晒之间的相关系数
| 相关系数rs | 氙灯(20 h) | 氙灯(40 h) | 氙灯(60 h) | 氙灯(80 h) |
| Florida－3 d | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 0.95 |
| Florida－7 d | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 0.95 |
| Florida－14 d | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 0.95 |
| Florida－21 d | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 0.95 |
图7 SDC蓝色羊毛标样－氙灯试验80h大概相当于Florida暴晒10天
3.3.2纺织样品
对于23种纺织样品，氙灯试验与户外曝晒之间的相关系数见表4：
表4 纺织样品的氙灯试验与户外曝晒之间的相关系数
| 相关系数rs | 氙灯－20h | 氙灯－40h | 氙灯－60h | 氙灯－80h |
| Florida－3天 | 0.55 | 0.76 | 0.81 | 0.73 |
| Florida－7天 | 0.76 | 0.88 | 0.91 | 0.89 |
| Florida－14天 | 0.84 | 0.90 | 0.91 | 0.93 |
| Florida－21天 | 0.82 | 0.91 | 0.92 | 0.94 |
图8 纺织样品－氙灯试验80h大概相当于Florida暴晒10天
4 结论
本文通过实验室氙灯加速测试与Florida户外曝晒对比试验，研究了4种SDC蓝色羊毛标样和23种纺织样品的日晒色牢度相关性。试验结果表明，实验室氙灯加速测试与Florida户外曝晒之间的相关性很好。4种SDC蓝色羊毛标样的日晒色牢度，氙灯测试80 h后的效果大概相当于Florida户外曝晒10 d的；23种纺织样品的日晒色牢度，氙灯测试80 h后的效果大概相当于Florida户外曝晒14 d的。
另外，值得注意的是，不同样品实验室氙灯加速测试与Florida户外曝晒之间的相关性不同。本文的相关性研究结果只针对进行对比试验的这些样品，其他材料或产品不能直接套用这些结果。如要了解其他材料或产品的日晒色牢度相关性，也应开展实验室加速测试和户外曝晒对比试验，而不能靠猜测。