紡織品日曬色牢度相關性研究：實驗室加速老化多少小時相當于戶外曝曬幾年？

來源：上海羅中科技發展有限公司 2021年12月02日 10:12

[1羅中科技(亞洲)有限公司;200436 2美國Q-Lab公司中國代表處;200436 ]

摘要：為了研究紡織品日曬色牢度實驗室加速測試與戶外曝曬之間的相關性；對4種SDC藍色羊毛標樣和23種紡織樣品進行了80 h實驗室氙燈加速測試和21 d的Florida戶外曝曬對比試驗。試驗結果表明，實驗室氙燈加速測試的結果與Florida戶外曝曬的相關性很好。如對4種SDC藍色羊毛標樣，氙燈測試80 h與Florida戶外曝曬14 d之間的相關系數高達0.95；對23種紡織樣品，此相關系數也高達0.93。采用氙燈對4種SDC藍色羊毛標樣作日曬色牢度測試，測試80 h時的效果大概相當于采用Florida戶外曝曬10 d；采用氙燈對23種紡織樣品作日曬色牢度測試，測試80 h時的效果大概相當于Florida戶外曝曬14 d。
關鍵詞：紡織品；日曬色牢度；藍色羊毛標樣；氙燈加速測試；Florida戶外曝曬；ISO 105 B02

1 前言
針對紡織品日曬色牢度試驗的實驗室加速測試方法很多，如ISO 105B02、AATCC TM16[2]、GB/T 8427[3]和SAE J2412[4]等。不過實驗室加速測試多少小時相當于戶外曝曬多少天，或者說實驗室加速測試合格的產品，在戶外能保證使用多久。該問題一直是大家普遍關心的問題，也就是實驗室加速測試與戶外曝曬之間的相關性。
本文將針對以上問題，開展實驗室加速測試與戶外曝曬對比試驗，以找出兩者之間的相關性。
2 試驗
2.1 目的與方案
2.1.1 目的
通過開展實驗室加速測試與戶外曝曬對比試驗研究紡織品日曬色牢度的相關性。
2.1.2 方案
對4種SDC藍色羊毛標樣和23種紡織樣品，計劃開展實驗室氙燈加速測試80 h，Florida戶外曝曬21 d，找出兩者之間的相關性。
2.2 方法
在實驗室加速測試與戶外曝曬對比試驗中，實驗室氙燈加速測試按照ISO 105 B02標準進行試驗；戶外曝曬選擇在美國Q-Lab公司的Florida曝曬場。
2.3 試樣
試驗樣品為23種紡織樣品和4種SDC藍色羊毛標樣。這23種紡織樣品分別為活性染料，分散染料，酸性染料和還原染料。這4種SDC藍色羊毛標樣分別是：藍色羊毛標樣3，藍色羊毛標樣4，藍色羊毛標樣5和藍色羊毛標樣6，采購自英國SDC染料和染色協會。每種試驗樣品制備2個重復樣，其中一個用于實驗室氙燈加速測試，另一個用于戶外曝曬。
2.4 儀器
試驗儀器：Q-SUN Xe-2氙燈試驗箱（美國Q-Lab公司）；
濾光器：Window IR窗玻璃濾光器（美國Q-Lab公司）；
測色計：CM-5分光測色計（柯尼卡美能達）。
2.5 試驗條件
戶外曝曬在美國Q-Lab公司的Florida曝曬場進行。Florida曝曬場，屬典型的亞熱帶氣候條件。它位于北緯25°27′，海拔高度2.4 m。它的年輻射總量為6 588 MJ/m2，年均降雨量為1 400 mm，年均相對濕度為80%，年平均氣溫為24 ℃，月平均*高氣溫為28℃（7月）。
具體曝曬條件見表1：

表1 Florida戶外曝曬

曝曬地點	Florida
曝曬角度	45° 朝南
曝曬方式	玻璃框下曝曬
曝曬時間（d）	21
評估項目（△E*）	色差
評估周期（d）	1、3、7、14、21

實驗室氙燈加速測試按照ISO105 B02標準進行。ISO 105 B02標準是紡織行業進行日曬色牢度試驗廣泛應用的測試條件，具體試驗條件見表2：

表2 實驗室氙燈加速測試

試驗標準	ISO 105 B02
試驗儀器	Q-SUN Xe-2氙燈試驗箱
濾光器	Window IR窗玻璃濾光器
輻照度（W/m2@420nm）	1.10
黑標溫度（℃）	50
箱體空氣溫度（℃）	44
相對濕度（%）	50
試驗時間（h）	80
評估項目（△E*）	色差
評估周期（h）	10、20、40、60、80

2.6 操作過程
將4種SDC藍色羊毛標樣（藍色羊毛標樣3、藍色羊毛標樣4、藍色羊毛標樣5及藍色羊毛標樣6）和23種紡織樣品分別按照表1和表2中的試驗條件進行戶外曝曬和實驗室氙燈加速測試。
戶外曝曬一共測試21 d，分別按1、3、7、14和21 d對樣品進行顏色測量。實驗室氙燈加速測試一共測試80 h，分別按10、20、40、60和80 h對樣品進行顏色測量。
樣品的顏色變化參照ASTM D2244[5]，選用CIE L*a*b*色空間，D65光源，10°觀察者，鏡面反射包含條件進行測定。測色計的型號為柯尼卡美能達（KONICA MINOLTA）CM-5分光測色計。
3 結果與討論
3.1 Florida戶外曝曬試驗結果
在戶外曝曬中，隨著曝曬時間增加，樣品的顏色變化，即△E*的值變大。4種SDC藍色羊毛標樣和23種紡織樣品的試驗結果見圖1和圖2。
從圖1和圖2發現，曝曬1 d后，SDC藍色羊毛標樣和紡織樣品的顏色變化，即△E*的值較小，隨著曝曬時間增加，樣品的顏色變化在變大；曝曬21 d后，大部分樣品的顏色變化的△E*的值大于10。
在23種紡織樣品中，有的樣品日曬色牢度較好，有的較差。圖3顯示了日曬色牢度分別為好、中、差的3種紡織樣品的Florida戶外曝曬結果。其中,22#的日曬色牢度較好，4#的日曬色牢度較差，19#的日曬色牢度居中。

圖1 SDC藍色羊毛標樣Florida戶外暴曬結果

圖2 紡織樣品Florida戶外暴曬結果

圖3 不同級別日曬色牢度紡織樣品的Florida戶外暴曬結果
3.2 實驗室氙燈加速測試試驗結果
在實驗室氙燈加速測試中，隨著試驗時間增加，樣品的顏色變化，即△E*的值也在變大。4種SDC藍色羊毛標樣和23種紡織樣品的試驗結果見圖4和圖5。
從圖4和圖5發現，測試10 h后，SDC藍色羊毛標樣和紡織樣品的顏色變化，即△E*的值較小，隨著試驗時間增加，樣品的顏色變化在變大；測試80 h后，大部分樣品的顏色變化的△E*的值大于5。
同Florida戶外曝曬一樣，圖6顯示了日曬色牢度分別為好、中、差的3種紡織樣品的實驗室氙燈加速測試試驗結果。其中，22#的日曬色牢度較好，4#的日曬色牢度較差，19#的日曬色牢度居中。

圖4 SDC藍色羊毛標樣氙燈加速測試試驗結果

圖5 紡織樣品氙燈加速測試試驗結果

圖6 不同級別日曬色牢度紡織樣品的氙燈加速測試試驗結果

3.3 分析與討論
以上部分分析了戶外曝曬和實驗室氙燈加速測試的試驗結果，下面分析一下實驗室氙燈加速測試與戶外曝曬之間的相關性。相關性研究參考ASTM G169[6]中的spearman排序方法，相關系數rs指的是利用兩種不同的測試方法對一組樣品進行測試，所得實驗結果之間的相關性。相關系數rs的計算公式為：rs=1-6∑di2/[n(n2-1)]，其中n指的是樣品的個數，di指的是兩列排序中每組排位數之間的差值。
3.3.1 藍色羊毛標樣
對于戶外曝曬試驗數據和實驗室氙燈加速測試試驗數據，按照樣品顏色變化△E*的大小分別進行排序。4種SDC藍色羊毛標樣的氙燈試驗與戶外曝曬之間的相關系數見表3：

表3 藍色羊毛標樣的氙燈試驗與戶外曝曬之間的相關系數

相關系數rs	氙燈(20 h)	氙燈(40 h)	氙燈(60 h)	氙燈(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

從表3發現，對于4種SDC藍色羊毛標樣，氙燈試驗與戶外曝曬之間的相關系數都非常好。下面的圖7顯示的是這4種SDC藍色羊毛標樣在Florida戶外曝曬7、14 d和氙燈試驗測試80h的結果。從圖7可以發現，氙燈試驗測試80h樣品的顏色變化大概介于Florida戶外曝曬7 d和14 d樣品的顏色變化之間。所以得出結論，對于這4種SDC藍色羊毛標樣，氙燈試驗測試80 h后的效果大概相當于Florida戶外曝曬10 d。

圖7 SDC藍色羊毛標樣－氙燈試驗80h大概相當于Florida暴曬10天

3.3.2紡織樣品
對于23種紡織樣品，氙燈試驗與戶外曝曬之間的相關系數見表4：

表4 紡織樣品的氙燈試驗與戶外曝曬之間的相關系數

相關系數rs	氙燈－20h	氙燈－40h	氙燈－60h	氙燈－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

從表4發現，對于23種紡織樣品，氙燈試驗與戶外曝曬之間的相關系數也都很好。下面的圖8顯示的是這23種紡織樣品在Florida戶外曝曬7、14、21 d和氙燈試驗測試80h的結果。從圖8可以發現，氙燈試驗測試80h樣品的顏色變化幾乎和Florida戶外曝曬14 d天樣品的顏色變化相同。所以得出結論，對于這23種紡織樣品，氙燈試驗測試80h大概相當于Florida戶外曝曬14 d。

圖8 紡織樣品－氙燈試驗80h大概相當于Florida暴曬10天

4 結論
本文通過實驗室氙燈加速測試與Florida戶外曝曬對比試驗，研究了4種SDC藍色羊毛標樣和23種紡織樣品的日曬色牢度相關性。試驗結果表明，實驗室氙燈加速測試與Florida戶外曝曬之間的相關性很好。4種SDC藍色羊毛標樣的日曬色牢度，氙燈測試80 h后的效果大概相當于Florida戶外曝曬10 d的；23種紡織樣品的日曬色牢度，氙燈測試80 h后的效果大概相當于Florida戶外曝曬14 d的。
另外，值得注意的是，不同樣品實驗室氙燈加速測試與Florida戶外曝曬之間的相關性不同。本文的相關性研究結果只針對進行對比試驗的這些樣品，其他材料或產品不能直接套用這些結果。如要了解其他材料或產品的日曬色牢度相關性，也應開展實驗室加速測試和戶外曝曬對比試驗，而不能靠猜測。

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