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。對于戶外紡織品來說，不僅光會影響它們，水和高溫也會影響它們。因此，在設(shè)計加速老化試驗條件時，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7種不同的傘面織物進(jìn)行了QUV加速老化試驗和戶外暴露試驗。
2.1風(fēng)化和老化試驗原理
風(fēng)化破壞主要由三個因素引起:光照、溫度和濕度。這三個因素中的任一一個都會引起材料老化，它們的綜合作用大于其中任一一個因素造成的損傷。
照明
高分子材料的化學(xué)鍵對不同波長的太陽光有不同的有感度，一般對應(yīng)一個閾值。陽光的短波長紫外線是大多數(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，長波長的紫外光甚至可見光會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，溫度對材料老化的影響往往是非線性的。
2.1.3濕度
水會直接參與材料的老化反應(yīng)。相對濕度、露水和雨水是自然界中水的主要形式。研究表明，戶外材料每天會長時間處于潮濕狀態(tài)(平均每天8 ~ 12小時)。露水是室外潮濕的主要原因。露水比雨水更有害，因為它附著在材料上的時間更長，導(dǎo)致水分侵蝕更嚴(yán)重。
2.2測試方案
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。實驗室加速老化試驗采用QUV紫外線測試儀，室外暴露試驗地點為甘肅敦煌、海南萬寧和浙江杭州。
2.3樣品
本實驗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。因為每個樣品必須經(jīng)過4次測試、6次性能測試、4個破壞性評估項目和5個用于每次評估的重復(fù)樣品，所以為每個樣品準(zhǔn)備了480個重復(fù)樣品。
2.4測試儀器
QUV紫外線老化測試儀采用熒光紫外燈模擬陽光對耐用材料的傷害。對于不同的應(yīng)用條件，需要不同類型的燈來產(chǎn)生不同的光譜。UVA-340燈管對太陽光的短波長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光譜與太陽光譜對比
UVA-340燈管對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，對于特別耐用材料的驗證或質(zhì)量控制較有用。
QUV通過冷凝功能模擬露水對材料的傷害。加熱QUV試驗箱底部的水盤，產(chǎn)生水蒸氣。在QUV，樣本實際上形成了測試室的側(cè)壁，樣本的另一側(cè)暴露在房間周圍的空氣中。室內(nèi)相對較冷的空氣使樣品表面比測試室內(nèi)熱蒸汽的溫度低幾度。這種溫差會產(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，這可能會導(dǎo)致熱沖擊或機(jī)械侵蝕。
特別是只有QUV紫外線測試儀有冷凝功能。如前所述，室外物料每天會長時間處于潮濕狀態(tài)(平均每天8 ~ 12小時)。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以其獨特的設(shè)計真實地模擬了露水對戶外產(chǎn)品的影響。
2.5測試條件
2.5.1實驗室加速老化試驗條件
通過對QUV紫外線測試儀測試機(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材料的損傷，也可以模擬雨水噴淋對材料的熱沖擊或機(jī)械腐蝕。
因此，選擇了GB/T 31899-2015《紡織品紫外光老化試驗》中的試驗條件1。根據(jù)這個條件，總共測試了300小時。
2.5.2室外暴露試驗條件
室外暴露試驗選取了三個暴露地點，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。一共暴露了六個月。
2.6操作流程
在測試過程中，不僅要測試樣品的顏色變化，還要測試樣品的撕裂強(qiáng)度(經(jīng)緯)和斷裂強(qiáng)度(經(jīng)緯)。
QUV加速老化試驗進(jìn)行300小時，樣品每50小時評估一次。戶外暴露試驗共暴露6個月，樣品每1個月評價一次。
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個觀察者和鏡面反射包含條件，用于測量樣品的顏色變化。無論是QUV加速老化試驗還是戶外暴露試驗，大多數(shù)樣品的顏色變化都較。
3.2分析和討論
QUV加速老化試驗與室外暴露試驗的相關(guān)性研究，可參考美國材料試驗標(biāo)準(zhǔn)G 169中的精子分類方法。相關(guān)系數(shù)(rs)是指用兩種不同測試方法測試的一組樣品的測試結(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-兩列排序中每個組的秩數(shù)之差
無論是QUV加速老化試驗還是戶外暴露試驗，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加速老化試驗與樣品顏色變化室外暴露試驗的相關(guān)性。
通過/失敗法也可用于分析QUV加速老化試驗與室外暴露試驗的相關(guān)性。如果δE * 5.0視為“故障”。比較QUV加速老化試驗和室外暴曬試驗樣品顏色變化的“通過/不通過”，。QUV加速老化試驗和室外暴露試驗對樣品顏色的變化有很好的相關(guān)性。不過這次實驗用的7個樣品都是白色的，以后的實驗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測試樣品的撕裂強(qiáng)度，分別測試經(jīng)向撕裂強(qiáng)度和緯向撕裂強(qiáng)度。根據(jù)GB/T 3923.1，測試樣品的斷裂強(qiáng)度，分別測試經(jīng)紗斷裂強(qiáng)度和緯紗斷裂強(qiáng)度。對于大多數(shù)樣品，無論是QUV加速老化試驗還是室外暴露試驗，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加速老化試驗和戶外暴露試驗對試樣經(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
對比QUV加速老化試驗和室外暴露試驗的強(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加速老化試驗還是室外暴露試驗，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。但也可能是一個有效的產(chǎn)品研發(fā)實驗。
有幾種類型的老化測試或測試目的，如材料篩選、材料認(rèn)證和材料壽命預(yù)測。
在這個實驗中，戶外暴露3個月可能不是篩選材料的必要條件。然而，實驗室加速試驗可以通過增加輻照度和其他試驗條件來快速獲得結(jié)果。
對于材料認(rèn)證來說，由于所有樣品在戶外暴露時都會迅速降解，客戶首先要解決的問題是研發(fā)新材料，使其能夠承受3個月以上的戶外暴露，例如材料在戶外暴露3個月后強(qiáng)度保持率大于80%。在新材料耐室外暴曬3個月以上的基礎(chǔ)上，進(jìn)行實驗室加速試驗，找出合適的試驗條件，使其與室外暴曬有較好的相關(guān)性。
對于材料壽命的預(yù)測，也就是大家普遍關(guān)心的加速因子，也就是多少小時的實驗室測試相當(dāng)于幾個月的戶外暴露。沒有足夠的試驗數(shù)據(jù)來發(fā)現(xiàn)實驗室加速試驗和室外暴露之間的相關(guān)性，也沒有必要預(yù)測材料的使用壽命，因為“通過/失敗”數(shù)據(jù)已經(jīng)可以解釋材料的使用性能。
