李治恩¹，孫杏蕾²，張恒²

1中國紡織科學(xué)研究院測試中心

2美國科潘諾實驗設(shè)備公司上海代表處

GB/T8427-2008標準解讀系列Ⅰ

摘要：本文是新版GB/T 8427標準解讀的第一部分。介紹了材料日曬色牢度測試原理，包括戶外日曬及氙燈加速日曬測試原理，重點分析了新版GB/T 8427標準中的測試條件，指出了標準中歐洲曝曬條件與美國曝曬條件之間的不同。

關(guān)鍵詞：GB/T 8427；ISO 105 B02；歐洲曝曬條件；美國曝曬條件；日曬測試；氙燈日曬機

1. 新版GB/T8427標準的背景

新版GB/T 8427《紡織品色牢度試驗?zāi)腿嗽旃馍味入　肥切薷牟捎肐SO 105 B02:1994標準[1]及其修改單對GB/T 8427-1998進行修訂后產(chǎn)生的。在紡織行業(yè)，GB/T 8427是一個廣泛用于耐光色牢度檢測的試驗方法標準，主要原理是利用氙燈光源來模擬紡織品的顏色在大氣環(huán)境下，因光照等因素的作用而加速產(chǎn)生的破壞。在解讀該標準之前，有必要了解大氣環(huán)境如何對材料和產(chǎn)品產(chǎn)生破壞。

2. 紡織品日曬色牢度測試原理

      2.1 戶外老化因素

老化損害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個都會引起材料老化，它們的共同作用，大于其中任一因素造成的危害。

      2.1.1光照

高分子材料的化學(xué)鍵對太陽光中不同波段的光線的敏感性不同，一般對應(yīng)一個閾值，太陽光的短波段紫外線是引起大部分聚合物物理性能老化的主要原因。如C-N（碳-氮）鍵的作用閾值是393nm。然而，對于某些顏料和染料，長波段紫外線甚至可見光也會對其產(chǎn)生破壞，造成變色或褪色。

       2.1.2溫度

溫度越高，化學(xué)反應(yīng)速度越快。老化反應(yīng)是一種光致化學(xué)反應(yīng)，溫度不影響光致化學(xué)反應(yīng)中的光致反應(yīng)速度，卻影響后繼的化學(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

水會直接參與材料老化反應(yīng)。相對濕度、露水和雨水等是自然界中水的幾個主要表現(xiàn)形式。研究表明，戶外材料每天都將長時間處于潮濕狀態(tài)（平均每天長達8-12個小時）[2]。而露水是戶外潮濕的主要原因。露水造成的危害比雨水更大，因為它附著在材料上的時間更長，形成更為嚴酷的潮濕侵蝕。對于戶內(nèi)用材料，一般只考慮相對濕度的影響。

     2.2 氙燈加速耐光測試

     2.2.1日光模擬

作為日曬機[3]的光源，氙燈可產(chǎn)生紫外線、可見光和紅外線，能夠很好地模擬全光譜太陽光。

氙燈產(chǎn)生的光譜用于測試前必須經(jīng)過過濾，減少不需要的部分紫外光譜。使用不同類型的玻璃濾光器可以得到不同的光譜。濾光器的使用取決于被測材料和產(chǎn)品最終使用條件。不同的過濾器過濾的紫外線的短波段的截止點不同，這將在很大程度上影響老化的速度和類型。有三類經(jīng)常使用的濾光器：日光過濾器，窗玻璃過濾器，紫外延展過濾器。在紡織品測試中一般選擇窗玻璃過濾器，下圖1所示是Q-Lab公司配備有過濾器的Q-Sun氙燈日曬機的光譜與透過玻璃的太陽光光譜之間的比較。

圖1 配備有窗玻璃過濾器的Q-Sun光譜和透過玻璃的太陽光譜之間的比較

      2.2.2輻照度控制

最新的氙燈日曬機需裝備有輻照度控制系統(tǒng)，如Q-Lab公司的Q-Sun氙燈日曬機使用的是太陽眼閉環(huán)控制系統(tǒng)，來提供穩(wěn)定的光照 。

在氙燈測試系統(tǒng)內(nèi)，輻照度控制非常重要。氙燈光譜范圍從295nm延伸到3000nm，最新的標準中要求，光強的控制基于點控制（如ISO 11341-2004[4], ASTM G 155-05a[5], ISO 4892-2:2003[6]等），控制點的選擇則基于模擬環(huán)境和檢測材料性能的不同，對于戶外環(huán)境，檢測材料的物理性能，一般采用340nm控制點；而對于室內(nèi)環(huán)境，檢測材料的變色和褪色，一般采用420nm控制點。在有些標準中也采用300-400nm的TUV控制。

      2.2.3溫度控制

氙燈測試設(shè)備中，溫度的控制很也重要，因為溫度影響材料老化的速率。氙燈日曬機一般是通過黑板溫度計或黑標溫度計來精確控制樣品表面溫度。一般歐洲的ISO標準大多使用黑標溫度計，而美國的一些標準則使用黑板溫度計。有些型號的氙燈日曬機還能同時控制箱體空氣溫度，以達到全面的曝曬環(huán)境溫度控制。

      2.2.4潮濕模擬

氙燈日曬機可以通過水噴淋或濕度控制系統(tǒng)來模擬潮濕的影響。水噴淋可以模擬雨水對戶外產(chǎn)品的熱沖擊和應(yīng)力腐蝕。濕度會影響某些物品（比如某些紡織品或油墨等）發(fā)生老化的類型和速度，在此類材料的測試標準中都建議控制相對濕度。

3. 新版GB/T 8427標準曝曬條件分析及歐洲和美國曝曬條件之間的差別

      3.1 藍色羊毛標樣

在新版GB/T 8427標準的6.1節(jié)中指出，歐洲曝曬條件使用標準4.1.1節(jié)中規(guī)定的藍色羊毛標樣1~8；同樣在標準的6.2節(jié)中也指出，美國曝曬條件使用標準4.1.2節(jié)中規(guī)定的藍色羊毛標樣L2~L9。藍色羊毛標樣1~8和L2~L9是類似的，但使用不同藍色羊毛標樣獲得的測試結(jié)果進行比較時，要注意到兩組藍色羊毛標樣的褪色性能可能不同，因此，兩組標樣所得結(jié)果不可互換。

      3.2 對輻照度的要求

在標準的“4.2.1.1風(fēng)冷氙燈設(shè)備”章節(jié)中，對過濾器（Window IR過濾器）的要求是：置于光源和試樣及藍色羊毛標準之間，使紫外光譜穩(wěn)定衰減。所用濾光玻璃的透光率在380nm～750nm之間至少為90％，而在310nm～320nm之間則降為0，同時要求氙弧光譜中所含紅外輻射量要穩(wěn)定地減少。

而在“4.2.1.2水冷氙燈設(shè)備”章節(jié)中，描述了兩種過濾器，都要求包括內(nèi)層和外層濾光玻璃容納和引導(dǎo)冷卻水流動。濾光器置于光源和試樣及藍色羊毛標準之間，使紫外光譜和部分紅外光譜可穩(wěn)定衰減。其中一種是對應(yīng)歐洲曝曬條件的，要求內(nèi)外過濾器都是IR過濾器并和窗玻璃外罩組成濾光系統(tǒng)（Window IR過濾器），濾光系統(tǒng)的透射率在380nm～750nm之間至少為90％，而在310nm～320nm之間則降為0。另一種是對應(yīng)美國曝曬條件的，要求內(nèi)過濾器為硼硅玻璃，外過濾器為透明鈉鈣玻璃（Window B/SL過濾器），起到阻斷較低波長的光譜輻射的作用，使到達試樣上的光譜輻射和與經(jīng)過一般窗玻璃后的大致相等。

以上提到的 Window IR過濾器和Window B/SL過濾器的光強截止點及適合標準見下表表1。

表1 Window IR過濾器和Window B/SL過濾器的比較

不過，無論是風(fēng)冷還是水冷氙燈設(shè)備，用輻照度計測得輻照量（單位面積輻照能），建議為42W/m2（波長在300-400nm），或1.10W/m2（波長在420nm）。

      3.3 對溫度及濕度的要求

標準的“6.1 歐洲曝曬條件”章節(jié)中，對通常曝曬條件的要求是：中等有效濕度，濕度控制標樣的色牢度為5級，最高黑標溫度50℃。

而“6.2 美國曝曬條件”章節(jié)中，對曝曬條件的要求是：黑板溫度(63±1)℃，試驗箱內(nèi)相對濕度(30±5)％，低有效濕度，濕度控制標樣的色牢度為6～7級。

      3.4 對設(shè)備的綜合要求

如果既要滿足GB/T 8427中的歐洲曝曬條件又要滿足其中的美國曝曬條件，那么對測試設(shè)備的要求是：同時配備藍色羊毛標樣1~8和L2~L9；同時配備Window IR過濾器和Window B/SL過濾器；同時配備黑板溫度計和黑標溫度計。具體來說，按下表2中的參數(shù)分別運行標準中的歐洲曝曬條件和美國曝曬條件。

表2 歐洲和美國曝曬條件的具體測試參數(shù)

也就是說同時滿足表2中歐洲和美國曝曬條件的測試參數(shù)的氙燈日曬機才真正滿足新版GB/T 8427標準的要求。

4. 結(jié)論

通過對新版GB/T 8427標準的解讀，不難發(fā)現(xiàn)，在這個廣泛使用的紡織品標準中其實包含了兩個不同的測試條件：歐洲曝曬條件和美國曝曬條件，也就是通稱的歐標和美標。并分別從藍色羊毛標樣、過濾器、輻照度、溫度和濕度等方面對這兩種曝曬方法進行比較。

參考文獻：

1.ISO 105 B02:1994，紡織品色牢度試驗B02部分：耐人造光色牢度：氙燈

2. Douglas M. Grossman, The rightchoice-UV fluorescent testing or xenon arc testing. PCI, March 10, 2006

3. 張恒，QUV和Q-Sun兩種有效測試耐候性和光穩(wěn)定性方法的比較，汽車工藝與材料，2006年第8期

4.ISO 11341:2004，色漆和清漆—人工老化和暴露－濾過的氙弧輻射

5.ASTM G 155-05a，用于非金屬材料暴露的氙燈測試設(shè)備

6. ISO4892-2:2003，塑料—實驗室光源下的暴露方法 第2部分:氙弧燈光源