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纺织品防紫外线性能检测标准发展近况

纺织品防紫外线性能检测标准发展近况
【摘要】目前尚无全球统一的防紫外线纺织品的检测标准,各国制定的各种标准全部采用了仪器测试法来测定样品的防紫外线性能,UPF值和一定波段的紫外线透射率是表征纺织产品防紫外线性能的基本参数。纺织品防紫外线性能的标准体系大致由试样预处理、性能测试和分级标签三部分组成,如美国和UV Standard 801标准,但欧洲、澳洲和中国标准是由性能测试和分级标签二部分组成。试样预处理以美国标准最为剧烈,国际检测协会的UV Standard 801标准次之。各国标准在紫外线性能测试方法上基本相同,但在试样准备和分级标签方面却有着较大不同。人类六种不同的皮肤类型对防紫外线产品的要求不同,欧美买家对防紫外线纺织产品的检测标准和性能要求也会因最终用途而不同。
0 前言
上世纪90年代,日本首先生产了防紫外线织物。目前,提高纺织品防紫外线性能的途径大致有四个,一是直接选用具有较好抗紫外线性能的纤维为原料来生产纺织品,如亚麻、涤纶纤维等;二是改变面料的组织结构,如增加面料的厚度、密度等;三是在纺织纤维纺丝时添加陶瓷微粒以反射紫外线,达到防紫外线的作用;四是对织物进行防紫外线后整理,如将织物浸染紫外线吸收剂或阻断剂,或在织物表面进行防紫外线涂层整理等。
紫外线辐射根据其生物效应分为三个部分:长波紫外线辐射(UV-A,315-380 nm),适量吸收可促进维生素D的生成,有利于钙的吸收,但过量会使皮肤老化,可能引起皮肤癌。中波紫外线辐射(UV-B,280-315 nm),过量会引起细胞内的DNA改变,细胞的自身修复功能减弱,免疫机制减退,引起皮肤红肿和灼伤,甚至可能引起皮肤癌和白内障。短波紫外线辐射(UV-C,200-280 nm),其危害甚于UV-B,但由于大气层的吸收很少到达地面。UV-B是人体产生红斑、致癌的主要波段。
防紫外线纺织产品出现以后,澳大利亚和新西兰两国于1996年首先推出了抗紫外线防护服测试方法标准“日光防护服评定和分级” (AS/NZS4399),随后陆续有中国国家标准“纺织品—防紫外线性能的评定”(GB/T 18830)、 欧洲标准“纺织品—日光紫外线防护性能—服装面料试验方法”(EN13758.1)、“纺织品—日光紫外线防护性能—服装的标记和分级”(EN13758.2+A1)、美国“紫外线传输测试前纺织品制备规程”(ASTM D 6544)、“紫外线防护纺织品标签指南”(ASTM D 6603)、美国“纺织品透过或阻碍紫外线的性能测试”(AATCC 183)、国际测试协会的“授为UV标准801标签的消费品的一般和特殊条件”(UV-Standard 801)等标准出台,中国国家质量监督检验检疫总局近期又起草了出入境检验检疫行业标准“进出口纺织品防紫外线性能检验规范”,大大完善了防紫外纺织产品的性能评价和检测标准化。
1. 防紫外线的测试方法
目前国际上尚无统一的防紫外线测试标准。防紫外线的测试方法大致分为直接测试法和仪器测试法。
直接测试法包括人体测试法和变色褪色法,具有简便、快速、重现性差等特点,人体测试法受人体间的皮肤差异存在较大的系统偏差,且测试对人体有害。
仪器测试法包括紫外线强度累计法、紫外线法和分光光度计法。欧盟标准、澳大利亚/新西兰标准、英国标准、美国AATCC标准和中国标准均采用分光光度计法。该法主要是通过稳定的UV光源产生波长为290-400 nm的紫外线射线,通过单色器照射试样,收集总的光谱投射射线,测定出总的光谱投射比,并计算试样的紫外线透射率和防护系数UPF值。
UPF值是指皮肤无防护时计算出的紫外线辐射平均效应与皮肤有织物防护时计算出的紫外线辐射平均效应的比值。也可认为是纺织品被采用后,紫外线辐射使皮肤达到某一损伤(如红斑、眼损伤、致癌临界剂量)所需时间阚值和不用纺织品时达到同样伤害程度的时间阚值之比。因此,根据着眼点不同,以及人体皮肤的差异,某一纺织品将有许多UPF值,但一般常以致红斑的UPF值为代表。
2 纺织品防紫外线性能检测标准
2.1   澳大利亚和新西兰标准
澳大利亚和新西兰率先制订了“日光防护服评定和分级(AS/NZS 4399,Sun protective clothing-Evaluation and classification)”标准,主要用于确定紧贴于皮肤的防护纺织品、服装和其它防护用品(如帽子)的紫外线透射率,同时提出了对抗紫外线辐射标签的要求,是测试方法与标签要求结合为一体的标准。织物样品必须在干态及松弛的状态下进行测试,每种样品要求测四块,两经两纬,试样不需预调湿,但对测试环境有着与众不同的要求(相对湿度50%±20%)。测试得到的各个波长下的紫外线透射率可按波长分别计算出UV-A与UV-B的平均透射率以及样品的UPF值,然后按照给定的公式进行校正,最终得到样品的UPF值,标准涉及如何去除织物荧光性对测试结果的影响,提出了对纺织品防护等级的分类及标签的标注等要求。
表1  澳大利亚/新西兰标准确定的UPF数值及防护等级
UPF范围   防护分类   紫外线透过率(%)   UPF标识
15-24 较好防护   6.7-4.2   15,20
25-39 非常好的防护  4.1-2.6   25,30,35
40-50,50+  非常优异的防护    ≤ 2.5 40,45,50,50+
2.2   2.2防紫外线欧洲标准
与澳洲标准不同,欧洲纺织品的防紫外线标准是由测试和分级标签两部分标准
组成的。织物测试标准“EN13758.1 纺织品-日光紫外线防护性能-服装面料试验方法”(Textiles-Solar UV protective properties-Part 1: Method of test for apparel fabrics)是根据英国标准BS 7914:1998由英国和北爱尔兰于2006年联合修订的,该标准主要是针对服装面料紫外线防护性能的测试,不适用于那些提供远距离防紫外线保护的产品如雨伞、遮阳物等。测试的样品分为匀质和非匀质两类,匀质面料需要测试四块,非匀质面料则根据颜色或结构的不同分别测试两块,分别测得UVA、UVB紫外线透射率平均值和UPF值,该标准特别说明,拉伸状态以及湿态下会降低纺织品防紫外线性能。
服装分级和标签标准“EN13758.2:2003+A1:2006 纺织品-日光紫外线防护
性能-服装的标记和分级”(Textiles-Solar UV protective properties-Part 2 : Classification and marking of apparel)是根据英国标准BS 7949:1999制定的,适用于防紫外线服装。该标准对测试的服装的款式作了要求,服装面料在按照EN 13758.1的要求进行防紫外线测试后,只有满足了如下条件后,才认可服装产品具有防紫外线性能,可使用规定的紫外线防护标志(表5)。
UPF值(各面料的最小UPF值)         > 40 
UVA透射率                          < 5%
2.3   2.3防紫外线美国标准
美国纺织品防紫外线性能标准与澳洲和欧洲标准都不一样,增加了样品模拟实际应用的预处理和湿态测试内容,整个标准体系由预处理、测试和分级标签三个标准组成。
纺织品预处理标准“ASTM D 6544 紫外线传输测试前纺织品制备规程”(Standard Practice for Preparation of Textiles Prior to Ultraviolet Transmission Testing) ,适用于标注为日光或紫外线防护织物或服装,在进行紫外线传输测试前,模拟日常使用过程对纺织品试样进行洗涤(根据服装护理标签分别进行40次手洗、机洗或干洗)、日晒(进行100AFU的光照)和氯池水洗涤(按照AATCC 162标准 )预处理,该预处理过程相当于产品正常使用约两年。然后按照AATCC 183进行防紫外线性能测试,则可得到纺织品使用两年后的残留紫外线防护水平。
防紫外线性能测试方法标准“ AATCC 183 纺织品透过或阻碍紫外线的性能测试”(Transmittance or Blocking of Erythemally Weighted Ultraviolet Radiation through Fabrics),用于测试防紫外线织物的阻隔或透过紫外线辐射的能力,测试的样品分为干态(样品平衡4h,21℃,RH 65%)、湿态(轧液率150%,塑料膜包裹)两种,分别按不同要求准备样品后进行测试,在织物样品上紫外线投射率最大的区域测试三次,得到平均紫外线透射率,据此计算UPF值、UV-A和UV-B的平均透射率,以及UV-A和UV-B的紫外线阻隔率。
分级标签标准“ASTM D 6603 紫外线防护纺织品标签指南”(Standard Guide for Labeling of UV-Protective Textiles) 规定了UVA和UVB紫外线防护纺织品标签的要求。纺织品在按照AATCC 183进行紫外线防护测试前,样品可以是三种状态,即原样(未经预处理的样品)、一次水洗样品和预处理(按标准ASTM D 6544标准要求)样品。根据实际需要对不同状态的样品测定UPF值,然后根据三种状态
表2  ASTM D 6603的UPF数值及防护等级
UPF范围   防护分级
< 15  不能标为防晒或防紫外线产品
15-24 良好的防紫外线性能
25-39 非常好的防紫外线性能
≥ 40  非常优异的防紫外线性能
中最低的UPF值来确定服装的紫外线防护等级,并进行标识。标准规定紫外线防护等级分为四级(见表2),UPF值低于15时不能标注为防紫外线产品。
2.4   2.4防紫外线中国标准
中国国家标准分别吸收了澳洲和欧洲标准的特点,于2002年制定了“GB/T 18830 纺织品-防紫外线性能的评定”标准,规定了织物的防日光紫外线性能的试验方法、防护水平的表示、评定和标识,与澳洲标准AS/NZS 4399 一样是一个综合标准,既对测试方法做了要求,也规定了织物紫外线防护性能的评定和标签标注。该标准要求,测试时匀质样品每种需取四块,非匀质样品按颜色或结构每种取2块。按照测试的光谱透射比分别计算UV-A、UV-B平均透射比和平均UPF值,无论是均质还是非均质材料,以所测试样中最低的UPF值作为试样的UPF值,被测试的纺织品满足下列条件时,才可标注为防紫外线产品:
UPF值     > 30
T(UVA)AV < 5%
UPF值大于50时,标识为为50+。此标准适用于任何织物,但要求注明长期使用以及在拉伸状态或潮湿态下使用会降低防紫外线性能。
2.5   2.5防紫外线国际测试协会标准
总部设在瑞士的国际测试协会(Institute of the International Testing Association)则针对澳洲标准AS/NZS 4399:1996的不足,制定了标准“UV-标准 801”(UV-Standard 801) ,该标准对UPF值的测试仍采用澳洲标准AS/NZS 4399,但对试样却有着很大不同,增加了磨擦处理、洗涤(水洗和干洗)、拉伸和湿态等试样处理过程,模拟了产品在正常使用过程中经常会出现的一些情况或要求。对产品进行相应的测试认证后,可颁发有效期不超过一年的证书。
测试样品可分为两类,一是服装和面料,需要对织物样品在未处理、磨擦后、洗涤(水洗或干洗)后三种状态下分别进行拉伸和湿态拉伸的UPF值测试,通常需要6-8个样品;二是遮阳纺织品(如阳蓬、阳伞、窗帘等),需要对样品在未处理、日晒处理两种状态下进行拉伸和湿态拉伸的UPF值测试,一般需要4个样品。防紫外线性能测试和评定标准均参照AS/NZS 4399,测试后可选择的标签的UPF值有:
表3  UV标准801测试要求
试样类型   1   2
负   荷    磨擦       +     -
洗涤(水洗、干洗)       +     -
日晒       -     +
UPF测试   未处理样       +     +
磨擦样     +     -
水洗样     +     -
干洗样     +     -
日晒样     -     +
测试次数      3 或 4       2
注:试样类型1为服装和面料(如运动装、休闲装等);2为遮阳纺织品
(阳光防护纺织品,如遮阳篷、窗帘、阳伞等)。         
2,5,10,15,20,30,40,60,80。与AS/NZS 4399相比,采用UV-Standard 801测定的UPF值一般会有明显的减小,因前者试样的测试条件为未处理、干态和未经拉伸。
UV 标准 801 将人类的皮肤根据肤色等特点分成了六类(表4),不同肤色对紫外线的防护能力有着一定的区别,肤色越浅越不利,皮肤类型I与II容易患皮肤类疾病,抵抗紫外线的能力较低,其对抗紫外线产品性能的要求较高。
表4  皮肤分类
皮肤类型   特征   6月阳光无防护照射30分钟后的皮肤反应  皮肤自身防护时间  示例
I   肤色亮白;
有雀斑;
金发或红发;
眼睛绿色或蓝色    容易晒伤
不会晒黑   5-10分钟 
II  肤色亮白;
金发;
眼睛绿色或蓝色    容易晒伤
稍有晒黑   10-20分钟
III 深色头发
棕色眼睛   轻度晒伤
明显晒黑   20-30分钟
IV  深色皮肤
深色或黑色头发
棕色眼睛   无晒伤
容易晒黑   约45分钟 
V   深色皮肤
黑色头发
深色眼睛   无晒伤 约60分钟 
VI  黑色皮肤
黑色头发
黑色眼睛   无晒伤 约90分钟 
3  3各标准间的差异点
各国进行防紫外线性能评定的标准都是以UPF值为主,适当考虑UVA或UVB的平均透射率。美欧和中国标准参照了美国的太阳光谱辐照度,澳洲和UV Standard 801标准参照了澳大利亚的太阳光谱辐照度。美国和欧洲按测试(试样预处理)和分级标签分别制定标准,中国和澳洲将测试和分级标签归于一个标准,UV Standard 801则要求对产品进行测试认证。在防紫外线性能测试标准体系中,美国强化了织物试样的预处理(模拟实际应用二年,对试样进行40次洗涤、日晒和氯池水处理)标准要求,UV Standard 801也在澳洲标准的基础上增加了模拟实际应用的预处理内容(磨擦、洗涤、干湿态拉伸)。而欧洲和中国标准则未对试样预处理做出规定,侧重于测试和分级标签,在考虑实际应用后的产品性能方面略显欠缺。
表5  各国抗紫外线测试方法标准间的差异
美国标准   欧洲标准   澳洲标准   中国标准
适用范围   干、湿态和拉伸状态的织物 服装面料   干态且非拉伸态的未处理纺织品    所有纺织品
样品数量   2(一干一湿) 4   2经2纬   4
非匀质样品 每种颜色和结构至少1个样品  每种颜色和结构至少2个样品  每种颜色至少1个样品 每种颜色和结构至少2个样品
调湿   需要   需要   不需要 需要
试验环境   干态试样,温度21oC±1oC相对湿度65%±2%   温度20oC±2oC相对湿度65%±2%  温度20oC±5oC相对湿度50%±20%   温度20oC±2oC相对湿度65%±2%
参照的日光光谱辐照度 美国新墨西哥州Albuquerque市7月3日夏季中午  美国新墨西哥州Albuquerque市7月3日夏季中午   澳大利亚墨尔本市1月1日冬季中午   美国新墨西哥州Albuquerque市7月3日夏季中午
修正标准偏差  否  是  是  否
抗紫外线要求  UPF≧15, 分三类防护等级  UPF>40,匀质试样UV-A平均透射率<5% UPF≧15,分三类防护等级  UPF>30,UV-A平均透射率<5%
对于如何判断纺织品是否具有防紫外线性能,美国和澳洲标准确定为UPF≥15, 欧洲标准为UPF>40(UVA透射率<5%),中国标准为UPF>30(UVA透射率<5%),UV Standard 801则未作要求。美国和澳洲标准虽然都将防紫外线产品的最小UPF值定为15,但其所测试的样品却因是否进行过预处理而有着很大不同,故二者没有可比性。世界各国对防紫外线纺织产品的判定标准有着较大不同,测试方法也不尽相同(见表5)。
4   欧美客户对防紫外线产品的要求
欧美买家对防紫外线纺织产品(如沙滩装、泳装、遮阳纺织品等)有着不同的要求,也会采用不同的标准。欧美客户对防紫外线纺织品的采购要求都是以最终产品用途为依据,而多不是根据织物类型和整理工艺而定。就防紫外线纺织产品而言,美国客户一般都要求对产品进行相应的预处理,按AATCC183标准测试后,再以ASTM D 6603标准来评定产品的防紫外线能力,根据产品用途确定所需要的产品防紫外线等级和不同的UPF值(见表6)。而欧洲客户则以EN 13758.2标准为评判产品的防紫外线性能,要求抗紫外线产品的UPF值在40以上,但也有少数欧洲客户要求采用BS 7914标准来测定产品的防紫外线性能。
表6   国际买家采购要求
公司名称   测试标准   纺织品类型 预处理 最低要求
加拿大著名服装公司   AATCC 183  防紫外线织物和服装   原样、水洗20次   UPF值35
世界著名童装公司  AATCC 183  泳帽     织物原样、干态  UPF值25
美国大型仓储零售公司 AATCC 183  防紫外线功能性面料   洗涤40次、100AFU日晒、氯池水洗    实测结果
防紫外线整理面料、成人外衣  原样、三次水洗    UPF值30
5   结语
目前尚无全球统一的防紫外线纺织品的检测标准,各国根据各自的实际情况制定了不同的预处理、测试和分级标签标准。各种标准全部采用了仪器测试法来测定样品的防紫外线性能,UPF值和一定波段的紫外线透射率是表征纺织产品防紫外线性能的基本参数。纺织品防紫外线性能的标准体系大致由试样预处理、性能测试和分级标签三部分组成,如美国和UV Standard 801标准,但欧洲、澳洲和中国标准是由性能测试和分级标签二部分组成。试样预处理以美国标准最为剧烈,国际检测协会的UV Standard 801标准次之。各国标准在紫外线性能测试方法上基本相同,但在试样准备和分级标签方面却有着较大不同。人类六种不同的皮肤类型对防紫外线产品的要求不同,欧美买家对防紫外线纺织产品的检测标准和性能要求也会因最终用途而不同。

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