溫 馨 楊榮靜 何秀玲 嚴 波 段冀淵

（1.上海交通大學，上海，200030；2.上海海關，上海，200135）

紫外線是一種位于太陽光譜高能區(qū)10 nm～400 nm波段、具有電磁輻射效應的不可見光，分為UVC、UVB、UVA3個波段，分別表示短波、中波及長波紫外線。由于UVC無法到達地表，一般只考慮UVB和UVA段對人體的影響，分別被稱為紫外線的“曬傷段”[1]與“曬黑段”[2]。近年來臭氧層遭受破壞日趨嚴重等相關報道[3?4]引發(fā)人們對紫外線輻射問題的重視，紫外線防護意識明顯加強，穿戴防紫外線功能服裝成為人們?nèi)粘３鲂械谋憬菔走x[5]。

研究表明，紫外線照射到織物表面時主要發(fā)生反射、吸收和透射效應，纖維種類、顏色、厚度、結構等因素會影響織物的紫外光學性能。為探究紫外線的光學傳播機理，分析成分與結構因素對織物紫外光學性能的影響，本研究選取無纖維織造結構的聚酯薄膜與聚酯織物作為試驗樣品，開展同成分、不同結構材料的紫外光學性能試驗，研究紫外線輻射機理，為材料防紫外線性能的數(shù)值仿真研究提供可靠參數(shù)，對防紫外線織物實際加工生產(chǎn)起到一定參考作用。

1 試驗部分

1.1 試驗樣品

所用的13塊透明聚酯薄膜試樣是由雙向拉伸原理制備而成的工業(yè)定制樣品，擠出機加熱熔融擠出厚片后在高彈態(tài)下通過外力作用拉制成二維試樣，分子鏈在薄膜平面方向上取向有序排列，具有精確且均勻的厚度值。薄膜制備原料與工藝完全相同，呈透明狀，僅厚度不同，按試樣厚度由小及大標號為PET1至PET13，厚度值分別對應于0.0125 mm、0.0250 mm、0.0500 mm、0.0750 mm、0.1000 mm、0.1250 mm、0.1500 mm、0.1750 mm、0.2000 mm、0.2500 mm、0.3000 mm、0.3500 mm、0.5000 mm；3塊100%聚酯本色織物未經(jīng)染整處理，呈天然的白色或淺黃色（近似認為沒有顏色差異），具有相同的纖維成分，試樣編號為F1至F3，其他相關參數(shù)見表1。

表1 聚酯織物基本參數(shù)

1.2 試驗儀器與環(huán)境

試驗儀器：PerkinElmerLambda 950型紫外可見分光光度計，檢測器的光譜范圍175 nm～3300 nm，UV/VIS的光譜帶寬為0.01 mm～5 nm，具備一套150 mm積分球。

試驗環(huán)境：恒溫恒濕實驗室，溫度（20±2）℃，相對濕度（60±4）%。

1.3 試驗步驟

使用紫外可見分光光度計分別對聚酯薄膜試樣與聚酯織物試樣進行反射率與透射率測試，獲得試樣在280 nm～400 nm紫外線波段內(nèi)的反射率與透射率。理想情況下，反射率、透射率、吸收率之和為100%。因此，可根據(jù)測試得到的反射率、透射率數(shù)據(jù)直接計算得到試樣的吸收率。通過紫外線在各試樣上反射率、透射率與吸收率分布情況的對比分析，探究同質薄膜和織物材料的紫外光學性能異同。

2 結果與討論

2.1 薄膜與織物透射率厚度梯度變化

選取310 nm～330 nm特征波段對薄膜紫外線透射率做厚度分布分析，以2 nm為間隔繪制曲線集，見圖1，對各曲線進行y=y0+A×e（R0×x）指數(shù)型擬合處理，見表2。隨波長增大，指數(shù)模型中R0絕對值減小，即短波區(qū)域內(nèi)紫外線透射率與厚度間的指數(shù)型擬合程度更高。這是由于波長增大，紫外線穿透能力上升，削弱了厚度因素對透射率的影響。

圖1 特征波長上聚酯薄膜試樣的厚度?紫外線透射率曲線

表2 聚酯薄膜試樣透射率與厚度的指數(shù)型擬合數(shù)值表

對聚酯織物試樣紫外線透射率做厚度梯度分析，見圖2。聚酯薄膜與聚酯織物紫外線透射率對厚度的指數(shù)型擬合均較好，紫外線對物體厚度穿透規(guī)律與材料織造結構相關性不大。

圖2 聚酯織物厚度?紫外線透射率曲線

2.2 薄膜與織物紫外光學性能變化

聚酯織物的紫外光學性能變化見圖3。由圖3可知，隨波長增大，織物紫外線吸收率變化與透射率、反射率變化相反，即吸收率單調遞減，反射率與透射率單調遞增，且反射率的增幅遠大于透射率，變動范圍在（0%，75%）?？椢锿干渎氏鄬^低，主要以反射和吸收為主，試樣厚度越大，透射率越低，紫外線反射率與吸收率越高，且紫外線波長越大，數(shù)值差異越明顯。

圖3 不同厚度聚酯織物的紫外線反射率/透射率/吸收率?波長圖

聚酯薄膜的紫外光學性能變化見圖4。由圖4可知，13個聚酯薄膜試樣總體變化趨勢相近。由圖4（a）可知，各試樣的反射率?波長曲線近似為豎直方向上的平移關系，相較圖3（a），曲線變動情況更復雜，數(shù)據(jù)變動范圍減小，整體變化區(qū)間在（6%，17%），380 nm波長處出現(xiàn)一個極小值點。由圖4（b）、圖4（c）可見，透射率曲線單調遞增，吸收率曲線單調遞減，大體上呈厚度越大，透射率越低、吸收率越高的變化趨勢，與圖3（b）、圖3（c）變化規(guī)律一致。310 nm～330 nm特征波段內(nèi)薄膜紫外線透射率相較于織物大幅上升，吸收率大幅下降，且薄膜厚度越大，透射率在紫外線波段上的積分面積減小，吸收率積分面積有所增大，反射率一直處于較低水平，變化不明顯。

圖4 不同厚度聚酯薄膜的紫外線反射率/透射率/吸收率?波長圖

選取厚度值相近的薄膜試樣PET11與織物試樣F1作對比，見圖5。在中波紫外線波段內(nèi)（280 nm～315 nm），薄膜與織物各數(shù)值差異小，曲線重合度高。在長波紫外線波段內(nèi)（315 nm～400 nm），薄膜反射率變化平緩，織物反射率明顯遞增，遠高于薄膜，數(shù)值差隨紫外線波長增大而增大；薄膜紫外線透射率相較于織物大幅上升，絕對差值高達70%；織物在各波長上的紫外線吸收率均大于薄膜?？梢娋埘ケ∧づc聚酯織物的紫外光學性能存在一定差異。

圖5 薄膜與織物的紫外線反射率、透射率、吸收率對比圖

分析其原因，一方面，相比表面光滑的薄膜，織物由于表面不平整因而具有更大表面積，可增強界面對紫外線的漫反射，其紫外線反射率遠大于薄膜；另一方面，織物具有復雜的編織結構，部分紫外線在纖維多重反射與折射下被吸收，薄膜內(nèi)部分子鏈段在平面方向上取向，對紫外線吸收效果不佳，因此在紫外線波段上織物的吸收率均高于薄膜。由反射率、吸收率與透射率三者的等量關系，穿透薄膜的紫外線輻射量大于織物，因此薄膜的紫外線透射率高于織物。

3 結論

本研究以聚酯纖維織物和無纖維織造結構的聚酯薄膜為試樣，分析了兩種材料的紫外光學系數(shù)與紫外線透射率的厚度梯度分布，對相同組成成分而內(nèi)部結構不同的材料紫外光學性能進行了比較研究，得出以下結論。

（1）紫外線對材料在厚度梯度上的穿透規(guī)律一致，均呈指數(shù)型變化，材料內(nèi)部的織造結構因素對其影響不大。

（2）織物與薄膜的紫外光學變化趨勢相近，即反射率、透射率單調遞增而吸收率單調遞減，且厚度越大，透射率降低、吸收率升高，表明紫外線在同成分物質上的傳播機理相同。

（3）薄膜與織物成分相同，但編織結構不同。厚度相近時，織物相較薄膜具有更強的反射與吸收效應，這是由于編織結構使其具有更大表面積，加強了漫反射效應，織物內(nèi)部縱橫的纖維使紫外線傳播光路更為復雜，加強了紫外線的吸收，因此，聚酯織物的防紫外線能力優(yōu)于聚酯薄膜。