防紫外线辐射原理

防紫外线辐射原理？防紫外线辐射机理？影响织物防紫外线辐射性能的因素？防紫外线其他因素的影响？

一．紫外线指数

由世界卫生组织与国际预防非电离辐射委员会、联合国环境规划署和世界气象组织共同制定的紫外线指数是国际公认的衡量紫外线辐射强度的标准尺度。紫外线指数是度量到达地球表面的紫外线对人类皮肤损伤的程度。紫外线对人类皮肤的损害是根据“红斑作用光驱曲线”做出的。这个光谱曲线已被国际光照委员会来采纳，用来代表人类皮肤对紫外线的平均反应。

世界气象组织及世界卫生组织建议的计算紫外线指数的方法为：亮度不同波长的紫外线强度，将不同波长的紫外线强度乘以“红斑作用光驱曲线”内对应的加权数值，以反映人类皮肤对紫外线的反应，将以上相乘的结果加起来，得出受红斑光谱加权后的总紫外线强度，单位是mW/m2。得出受红斑光谱加权后的总紫外线强度乘以0.04，得出紫外线指数（单位紫外线指数为25mW/m2）。列如，中午阳光强的15min内，紫外线到达地面的平均辐射量为100mW/m2，转换为紫外线指数为4。

紫外线指数从0级至15级，其中1级强度低，11级以上为危险级。通常，夜间的紫外线指数为0，热带、高原地区、晴天时的紫外线指数甚至能达到15.紫外线指数越多，表示紫外线辐射越强，其危险性也越高。紫外线到达地表的量随地理位置、季节、气候以及天气的不同而变化。紫外线指数与暴晒级数对应关系见表6-2，影响地面紫外线强度的因素见表6-3，紫外线指数、分级、对人体的影响及防护措施见表6-4。

二、防紫外线辐射机理

紫外线照射到织物上，一部分被吸收、一部分被反射，一部分透过织物。透过的紫外线对皮肤产生影响。在一般情况下，紫外线的透过率+反射率+吸收率=100%。因此，吸收率和反射率增高，透过率就降低，防护性能就优越。

紫外线的防护原理就是采用紫外线屏蔽剂对纤维、纱线或织物进行处理，从而达到防紫外线的目的。

防紫外线

三、影响织物防紫外线辐射性能的因素

织物防紫外线的能力，主要取决于织物本身屏蔽紫外线的能力。织物通常具有比较复杂的表面，他们除了吸收光线之外，还有散射和反射光线的作用。散射和反射作用要考虑织物本生的各种因素织物的组织结构、原纱结构、纤维品种和规律、织物色泽等。

1.防紫外线织物组织结构的影响

织物结构决定了织物的几何形态。织物结构宝库厚度、紧密度（覆盖系数或空隙率）等。织物结构紧密，覆盖系数大，紫外线透射率低，对人体的防护作用就大。稀松织物的覆盖系数低，不易遮蔽光线，其防护作用就小。紫外线保护系数（UPF）随着织物密度的增加而增大。厚重织物也有相似的情况。

（1）织物厚度：织物越厚，防紫外辐射性能越好。用未经过和经过防紫外线辐射整理的纯棉织物做实验，观察它们的UPF值分别随厚度变化而变化的规律。实验发现，未经整理的织物厚度和UPF值的关系很密切；但经过防紫外辐射整理后，即使织物本身厚度不大，也能得到较大的UPF值增大就不再明显。可见，夏季室外工作未必需要很厚实的衣服来防晒，只要对夏季常用面料进行适当的防紫外辐射整理，就能兼顾防晒和透湿排汗功能。

（2）织物紧密度：表征之物紧密度的指标通常为覆盖系数或孔隙率，两者基本上为互补关系。国内覆盖系数常用进度理论值表示，国外有的采用进度实测值。

很显然，为了获得高UPF值，就必须提高织物的覆盖系数。覆盖系数愈大，机织或针织结构愈紧密，织物的透气性就愈差。因而必须将高UPF至于夏季轻薄服装的凉爽、舒适性互相权衡。在这种情况下，双层组织、蜂窝组织等织物结构的开发利用具有明显潜力。

覆盖系数也可通过一系列整理工艺加以改变。列如，在拉幅机上超微可使织物产生收缩，提高覆盖系数。反之，如果织物经拉幅机拉伸（喂入不足），将会减小覆盖系数和织物的UPF值。通常用于获得尺寸稳定性的预缩工艺，可提高织物的覆盖系数，从而提高织物UPF值。薄性毛织物可通过轻度缩绒来提高覆盖系数。轧光工艺可使纱线扁平化，也能提高织物的覆盖系数。

在测试空隙率不同的防紫外线纯棉织物的UPF值的实验中发现，经过防紫外线整理的纯棉织物的空隙率P值由10%减小为2%，UPF之明显增大。这说明，又防紫外辐射性能较差的纤维（如棉、粘胶纤维等）制成的织物，UPF值较低，孔隙率大小对其影响相对较小，但防护整理后，孔隙率对纤维防紫外辐射性能的影响就变得非常明显。这说明对孔隙率的小薄型织物进行适当的防紫外线整理，时产生具有高UPF值轻薄面料的一种理想途径。

因此，孔隙率是营销防紫外线织物性能的一个先决条件，经验表明，孔隙率以1.5%为好。

（3）织物定重：织物定重是织物厚度、紧密度等的综合反映，生产者和贸易商都乐于采用，因此探求织物定量与UPF值的关系，有实用之处。

取棉、涤纶、粘胶纤维、亚麻、腈纶、锦纶和羊毛等不同纤维种类的织物各若干块（定重均不同），按纤维种类不同，分别计算这些织物定量与UPF值的相关程度。实验表明，织物重量与UPF值有很大的正相关影响。即织物越厚，UPF值越高。

防紫外线

2.防紫外线纤维和防紫外线纱线的影响

在织物组织结构相同的情况下，纤维种类不同，其紫外线透过率也不同。涤纶、羊毛纤维等比棉、粘胶纤维的紫外线透过率低，这是由于涤纶分子中含有苯环，羊毛、蚕丝等蛋白质纤维中含有氨基酸，这些基团对波长小于300nm的紫外光有良好的吸收性。麻类纤维具有独特的果胶质斜偏孔结构：苎麻、罗布麻纤维中间有沟状空腔、管壁多孔隙；大麻纤维中心有细长的空腔并与纤维表面纵向分布着的许多裂纹和小孔洞相连。由于这些结构上的原因是麻纤维不仅吸水性好，而且对声波和光波有很好的消除作用，因而具有较强的发紫外线功能。棉织物的防紫外线能力相对较差，是紫外线易透过的织物，因此对棉织物进行发紫外线整理为迫切。

经比较分析可知，涤/棉混纺比列为80/20的织物的紫外线屏蔽性能远比40/60的涤/棉织物更理想，而相同截面内纤维根数躲避纤维根数小的防紫外线能力强，异性纤维织物比普通圆形纤维织物的防紫外线能力强

3.防紫外线织物色泽的影响

每种染料的UVR吸收性能引起结构而异，可对织物的UPF值产生不同的影响。为获得可视颜色，染料必须有选择地吸收可见光辐射（400~800nm），所有染料的吸收带菌伸展到UVR光谱区（280~400nm），因此染料可起到UVR吸收剂的作用，吸收具有潜在危害的UVR射线。染料在UVR光谱区的哀减系数将决定其提高织物UPF的能力。

众多关于染色对织物UPF影响的研究报告指出，染色织物比为染色织物有较高的UPF值，并且随着织物色泽的加深，织物的紫外线透过率随之减小，即防紫外线辐射性能提高。以常规的涤纶产品做试验，不同色泽相同应的紫外线辐射透过率从小到大的顺序依次为：黑色的透过率为5%，藏青、红、深绿、紫色的透过率为5%~10%，绿色、淡红、淡绿、白色的透过率为15%~20%。由于染料颜色是该染料分子结构吸收可见光谱的特性反映，只有某些染料分子的吸收光谱延伸及化学纤维的消光处理也影响其紫外线透过特性。

燃料的色泽是由可见光区的吸收特性决定的，而UV区的吸收特性对色泽的影响不大。

4.防紫外线其他因素的影响

构成织物的不同纤维种类对织物UPF值有直接影响，特别是对白色（未染色）织物的UPF值具有较大影响。列入由漂白和粘胶纤维构成的白色织物具有相对较低的UPF值，而已完全相同方法，采用天然棉制成的织物则有较高的UPF值。这是由于天然棉中的色素、木质素等能吸收紫外线。

我们分别比较煮练、漂白、UVR吸收剂处理对9重纯棉织物平均UPF值的影响，试验用植物分别采用不同参数、不同的面纱制成。9种胚布的平均UPF值十分低，达不到低等级UPF15.松式煮练后，由于松弛和自然收缩的共同作用，导致了更高的覆盖系数，其直接结果是9种织物平均UPF值提高。漂白工艺除去了棉花中的色素、果胶等天然UVR吸收剂，9种织物经过漂白后其UPF值均明显减少。在这种情况下，对漂白棉施加UVR吸收剂SCJ—966，使平均UPF值大幅度提高，织物全部达到UPF为15的额定值或以上，其中2种达到和超过UPF值50+。

织物的UVR吸收性能取决于生产制造过程中所采用的加工方法，列入漂白、染色、施加消光剂、施加荧光增白剂、施加UVR吸收剂等。这些加工过程都会对织物的UVR吸收性能产生作用。

荧光增白剂的品种很多，虽然各种增白剂的化学结构和性能不同，但对纤维或织物的增白原理都是一样的。其增白原理主要是由增白剂分子中都含有共轭双键，具有良好的平面性，这种特殊的分子结构在日光照射下能吸收日光中的紫外线（波长300~400nm），发出蓝紫色光（波长420~500nm），蓝紫色光与纤维或职务上的黄光混合而变成白光，从而使纤维或织物明显变白。由此可知，织物的增白处理可影响织物的防紫外线性能。

植物防紫外线辐射性能的一般规律是：短纤维由于长丝纤维，加工丝产品好于原丝产品，细纤维织物比粗纤维织物好，扁平异形丝织物由于圆形截面丝织物，机织物好于针织物。oE9S7u