纺织品紫外线防护性能测试方法和测试仪器

纺织品紫外线防护性能测试方法和测试仪器
电信071 李烨0703091014
摘要：阐述了纺织品紫外线防护性能测试方法，重点介绍了一种纺织品紫外线透过率测试仪器。

关键词：纺织品紫外线防护性能测试方法测试仪器计算机数据处理
由于大气层的变化，紫外线对地球的辐射作用也在变化，令人忧虑的是它对人体的伤害作用正在加剧。

紫外线能使皮肤失去弹性，老化，干燥和出现皱纹等。

一旦紫外线侵入到细胞核，就会损伤细胞中的遗传因子DNA，导致基因的突变，患皮肤癌。

而纺织品与人密切相关，因此人们正在积极研究如何利用纺织品进行紫外线防护，近年来国内对紫外线防护纺织品的研发取得了较大地进展，随着紫外线防护织物的不断开发和普及，这些织物对紫外线的阻断能力究竟如何就需要有专门的测试方法和测试仪器进行测试。

一、纺织品紫外线防护性能测试方法
国外从90年代初开始研究纺织品对紫外线的阻隔性能。

我国从95年开始列题，研究制定织物紫外线的透通性及其测试方法。

通常所说的紫外线是指波长200nm--400nm 的光线，针对不同波长紫外线的不同作用将紫外线分为三个区域：UVA（320--400nm）--UVA 能深入皮肤内部(真皮)，使皮肤色素沉淀，晒黑皮肤，称晒黑区。

还能使皮肤失去弹性，老化，干燥和出现皱纹等。

一旦受到大量UVA 的照射，会损伤细胞中遗传因子DNA，导致突然变异，患皮肤癌。

UVB（280--320nm）--UVB一部分被臭氧层吸收，另一部分到达地面。

人体长时间照射后，能使血管扩张，形成透过性亢进，使皮肤变红，出现皮炎红斑，严重的还会生成水泡，称红斑区。

UVC（200nm--280nm）--UVC能量大，穿透力强，对人类影响大，称杀菌区。

但大都已被大气层中的臭氧层和云雾等吸收。

1、测试方法: 目前应用较为普遍的方法有2种:分光光度计或分光辐射计法，紫外线强度计法。

1.1紫外线强度计法其原理为采用辐射波长为中波段紫外线(主峰波长为297nm)的紫外光源及相应紫外线接收传感器，将被测试样置于两者之间，分别测试有试样及无试样时紫外光的辐射强度，计算试样阻断紫外光的能力。

1.2 分光光度计或分光辐射计法——采用紫外分光光度计或分光辐射计测试织物的紫外线透过率。

紫外线透过率越小，表明织物隔断紫外线效果越好。

该方法是先检测紫外光谱区内各个不同波长下的透射率，再进行加权计算，求出防紫外指数。

这是目前国际上最流行和通用的方法。

澳大利亚/新西兰标准，英国标准，美国AATCC 标准，以及国际标准化组织和欧洲标准化委员会的最新标准提案均采用该方法。

我国正在制定的试验方法标准也是如此。

2 评价指标: 目前国际上评价纺织品防紫外性能的指标有：
2.1 UVR 透过率(GB T17032) 有试样时的UVR 透过辐射强度与无试样时的UVR 透过辐射强度之比。

2.2 UVR 透过率平均值试样对不同波段光谱透过率的算术平均值。

（T U V A: 波长3 2 0--400nm 时的透过百分率TUVB 波长280 320nm时的透过百分率）
2.3 UVR遮挡率(或阻断率) ——计算公式为
遮挡率(%)=100 TUVA
遮挡率(%)=100 TUVB
2.4 防紫外系数UPF—UPF 是皮肤无防
护时计算出的紫外线平均效应与有织物保护皮肤时计算出的平均效应的比值。

国内通常借用紫外分光光度计测试织物的紫外线透过率。

由于紫外分光光度计的紫外光源能量比较小，紫外光通常不能穿透象纺织品尤其是比较紧密的纺织品和片状材料一类的试样，因此接收器无法接收信号，对某些特殊的纺织品，紫外光虽然能够穿透，但投射到接收器上的信号非常微弱加上受紫外分光光度计接收器分辨率的限制，接收器通常无法接收或分辨信号。

而且紫外分光光度计只能测试试样在某一特定波长的透过率，要测试试样在某一波长范围如320—280nm 的透过率需要进行很多次测试，再进行复杂的计算才能得到结果加上紫外分光光度计投射到试样上的光斑太小，不能表征整个试样的光学特征。

由于上述种种原因，紫外分光光度计通常不便进行织物紫外线透过率的测试。

二、一种纺织品紫外线透过性能测试仪
山东省纺织科学研究院研制的LFY-801 紫外线透过率测试仪克服了采用紫外分光光度计测试织物紫外线透过率的不足，可以方便地测试各种织物对紫外线的 3 段宽带单色光：UVA(400--320nm)、UVB(320--280nm)和UVC(280--200nm)的透过性能。

使其在测试效率测试成本技术先进性和测试精度方面达到国际先进水平。

1、器的主要组成
①、可以调节的波长满足UVA UVB UVC的独立紫外光光源系统。

②、与外界有效隔离的试样室
③、响应波长范围为200--400 nm 的紫外线接收系统
④、辐射强度的数字转换
⑤、测试数据分析处理软件
⑥、整机自动控制系统
2、整机实施方案的框图形式表达如图1
3 技术指标：
①、紫外光光源波长范围为200--400 nm 可分为3 个波长区：U V A 400--320n m；UVB320--280nm；UVC280--200nm
②、辐射强度大于60W/m2
③、紫外光接收系统响应波长范围为280--400nm示值误差小于0.5%
④、测试结果表达：紫外线透过率TUVA波长320--400nm时的透过百分率；TUVB --波长280 320nm 时的透过百分率
TUVC --波长200 280nm 时的透过百分率
紫外线透过率平均值: TUVA T UVB T UVC 的算术平均值
紫外线遮挡率或阻断率:
遮挡率( )=100 TUVA
遮挡率( )=100 TUVB
遮挡率( )=100 TUVC
⑤、屏幕显示打印输出试验报告
4、具体实施方案
①、紫外光源及光路
在现有的电光源中含紫外光比较丰富的有氘灯、汞灯和氙灯3 种：
汞灯是一种体积小，高亮度的点光源，当汞灯被点亮并稳定后能够辐射出很强的紫外光，而且紫外线非常丰富，但其谱线是不连续的。

氘灯是热阴极弧光放电管管，内充有高纯度的氘气，外壳由气炼石英管制成，点燃后在光窗中能发射出190--400nm 的连续紫外光，因为其对使用条件的限制比较少，常被用作紫外光源，国内外紫外分光光度计就是用氘灯作紫外光源，其缺点是在通常的驱动电路情况下，发光强度比较小。

氙灯也称为超高压短弧氙灯，在高频高压激发下点亮发，光能够辐射出从紫外到近红外强烈连续光谱，光谱能量分布接近日光，色温600K，显色指数高: Ra=94 ，样品在氙灯照射下和日光照射下的情况非常相似。

但氙灯的驱动电路相对复杂，安装位置及连接方式都有特定要求，而且需要在风冷或水冷条件下才能够可靠工作。

在本仪器中，我们需要一种能够发出高强度连续紫外线的光源，显然这3
种光源都不理想，比较而言，氘灯较为接近我们的使用要求，因此我们选择氘灯作为紫外光源。

为了模拟太阳光照射的效果，我们希望光源照射到样品上的是平行光，因此在系统中采用了透镜组合，同时保证了照射到样品上的光斑不小于100mm2 大于通常织物循环结构的3（参见图2）。

②、宽带单色光
由光学原理可知，任何物质都具有吸收一定波长范围光线的能力。

纺织品是表面凹凸复杂的多孔材料，除了吸收光外，还会因漫反射使光的透过率降。

低所以一般纺织品都具有一定的阻挡紫外线的能力。

漫反射与纤维表面形态、织物组织结构和厚度等因素有明显关系。

而吸收光的能力与颜色的深浅密切相关。

光的透过则与因组织和纱支不同而引起纱线之间的间隙大小有关。

为了便于研究紫外线的防护性能，我们根据上述不同波长的紫外线对人体皮肤的渗透程度将紫外线分为 3 个波长区：UVA(400--320nm)、UVB(320--280nm)和UVC(280--200nm)称为3个宽带单色光。

我们采用干涉滤光片作为分光元件取代传统的光栅单色仪，原因是光栅单色仪可以在整个光谱范围内细分出各种特定波长的单色光，而本项目只需要3个宽带单色光。

另外干涉滤光片输出能量比光栅单色仪输出能量高得多这正是我们希望的。

三种干涉滤光片镀制时以中心波长为基准输出的光谱能量曲线如下：
③、试样暗室
为了排除外界杂散光的干扰我们将仪器的光学系统包括光源透镜滤光片样品夹持器和紫外线接收器件安装在一特制的试样暗室中
④、转换及A/D 转换
由于紫外光源氘灯的发光强度比较小，经过样品的遮挡到达接收器的光有可能比较微弱，这就需要紫外光感光器有比较高的灵敏度和精确度。

为此我们选择光电倍增管作为光电转换元件，该器件响应波长为：170nm--670nm 灵敏度高达10-9，而且线性非常好。

接收电路的输出信号电压为DC0--5V。

光电倍增管的高压驱动电源采用高压变压器电路。

A/D 转换采用PC-6319D 光电隔离A/D 转换接口卡该卡，采用三总线光电隔离技术，被测信号系统与计算机之间完全电气隔离，卡内含有高性能仪用放大器，具有极高的输入阻抗和共模抑制比并具有最高达1000 倍的放大增益，该A/D 转换卡分辨率为12，位转换时间10ms，系统最快转换速率为15KHz/s。

⑤、计算机自动数据采集及其软件
仪器采用计算机进行控制和数据采集、处理采用WINDOWS中文操作平台，编程环境为VB6.0。

可以在计算机屏幕上直观地显示动态测试数据和试样透过率直方图。

测试数据可以存盘保存也可以打印测试报告，同时具备历史测试数据查询功能。

三、结束语
经过试验证明，仪器虽然采用了典型的氘灯作为紫外光源，但特别设计的光源驱动电路和光学系统保证了投射到被测试样上或接收器上的紫外光具有足够的强度和光斑尺寸、光电倍增管作为紫外光接收器件，灵敏度高、线性好，保证了测试精度。

试样夹装装置设计合理。

采用计算机进行数据采集和分析处理，技术先进、测试精度高，性能可靠。

同一种织物的测试结果重现性好。

操作方便:操作顺序在屏幕上用中文提示,只要按几个键就可以完成测试全部过程。

仪器在采用先进技术的同时保证了较高的性能价格比。