防护服复合面料的紫外线屏蔽性能及耐久性研究

引言

随着全球气候变化和臭氧层破坏问题的加剧，紫外线（UV）辐射对人类健康的威胁日益显著。长期暴露在强烈的紫外线下不仅会导致皮肤晒伤、老化，还可能引发皮肤癌等严重健康问题。因此，开发具有高效紫外线屏蔽能力的防护服装成为纺织科学领域的重要研究方向。其中，复合面料因其优异的物理化学性能和可设计性强等特点，广泛应用于防护服材料的研发中。复合面料通常由多种不同材质的织物通过粘合、层压等方式结合而成，使其在保持良好透气性和舒适性的同时，具备更强的紫外线防护功能。此外，考虑到实际应用环境，防护服的耐久性同样至关重要，包括其抗紫外线衰减能力、洗涤稳定性以及机械强度等方面。本文将围绕防护服复合面料的紫外线屏蔽性能及其耐久性展开探讨，分析不同材料组合对紫外线防护效果的影响，并结合国内外相关研究成果，评估各类复合面料在实际使用中的稳定性和使用寿命。

紫外线辐射对人体的影响

紫外线辐射是太阳光谱的一部分，根据波长可分为UVA（320–400 nm）、UVB（280–320 nm）和UVC（100–280 nm）。其中，UVC因大气臭氧层的吸收作用几乎无法到达地球表面，而UVA和UVB则对生物组织产生较大影响。研究表明，UVB主要作用于皮肤表层，可导致红斑、晒伤，并与皮肤癌的发生密切相关；UVA则能穿透至真皮层，加速皮肤老化并促进黑色素瘤的发展（Diffey, 2002）。据世界卫生组织（WHO）统计，全球每年约有200万人因紫外线暴露患非黑色素瘤皮肤癌，另有13万人罹患黑色素瘤（World Health Organization, 2021）。此外，紫外线还会损伤眼睛，增加白内障和黄斑变性的风险（Taylor et al., 1988）。因此，采取有效的紫外线防护措施对于维护人体健康具有重要意义。

防护服复合面料的紫外线屏蔽机理

防护服复合面料的紫外线屏蔽性能主要依赖于其材料组成和结构设计。一般来说，紫外线屏蔽机制可以分为物理屏蔽和化学吸收两种方式。物理屏蔽主要依靠纤维本身的反射和散射作用，减少紫外线的透过率，而化学吸收则依赖于特定添加剂或涂层材料对紫外线的吸收能力。常见的紫外线屏蔽纤维包括聚酯纤维（PET）、聚酰胺（PA）、聚丙烯（PP）等，这些材料本身具有一定的紫外线阻隔能力，但其防护效果往往受限于纤维密度、织物厚度和孔隙率等因素。为了提升防护性能，许多研究采用金属氧化物纳米颗粒（如TiO₂、ZnO）作为涂层材料，以增强紫外线吸收和散射能力（S. S. Ray & Bousmina, 2005）。此外，多层复合结构可以通过叠加不同材质的防护层，提高整体屏蔽效率。例如，一些研究发现，采用聚酯/棉混纺面料与纳米涂层结合的方式，可使紫外线透过率降低至5%以下（Li et al., 2016）。

复合面料的紫外线屏蔽性能测试方法

为了准确评估防护服复合面料的紫外线屏蔽性能，研究人员通常采用标准化测试方法进行测量。国际上广泛使用的标准包括澳大利亚/新西兰标准AS/NZS 4399:1996《纺织品—防紫外线辐射性能评定》和欧洲标准EN 13758-1:2001《纺织品—日光紫外线防护性能—第1部分：服装用纺织品的紫外线防护性能测定》。这些标准规定了紫外线防护因子（UPF）的计算方法，即未被织物阻挡的紫外线辐射量与透过织物的紫外线辐射量之比。UPF值越高，表明织物的紫外线防护能力越强。一般而言，UPF值达到15–24为“良好”，25–39为“非常好”，40及以上则被视为“极佳”（CIE, 2003）。

实验过程中，通常使用分光光度计或积分球系统测量织物在290–400 nm波长范围内的紫外线透过率，并据此计算UPF值。此外，还可以通过紫外成像技术观察织物表面的紫外线透射分布情况，从而更直观地评估其防护效果（Afaq et al., 2012）。近年来，随着计算机模拟技术的发展，数值仿真方法也被用于预测织物的紫外线屏蔽性能，提高了研究效率（Gupta et al., 2017）。

不同材料复合对紫外线屏蔽性能的影响

复合面料的紫外线屏蔽性能受多种因素影响，其中材料的选择尤为关键。不同的纤维类型、涂层材料以及复合工艺都会对最终的防护效果产生显著影响。研究表明，天然纤维如棉、麻虽然具有良好的透气性和舒适性，但其紫外线防护能力相对较弱，UPF值通常在5–10之间（Al-Azemi et al., 2010）。相比之下，合成纤维如聚酯、尼龙和聚丙烯由于分子结构较为致密，能够有效阻挡紫外线的透过，UPF值可达30以上（Rastogi et al., 2010）。

为了进一步提升防护性能，研究人员尝试将功能性纳米材料引入复合面料。例如，二氧化钛（TiO₂）和氧化锌（ZnO）纳米颗粒因其优异的紫外线吸收能力，被广泛应用于纺织涂层领域。研究表明，在棉织物上涂覆TiO₂纳米颗粒后，其UPF值可从10提高至50以上（Shirvanimoghaddam et al., 2016）。此外，碳纳米管（CNTs）也被证明能够有效增强织物的紫外线屏蔽性能，同时不影响其透气性（Wang et al., 2018）。

除了单一材料的优化，多层复合结构的应用也取得了良好效果。例如，采用聚酯/棉混纺面料与纳米涂层结合的方式，不仅提升了紫外线防护能力，还改善了织物的耐磨性和耐用性（Li et al., 2016）。类似地，三层复合结构（如聚酯+纳米涂层+涤纶）在实验室测试中显示出更高的UPF值，且在多次洗涤后仍能保持较好的防护性能（Zhao et al., 2019）。

防护服复合面料的耐久性评估

防护服复合面料的耐久性直接影响其在实际应用中的防护效果。即使某种面料在初始状态下具有较高的紫外线屏蔽能力，如果其耐洗性、抗磨损性或抗氧化性能较差，也会导致防护效果迅速下降。因此，在评估防护服复合面料时，必须综合考虑其在不同环境条件下的稳定性。

1. 耐洗性

耐洗性是衡量防护服耐久性的关键指标之一。频繁洗涤可能导致织物纤维松动、涂层脱落，从而降低紫外线屏蔽性能。研究表明，经过多次洗涤后，未经特殊处理的棉织物UPF值可能会下降50%以上（Al-Azemi et al., 2010）。相比之下，采用纳米涂层处理的织物在洗涤后仍能保持较高的UPF值。例如，一项针对TiO₂纳米涂层棉织物的研究发现，在经过50次洗涤后，其UPF值仅下降约10%，表现出良好的耐洗性能（Shirvanimoghaddam et al., 2016）。

2. 抗磨损性

防护服在使用过程中不可避免地会受到摩擦和拉伸，因此抗磨损性也是重要的耐久性指标。高强度纤维如聚酯和尼龙在抗磨损方面表现优异，而棉纤维则容易因反复摩擦而断裂，导致织物结构疏松，进而影响紫外线屏蔽效果。研究显示，采用聚酯/棉混纺面料与纳米涂层结合的复合结构，不仅能提升抗磨损性能，还能在长时间使用后保持稳定的UPF值（Li et al., 2016）。

3. 抗氧化性

紫外线照射可能导致某些纤维材料发生光降解，降低其防护性能。特别是天然纤维如棉，在长期暴露于紫外线下后容易发生黄化和脆化现象。为了提高抗氧化性，研究人员尝试在织物中添加抗氧化剂或采用耐紫外线涂层。例如，一项研究发现，在棉织物上涂覆含有抗氧化成分的纳米涂层后，其在紫外线照射下的降解速度明显减缓，UPF值在200小时光照试验后仍能维持在40以上（Zhao et al., 2019）。

4. 温湿度稳定性

防护服在不同气候条件下使用时，温湿度变化可能会影响其紫外线屏蔽性能。高温环境下，某些涂层材料可能会发生热分解，导致防护性能下降。而高湿环境下，水分可能渗透到织物内部，影响纤维结构和涂层附着力。因此，在研发防护服复合面料时，需要考虑其在极端温湿度条件下的稳定性。实验数据显示，采用聚酯/涤纶复合结构的防护服在高温（70℃）和高湿（85% RH）环境下存放30天后，其UPF值仅下降约5%，显示出良好的环境适应性（Wang et al., 2018）。

国内外相关研究进展

近年来，国内外学者在防护服复合面料的紫外线屏蔽性能及耐久性方面开展了大量研究，推动了该领域的技术进步。国外研究主要集中在新型纳米材料的应用和多功能复合结构的设计方面。例如，美国北卡罗来纳州立大学的研究团队开发了一种基于石墨烯的复合织物，该材料不仅具有优异的紫外线屏蔽能力，还能提供良好的导电性和抗菌性能（Zhang et al., 2020）。此外，日本东京大学的研究人员利用仿生学原理设计了一种具有微孔结构的防护面料，该结构能够有效增强紫外线的散射效应，提高整体防护效果（Kobayashi et al., 2019）。

国内研究则更多关注于低成本、环保型紫外线防护材料的开发。例如，东华大学的研究团队成功研制出一种基于竹纤维的复合面料，该材料在不添加化学涂层的情况下，仍然能够实现较高的UPF值（Chen et al., 2021）。此外，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所开发了一种基于氧化锌纳米线的涂层技术，该技术可在较低成本下显著提升织物的紫外线防护性能（Liu et al., 2020）。

结论

综上所述，防护服复合面料的紫外线屏蔽性能及耐久性是影响其实际应用效果的关键因素。通过合理选择材料、优化复合结构以及采用先进的纳米涂层技术，可以有效提升防护服的紫外线屏蔽能力，并确保其在长期使用过程中保持稳定的防护效果。未来的研究可进一步探索新型环保材料的应用，提高防护服的可持续性，同时加强智能化防护技术的发展，以满足不同应用场景的需求。

参考文献

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