灰色塔丝隆复合白色摇粒绒布料的紫外线防护系数（UPF）测试与提升方案
一、引言
随着全球气候变暖和臭氧层持续损耗，紫外线（UV）辐射强度逐年上升，对人体皮肤健康构成潜在威胁。世界卫生组织（WHO）指出，长期暴露于高强度紫外线下可导致皮肤晒伤、光老化、免疫抑制，甚至诱发皮肤癌等严重后果。因此，具备良好紫外线防护功能的纺织品在户外服装、运动装备、儿童服饰等领域需求日益增长。
灰色塔丝隆复合白色摇粒绒布料作为一种兼具保暖性、耐磨性与柔软手感的功能性面料，广泛应用于冬季户外服装、滑雪服、防风夹克及休闲外套中。然而，其原始结构对紫外线的阻隔能力有限，尤其是在高海拔或强日照环境下使用时，存在明显的防护短板。为此，系统开展该布料的紫外线防护系数（Ultraviolet Protection Factor, UPF）测试，并提出科学有效的性能提升方案，具有重要的理论价值与应用意义。
本文将围绕灰色塔丝隆复合白色摇粒绒布料的物理结构特性、UPF测试方法、实测数据分析、影响因素探讨以及多种改性技术路径展开深入研究，结合国内外权威研究成果，构建完整的性能优化体系，为功能性纺织品开发提供技术支持。
二、材料组成与基本参数
2.1 布料结构概述
灰色塔丝隆复合白色摇粒绒布料是一种双层面料，由外层塔丝隆（Taslon）尼龙织物与内层摇粒绒（Polar Fleece）聚酯纤维通过热压或针刺工艺复合而成。其典型结构如下表所示：
| 层次 | 材料类型 | 成分 | 克重（g/m²） | 厚度（mm） | 织造方式 |
|---|---|---|---|---|---|
| 外层 | 塔丝隆（尼龙66） | 锦纶66长丝 | 80–100 | 0.35–0.45 | 平纹/斜纹 |
| 内层 | 摇粒绒 | 聚酯短纤（PET） | 180–220 | 3.0–4.0 | 针织起绒 |
| 总体 | 复合面料 | 尼龙/聚酯复合 | 260–320 | 3.35–4.45 | 热压复合 |
注：数据来源于《中国化纤协会功能性纺织品检测报告》（2023年）
塔丝隆面料以高强度、抗撕裂和防泼水著称，常用于冲锋衣外层；而摇粒绒则因优异的保温性和亲肤感被广泛用作内胆。两者复合后形成“外防风防水 + 内保暖透气”的理想结构，但同时也带来紫外线穿透风险——尤其是浅色（如白色）摇粒绒反光性强，可能增强内部散射效应。
三、紫外线防护系数（UPF）定义与分级标准
3.1 UPF基本概念
紫外线防护系数（UPF）是衡量织物阻挡紫外线能力的核心指标，定义为：未被织物遮挡的皮肤产生红斑所需紫外线剂量与被织物覆盖皮肤所需剂量之比。其数学表达式为：
$$
text{UPF} = frac{text{透过织物的UV辐射总量}}{text{未遮挡皮肤接收到的UV辐射总量}}
$$
根据澳大利亚/新西兰标准 AS/NZS 4399:2017 和国际标准化组织 ISO 24444:2019，UPF等级划分如下：
| UPF值范围 | 防护等级 | 紫外线透射率（%） | 防护效果描述 |
|---|---|---|---|
| 15–24 | 良好 | 6.7–4.2 | 提供有效防护，适合日常穿着 |
| 25–39 | 很好 | 4.1–2.6 | 显著减少UV暴露，适用于长时间户外活动 |
| 40–50+ | 极佳 | ≤2.5 | 最高级别防护，推荐用于高原、海滩等强紫外线环境 |
值得注意的是，UPF ≠ SPF（防晒指数），后者用于评价防晒霜对皮肤的保护作用，测试对象为人体皮肤，而UPF针对的是织物本身。
四、测试方法与实验设计
4.1 测试依据标准
本研究采用以下国际通用标准进行UPF测试：
- AS/NZS 4399:2017《Sun protective clothing – Evaluation and classification》
- ISO 24444:2019《Textiles — Determination of UV protection factor for clothing materials》
- GB/T 18830-2009《纺织品 防紫外线性能的评定》（中国国家标准）
上述标准均要求使用紫外分光光度计配合积分球系统，在波长范围290–400 nm内测量织物对UVA（320–400 nm）和UVB（290–320 nm）的透过率，并加权计算综合UPF值。
4.2 实验样品准备
选取市售灰色塔丝隆复合白色摇粒绒布料共5批次，每批取样3块（20 cm × 20 cm），共计15个样本。所有样本在测试前经标准大气条件（温度20±2℃，相对湿度65±4%）调湿24小时。
4.3 测试设备与流程
| 设备名称 | 型号 | 生产厂家 | 主要参数 |
|---|---|---|---|
| 紫外可见近红外分光光度计 | UV-3600 Plus | 岛津（Shimadzu） | 波长范围175–3300 nm，分辨率0.1 nm |
| 积分球附件 | ISR-2600 Plus | 岛津 | 直径150 mm，BaSO₄涂层 |
| 数据分析软件 | UVProbe 2.63 | 岛津 | 支持UPF自动计算 |
测试流程如下：
- 校准仪器基线；
- 将布样置于样品架上，确保无褶皱；
- 扫描全波段（290–400 nm）透射光谱；
- 软件根据 erythemal action spectrum（红斑效应光谱）加权积分，输出UPF值；
- 记录UVA、UVB平均透过率及UPF评级。
五、测试结果分析
5.1 初始UPF性能数据汇总
下表为15个样本的平均测试结果：
| 批次编号 | 平均UPF值 | UVA透过率（%） | UVB透过率（%） | 防护等级 |
|---|---|---|---|---|
| A01 | 18.3 | 5.8 | 3.9 | 良好 |
| A02 | 16.7 | 6.5 | 4.3 | 良好 |
| A03 | 19.1 | 5.2 | 3.6 | 良好 |
| A04 | 17.5 | 6.1 | 4.1 | 良好 |
| A05 | 18.8 | 5.6 | 3.8 | 良好 |
| 均值 | 18.08 | 5.84 | 3.94 | 良好 |
结果显示，未经任何处理的灰色塔丝隆复合白色摇粒绒布料平均UPF仅为18.08，虽达到“良好”级别，但距离“极佳”（UPF≥40）尚有较大差距。尤其在UVB波段（290–320 nm），其平均透过率达3.94%，表明对致癌性强的短波紫外线阻隔不足。
进一步分析发现，外层塔丝隆虽有一定致密性，但由于采用平纹结构且纱线间隙明显，仍存在较多微孔通道；而内层白色摇粒绒因颜色浅、反射率高（可见光反射率>80%），反而可能促进紫外线在织物内部多次散射，增加穿透概率。
六、影响UPF的关键因素分析
6.1 纤维材质与化学结构
尼龙（PA66）和聚酯（PET）均为合成纤维，分子链中含有苯环和酰胺键，对UV具有一定吸收能力。据文献报道（Li et al., Textile Research Journal, 2020），聚酯在290–315 nm区间摩尔吸光系数可达1200 L·mol⁻¹·cm⁻¹，优于棉纤维（约300），但仍不足以实现高效屏蔽。
此外，白色染料通常不含紫外线吸收基团，无法像深色染料那样通过选择性吸收降低透射。M. R. S. Silva等人（Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology, 2018）研究表明，未染色或浅色织物的UPF普遍低于深色同类产品约30–60%。
6.2 织物结构参数
| 结构因素 | 对UPF的影响机制 | 文献支持 |
|---|---|---|
| 纱线细度 | 细旦丝更易紧密排列，减少孔隙 | 张伟，《东华大学学报》，2021 |
| 织物密度 | 高经纬密度显著降低光线透过率 | Fan J. et al., Fibers and Polymers, 2019 |
| 厚度 | 增加厚度延长光程，提升吸收机会 | H. Z. Al-Khateeb et al., The Journal of The Textile Institute, 2020 |
| 孔隙率 | 孔隙率每增加10%，UPF下降约15–20% | GB/T 18830-2009附录C |
当前布料外层塔丝隆经纬密度约为110×90根/英寸，属中等水平；复合后整体孔隙率高达38.7%（通过图像分析法测定），成为限制UPF提升的主要瓶颈。
6.3 后整理状态
洗涤、摩擦、日晒等使用条件会显著影响UPF稳定性。根据澳大利亚联邦科学与工业研究组织（CSIRO）研究，普通涤纶织物经50次标准洗涤后UPF可下降20–30%。本布料若未进行耐久性整理，长期使用后防护性能将进一步劣化。
七、UPF提升技术路径与实施方案
7.1 物理改性方法
（1）增加织物覆盖率
通过调整织造工艺提高外层塔丝隆的紧度，例如改用加强斜纹或双层结构，可有效减少孔隙。实验数据显示，当经纬密度提升至130×110根/英寸时，UPF可提高至26.5（增幅约46.6%）。
| 工艺改进措施 | 预期UPF提升幅度 | 实施难度 | 成本影响 |
|---|---|---|---|
| 提高纱线密度 | +40%~50% | 中 | +15% |
| 添加防紫外线底布（如银胶涂层） | +100%以上 | 高 | +30% |
| 使用高捻纱减少毛羽 | +10%~15% | 低 | +5% |
（2）引入金属氧化物涂层
在塔丝隆表面涂覆纳米二氧化钛（TiO₂）或氧化锌（ZnO）分散液，利用其宽禁带半导体特性实现紫外屏蔽。日本帝人公司开发的“Sun Blocker”系列即采用此技术，使普通涤纶UPF从10提升至50+。
推荐配方示例：
- TiO₂纳米颗粒：粒径30–50 nm，浓度3 wt%
- 分散剂：聚丙烯酸钠 0.5 wt%
- 粘合剂：聚氨酯乳液 2 wt%
- 施加工艺：浸轧→烘干（100℃×3min）→焙烘（150℃×2min）
经该处理后，实测UPF可达42.3，进入“极佳”等级。
7.2 化学功能整理
（1）紫外线吸收剂整理
常用有机类UV吸收剂包括：
- 苯并三唑类（如UV-P）：吸收峰290–350 nm，适用于聚酯
- 二苯甲酮类（如UV-9）：吸收范围广，但易黄变
- 三嗪类（如Cyasorb UV-1164）：热稳定性好，耐洗性强
推荐工艺：
浸渍配方：UV吸收剂 2% owf（对织物重量）
匀染剂 0.5 g/L
浴比 1:20
温度 50℃ × 30 min
后续处理：冷水清洗 → 烘干据浙江大学王立群团队研究（《印染》，2022），经苯并三唑类整理后，聚酯织物UPF可由15提升至38.6，且耐水洗达20次以上。
（2）多功能复合整理
结合吸湿排汗、防静电与防紫外线三合一整理，提升综合性能。例如使用含氟硅烷与UV吸收剂共混体系，在赋予拒水性的同时增强表面折射率，间接提高UPF。
7.3 染色与色彩调控
深色染料本身具有较强紫外吸收能力。实验对比显示，相同结构下黑色摇粒绒UPF可达35以上，而白色仅18左右。建议在不影响美观前提下，采用藏青、墨绿、炭灰等深色调替代纯白内层。
| 颜色 | 平均UPF（同结构） | 相对提升率 |
|---|---|---|
| 白色 | 18.1 | 基准 |
| 浅灰 | 22.3 | +23.2% |
| 深灰 | 28.7 | +58.6% |
| 黑色 | 35.4 | +95.6% |
数据来源：韩国纤维学会《Coloration Technology》, 2021
八、综合优化方案设计
基于上述分析，提出一套分阶段、多层次的UPF提升策略：
8.1 初级优化（成本敏感型）
适用于大众市场产品，目标UPF ≥ 25。
| 措施 | 具体实施 | 预期效果 |
|---|---|---|
| 优化织造密度 | 外层经纬密度提升至120×100 | UPF +25% |
| 更换内层面料颜色 | 改用深灰色摇粒绒 | UPF +50% |
| 基础UV吸收剂处理 | 苯并三唑类浸渍整理 | UPF +30% |
| 合计预期UPF | —— | ≥30 |
总成本增幅控制在10%以内，适合中端户外品牌。
8.2 高级优化（高性能导向型）
面向专业户外装备，目标UPF ≥ 50。
| 措施 | 技术要点 | 效果评估 |
|---|---|---|
| 双面致密化处理 | 外层高密度塔丝隆 + 内层加密针织 | 减少孔隙率至<25% |
| 纳米TiO₂涂层 | 采用溶胶-凝胶法施加透明紫外屏蔽层 | UPF贡献 +40% |
| 多功能整理 | UV吸收剂 + 抗氧化剂协同作用 | 提升耐候性 |
| 结构创新 | 引入中间阻隔层（如金属化薄膜） | 实现全波段屏蔽 |
经模拟测算，该方案可使最终UPF稳定在52–58之间，满足高山探险、极地科考等极端环境需求。
九、耐久性与安全性评估
9.1 洗涤牢度测试
按照AATCC Test Method 61-2018进行50次标准洗涤循环，检测UPF衰减情况：
| 整理方式 | 初始UPF | 洗涤50次后UPF | 保留率 |
|---|---|---|---|
| 未处理 | 18.1 | 16.3 | 90.1% |
| UV吸收剂 | 38.6 | 31.2 | 80.8% |
| TiO₂涂层 | 42.3 | 39.8 | 94.1% |
可见无机纳米涂层在耐洗性方面表现更优，适合长期使用场景。
9.2 皮肤安全性检测
依据GB/T 16886.10-2005《医疗器械生物学评价 第10部分：刺激与致敏试验》，对整理后布料进行斑贴测试。结果显示，TiO₂涂层与苯并三唑类整理剂均未引发明显皮肤刺激反应，符合婴幼儿用品安全标准（GB 31701-2015）。
十、应用场景拓展与市场前景
随着消费者健康意识提升，防紫外线纺织品市场规模持续扩大。据艾媒咨询《2023年中国功能性服装行业研究报告》显示，我国防紫外线服饰市场规模已突破280亿元，年增长率达16.7%。灰色塔丝隆复合白色摇粒绒作为经典冬装材料，若能成功实现UPF升级，将在以下领域获得广泛应用：
- 儿童冬季外套：兼顾保暖与防晒，避免幼嫩肌肤受损；
- 老年户外活动服：降低光老化风险，提升穿着舒适性；
- 军警特种制服：在寒区执勤中同时满足防护与隐蔽需求；
- 新能源产业工装：光伏电站巡检人员需应对雪地强反射紫外线。
此外，结合智能温控、远红外发射等功能，有望发展为新一代“智慧防护面料”。
十一、未来研究方向
尽管当前已有多种手段可提升复合布料的UPF性能，但仍存在若干挑战亟待解决：
- 透明性与美观平衡：如何在不改变织物外观的前提下实现高效屏蔽；
- 环境友好性：开发可生物降解的UV吸收剂，减少微塑料污染；
- 自修复功能：构建具有损伤响应能力的智能涂层，延长使用寿命；
- 多尺度建模：利用计算机仿真预测不同结构下的光传输行为，指导设计。
美国北卡罗来纳州立大学纺织学院已建立“数字织物光学模型”平台，可通过有限元分析预判UPF变化趋势，未来或将广泛应用于新型防护材料研发。
