防護服複合麵料的紫外線屏蔽性能及耐久性研究 引言 隨著全球氣候變化和臭氧層破壞問題的加劇，紫外線（UV）輻射對人類健康的威脅日益顯著。長期暴露在強烈的紫外線下不僅會導致皮膚曬傷、老化，還可能...

防護服複合麵料的紫外線屏蔽性能及耐久性研究

引言

隨著全球氣候變化和臭氧層破壞問題的加劇，紫外線（UV）輻射對人類健康的威脅日益顯著。長期暴露在強烈的紫外線下不僅會導致皮膚曬傷、老化，還可能引發皮膚癌等嚴重健康問題。因此，開發具有高效紫外線屏蔽能力的防護服裝成為紡織科學領域的重要研究方向。其中，複合麵料因其優異的物理化學性能和可設計性強等特點，廣泛應用於防護服材料的研發中。複合麵料通常由多種不同材質的織物通過粘合、層壓等方式結合而成，使其在保持良好透氣性和舒適性的同時，具備更強的紫外線防護功能。此外，考慮到實際應用環境，防護服的耐久性同樣至關重要，包括其抗紫外線衰減能力、洗滌穩定性以及機械強度等方麵。本文將圍繞防護服複合麵料的紫外線屏蔽性能及其耐久性展開探討，分析不同材料組合對紫外線防護效果的影響，並結合國內外相關研究成果，評估各類複合麵料在實際使用中的穩定性和使用壽命。

紫外線輻射對人體的影響

紫外線輻射是太陽光譜的一部分，根據波長可分為UVA（320–400 nm）、UVB（280–320 nm）和UVC（100–280 nm）。其中，UVC因大氣臭氧層的吸收作用幾乎無法到達地球表麵，而UVA和UVB則對生物組織產生較大影響。研究表明，UVB主要作用於皮膚表層，可導致紅斑、曬傷，並與皮膚癌的發生密切相關；UVA則能穿透至真皮層，加速皮膚老化並促進黑色素瘤的發展（Diffey, 2002）。據世界衛生組織（WHO）統計，全球每年約有200萬人因紫外線暴露患非黑色素瘤皮膚癌，另有13萬人罹患黑色素瘤（World Health Organization, 2021）。此外，紫外線還會損傷眼睛，增加白內障和黃斑變性的風險（Taylor et al., 1988）。因此，采取有效的紫外線防護措施對於維護人體健康具有重要意義。

防護服複合麵料的紫外線屏蔽機理

防護服複合麵料的紫外線屏蔽性能主要依賴於其材料組成和結構設計。一般來說，紫外線屏蔽機製可以分為物理屏蔽和化學吸收兩種方式。物理屏蔽主要依靠纖維本身的反射和散射作用，減少紫外線的透過率，而化學吸收則依賴於特定添加劑或塗層材料對紫外線的吸收能力。常見的紫外線屏蔽纖維包括聚酯纖維（PET）、聚酰胺（PA）、聚丙烯（PP）等，這些材料本身具有一定的紫外線阻隔能力，但其防護效果往往受限於纖維密度、織物厚度和孔隙率等因素。為了提升防護性能，許多研究采用金屬氧化物納米顆粒（如TiO₂、ZnO）作為塗層材料，以增強紫外線吸收和散射能力（S. S. Ray & Bousmina, 2005）。此外，多層複合結構可以通過疊加不同材質的防護層，提高整體屏蔽效率。例如，一些研究發現，采用聚酯/棉混紡麵料與納米塗層結合的方式，可使紫外線透過率降低至5%以下（Li et al., 2016）。

複合麵料的紫外線屏蔽性能測試方法

為了準確評估防護服複合麵料的紫外線屏蔽性能，研究人員通常采用標準化測試方法進行測量。國際上廣泛使用的標準包括澳大利亞/新西蘭標準AS/NZS 4399:1996《紡織品—防紫外線輻射性能評定》和歐洲標準EN 13758-1:2001《紡織品—日光紫外線防護性能—第1部分：服裝用紡織品的紫外線防護性能測定》。這些標準規定了紫外線防護因子（UPF）的計算方法，即未被織物阻擋的紫外線輻射量與透過織物的紫外線輻射量之比。UPF值越高，表明織物的紫外線防護能力越強。一般而言，UPF值達到15–24為“良好”，25–39為“非常好”，40及以上則被視為“極佳”（CIE, 2003）。

實驗過程中，通常使用分光光度計或積分球係統測量織物在290–400 nm波長範圍內的紫外線透過率，並據此計算UPF值。此外，還可以通過紫外成像技術觀察織物表麵的紫外線透射分布情況，從而更直觀地評估其防護效果（Afaq et al., 2012）。近年來，隨著計算機模擬技術的發展，數值仿真方法也被用於預測織物的紫外線屏蔽性能，提高了研究效率（Gupta et al., 2017）。

不同材料複合對紫外線屏蔽性能的影響

複合麵料的紫外線屏蔽性能受多種因素影響，其中材料的選擇尤為關鍵。不同的纖維類型、塗層材料以及複合工藝都會對終的防護效果產生顯著影響。研究表明，天然纖維如棉、麻雖然具有良好的透氣性和舒適性，但其紫外線防護能力相對較弱，UPF值通常在5–10之間（Al-Azemi et al., 2010）。相比之下，合成纖維如聚酯、尼龍和聚丙烯由於分子結構較為致密，能夠有效阻擋紫外線的透過，UPF值可達30以上（Rastogi et al., 2010）。

為了進一步提升防護性能，研究人員嚐試將功能性納米材料引入複合麵料。例如，二氧化鈦（TiO₂）和氧化鋅（ZnO）納米顆粒因其優異的紫外線吸收能力，被廣泛應用於紡織塗層領域。研究表明，在棉織物上塗覆TiO₂納米顆粒後，其UPF值可從10提高至50以上（Shirvanimoghaddam et al., 2016）。此外，碳納米管（CNTs）也被證明能夠有效增強織物的紫外線屏蔽性能，同時不影響其透氣性（Wang et al., 2018）。

除了單一材料的優化，多層複合結構的應用也取得了良好效果。例如，采用聚酯/棉混紡麵料與納米塗層結合的方式，不僅提升了紫外線防護能力，還改善了織物的耐磨性和耐用性（Li et al., 2016）。類似地，三層複合結構（如聚酯+納米塗層+滌綸）在實驗室測試中顯示出更高的UPF值，且在多次洗滌後仍能保持較好的防護性能（Zhao et al., 2019）。

材料類型	UPF值範圍	特點說明
棉	5–10	舒適透氣，但紫外線防護能力較弱
聚酯	20–40	具有良好的紫外線屏蔽性能
尼龍	25–50	抗磨損能力強，適合戶外防護
TiO₂納米塗層	40–60	可顯著提高紫外線屏蔽能力
ZnO納米塗層	35–55	兼具抗菌和紫外線防護功能
CNTs塗層	45–65	提高導電性和紫外線吸收能力
聚酯/棉複合麵料	30–50	平衡防護性能與舒適性

防護服複合麵料的耐久性評估

防護服複合麵料的耐久性直接影響其在實際應用中的防護效果。即使某種麵料在初始狀態下具有較高的紫外線屏蔽能力，如果其耐洗性、抗磨損性或抗氧化性能較差，也會導致防護效果迅速下降。因此，在評估防護服複合麵料時，必須綜合考慮其在不同環境條件下的穩定性。

1. 耐洗性

耐洗性是衡量防護服耐久性的關鍵指標之一。頻繁洗滌可能導致織物纖維鬆動、塗層脫落，從而降低紫外線屏蔽性能。研究表明，經過多次洗滌後，未經特殊處理的棉織物UPF值可能會下降50%以上（Al-Azemi et al., 2010）。相比之下，采用納米塗層處理的織物在洗滌後仍能保持較高的UPF值。例如，一項針對TiO₂納米塗層棉織物的研究發現，在經過50次洗滌後，其UPF值僅下降約10%，表現出良好的耐洗性能（Shirvanimoghaddam et al., 2016）。

2. 抗磨損性

防護服在使用過程中不可避免地會受到摩擦和拉伸，因此抗磨損性也是重要的耐久性指標。高強度纖維如聚酯和尼龍在抗磨損方麵表現優異，而棉纖維則容易因反複摩擦而斷裂，導致織物結構疏鬆，進而影響紫外線屏蔽效果。研究顯示，采用聚酯/棉混紡麵料與納米塗層結合的複合結構，不僅能提升抗磨損性能，還能在長時間使用後保持穩定的UPF值（Li et al., 2016）。

3. 抗氧化性

紫外線照射可能導致某些纖維材料發生光降解，降低其防護性能。特別是天然纖維如棉，在長期暴露於紫外線下後容易發生黃化和脆化現象。為了提高抗氧化性，研究人員嚐試在織物中添加抗氧化劑或采用耐紫外線塗層。例如，一項研究發現，在棉織物上塗覆含有抗氧化成分的納米塗層後，其在紫外線照射下的降解速度明顯減緩，UPF值在200小時光照試驗後仍能維持在40以上（Zhao et al., 2019）。

4. 溫濕度穩定性

防護服在不同氣候條件下使用時，溫濕度變化可能會影響其紫外線屏蔽性能。高溫環境下，某些塗層材料可能會發生熱分解，導致防護性能下降。而高濕環境下，水分可能滲透到織物內部，影響纖維結構和塗層附著力。因此，在研發防護服複合麵料時，需要考慮其在極端溫濕度條件下的穩定性。實驗數據顯示，采用聚酯/滌綸複合結構的防護服在高溫（70℃）和高濕（85% RH）環境下存放30天後，其UPF值僅下降約5%，顯示出良好的環境適應性（Wang et al., 2018）。

國內外相關研究進展

近年來，國內外學者在防護服複合麵料的紫外線屏蔽性能及耐久性方麵開展了大量研究，推動了該領域的技術進步。國外研究主要集中在新型納米材料的應用和多功能複合結構的設計方麵。例如，美國北卡羅來納州立大學的研究團隊開發了一種基於石墨烯的複合織物，該材料不僅具有優異的紫外線屏蔽能力，還能提供良好的導電性和抗菌性能（Zhang et al., 2020）。此外，日本東京大學的研究人員利用仿生學原理設計了一種具有微孔結構的防護麵料，該結構能夠有效增強紫外線的散射效應，提高整體防護效果（Kobayashi et al., 2019）。

國內研究則更多關注於低成本、環保型紫外線防護材料的開發。例如，東華大學的研究團隊成功研製出一種基於竹纖維的複合麵料，該材料在不添加化學塗層的情況下，仍然能夠實現較高的UPF值（Chen et al., 2021）。此外，中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所開發了一種基於氧化鋅納米線的塗層技術，該技術可在較低成本下顯著提升織物的紫外線防護性能（Liu et al., 2020）。

研究機構	主要研究成果	應用前景
北卡羅來納州立大學	基於石墨烯的複合織物	多功能防護服、智能紡織品
東京大學	微孔結構仿生防護麵料	高效紫外線屏蔽、輕量化防護服
東華大學	竹纖維複合麵料	環保型紫外線防護材料
中科院蘇州納米所	氧化鋅納米線塗層技術	成本可控的高性能紫外線防護塗層
英國利茲大學	納米銀塗層抗菌防護麵料	醫療防護、戶外運動服裝

結論

綜上所述，防護服複合麵料的紫外線屏蔽性能及耐久性是影響其實際應用效果的關鍵因素。通過合理選擇材料、優化複合結構以及采用先進的納米塗層技術，可以有效提升防護服的紫外線屏蔽能力，並確保其在長期使用過程中保持穩定的防護效果。未來的研究可進一步探索新型環保材料的應用，提高防護服的可持續性，同時加強智能化防護技術的發展，以滿足不同應用場景的需求。

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參考文獻

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