75D熒光雙麵針織布的染色牢度與防水層耐久性研究 一、引言 隨著功能性紡織品在運動服飾、戶外裝備、工業防護及安全警示等領域應用的不斷拓展，兼具高可視性與環境適應性的熒光麵料成為研發熱點。其中，...
75D熒光雙麵針織布的染色牢度與防水層耐久性研究
一、引言
隨著功能性紡織品在運動服飾、戶外裝備、工業防護及安全警示等領域應用的不斷拓展，兼具高可視性與環境適應性的熒光麵料成為研發熱點。其中，75D熒光雙麵針織布因其柔軟性、透氣性及高亮度反射特性，廣泛應用於夜間作業服、騎行裝備及應急救援服裝中。然而，此類麵料在實際使用過程中常麵臨染色牢度不足與防水層耐久性下降的問題，嚴重影響其功能性與使用壽命。本文係統研究75D熒光雙麵針織布的染色牢度與防水層耐久性，結合國內外權威文獻，分析影響因素，提出優化路徑，並通過實驗數據與參數對比，為高性能功能性紡織品的開發提供理論依據與技術支撐。
二、75D熒光雙麵針織布的基本特性
2.1 材料組成與結構
75D熒光雙麵針織布是以75旦尼爾（Denier）聚酯纖維（PET）為原料，采用雙麵針織工藝編織而成的織物。其“雙麵”結構指織物正反兩麵均具有相似的織造密度與外觀，增強麵料的對稱性與穩定性。熒光效果通過在纖維紡絲過程中添加熒光染料或後整理階段施加熒光塗層實現。
表1：75D熒光雙麵針織布基本參數
| 參數項 | 數值/描述 |
|---|---|
| 纖維類型 | 聚酯（PET） |
| 纖維細度 | 75D（約83.3 dtex） |
| 織造方式 | 雙麵針織（如羅紋、雙羅紋或雙麵平針） |
| 克重 | 180–220 g/m² |
| 幅寬 | 150–160 cm |
| 熒光顏色 | 熒光黃、熒光橙、熒光紅等 |
| 拉伸強度（經向） | ≥250 N/5cm |
| 拉伸強度（緯向） | ≥230 N/5cm |
| 透氣性 | 150–200 mm/s |
| 吸濕率 | ≤0.4%（20℃, 65% RH） |
該類麵料常用於EN ISO 20471《高可視性警示服》標準認證產品中，要求在日光與弱光條件下具備顯著的視覺識別能力（CIE 1931色度坐標需滿足特定範圍）。
三、染色牢度性能分析
染色牢度是衡量紡織品在使用過程中抵抗顏色變化能力的重要指標，主要包括耐摩擦、耐水洗、耐汗漬、耐光及耐氯漂等性能。對於熒光麵料而言，由於熒光染料分子結構不穩定，易受外界環境影響，其染色牢度通常低於常規染料。
3.1 影響染色牢度的關鍵因素
-
染料類型與結合方式
熒光染料多為偶氮類或香豆素類化合物，其發色基團對紫外線敏感。若未與纖維形成牢固共價鍵，易在摩擦或水洗中脫落（Zollinger, 2003）。 -
纖維表麵處理
聚酯纖維疏水性強，直接染色困難。需通過堿減量處理或等離子體改性提升表麵活性，增強染料吸附能力（Wang et al., 2018）。 -
染色工藝參數
溫度、pH值、助劑種類及染色時間顯著影響染料滲透與固著。高溫高壓染色（120–130℃）有助於提高上染率，但可能損傷熒光基團。 -
後整理工藝
固色劑、柔軟劑及塗層處理可提升牢度，但不當使用會導致熒光亮度下降。
3.2 實驗測試與結果分析
本研究選取三批次75D熒光雙麵針織布（熒光黃），依據GB/T 3920-2008《紡織品 色牢度試驗 耐摩擦色牢度》、GB/T 3921-2008《耐皂洗色牢度》及ISO 105-B02《耐光色牢度》進行測試。
表2：染色牢度測試結果（等級：1–5，5為優）
| 測試項目 | 批次1 | 批次2 | 批次3 | 國家標準（GB 20471）要求 |
|---|---|---|---|---|
| 耐摩擦色牢度（幹） | 4 | 3.5 | 4 | ≥3 |
| 耐摩擦色牢度（濕） | 3 | 2.5 | 3 | ≥3 |
| 耐皂洗色牢度 | 3.5 | 3 | 3.5 | ≥3 |
| 耐汗漬色牢度（酸性） | 4 | 3.5 | 4 | ≥3 |
| 耐汗漬色牢度（堿性） | 3.5 | 3 | 3.5 | ≥3 |
| 耐光色牢度（AFU 20） | 5 | 4 | 5 | ≥6（AFU 40） |
注：AFU（Arizona Fade Units）為美國亞利桑那州日光曝曬單位，AFU 20約等於歐洲日光曝曬120小時。
結果顯示，耐光色牢度雖達到常規要求，但距離EN ISO 20471中“AFU 40”仍有差距，表明長期戶外使用仍存在褪色風險。濕摩擦牢度偏低，主要因熒光染料在潮濕狀態下易遷移。
3.3 提升染色牢度的技術路徑
- 采用反應性熒光染料：如德國巴斯夫（BASF）開發的Lumogen係列熒光染料，可在高溫下與聚酯形成酯鍵，提升結合穩定性（BASF, 2020）。
- 納米包覆技術：將熒光染料包裹於SiO₂或聚合物納米微球中，延緩光降解（Li et al., 2021）。
- 等離子體預處理：通過低溫等離子體處理提升PET表麵羥基含量，增強染料吸附力（Fang et al., 2019）。
四、防水層耐久性研究
為提升75D熒光雙麵針織布的環境適應性，常在其表麵施加防水塗層或層壓防水膜（如PTFE、TPU）。然而，防水層在反複洗滌、摩擦及紫外線照射下易出現剝離、微裂紋或疏水性喪失。
4.1 防水層類型與結構
常見防水處理方式包括：
- 塗層法：塗覆聚氨酯（PU）或丙烯酸樹脂，成本低但透氣性差。
- 層壓法：將微孔膜（如ePTFE）與針織布熱壓複合，兼具防水透氣性能。
- 納米疏水整理：采用含氟化合物（如C6氟化物）或二氧化矽納米粒子構建荷葉效應表麵。
表3：不同防水處理方式對比
| 處理方式 | 靜水壓（mmH₂O） | 透濕量（g/m²·24h） | 洗滌耐久性（次） | 成本 |
|---|---|---|---|---|
| PU塗層 | 5000–8000 | 1000–2000 | 10–15 | 低 |
| ePTFE層壓 | 10000–20000 | 8000–12000 | 30–50 | 高 |
| C6氟化整理 | 3000–5000 | 5000–8000 | 20–30 | 中 |
注：靜水壓測試依據GB/T 4744-2013；透濕量測試依據GB/T 12704.1-2009。
4.2 防水層耐久性測試方法
本研究采用以下標準進行耐久性評估：
- 洗滌耐久性：依據AATCC TM135進行50次標準洗滌（ISO 6330），檢測靜水壓變化。
- 摩擦耐久性：依據ASTM D3884進行Taber耐磨測試，500次循環後觀察防水層完整性。
- 紫外線老化：依據ISO 4892-2進行氙燈老化（500 h），檢測接觸角變化。
表4：防水層耐久性測試結果
| 樣品類型 | 初始靜水壓（mmH₂O） | 洗滌50次後（%保留） | 磨損500次後（%保留） | UV老化500h後（接觸角） |
|---|---|---|---|---|
| PU塗層 | 7500 | 65% | 58% | 90° → 75° |
| ePTFE層壓 | 15000 | 92% | 88% | 110° → 105° |
| C6整理 | 4200 | 70% | 65% | 140° → 110° |
數據表明，ePTFE層壓結構在綜合耐久性方麵表現優，而C6整理雖初始疏水性強，但抗紫外線能力較弱，易發生氟碳鏈斷裂（Wang & Ding, 2020）。
4.3 防水層失效機製分析
- 水解降解：PU塗層在堿性洗滌液中易發生酯鍵水解，導致膜層粉化。
- 機械剝離：反複摩擦使塗層與基布界麵產生應力集中，引發微裂紋擴展。
- 光氧化：紫外線引發自由基反應，破壞含氟聚合物的C-F鍵，降低表麵能（Schellenberger et al., 2015）。
- 汙漬沉積：皮脂、汗液等有機物在疏水表麵沉積，堵塞微孔或降低接觸角。
五、染色牢度與防水層的協同影響
在實際應用中，染色牢度與防水層耐久性並非獨立存在，二者存在顯著的相互作用。
5.1 染料遷移對防水層的影響
熒光染料在濕態下可能發生遷移，滲入防水塗層內部，改變其極性與表麵結構。實驗表明，經20次洗滌後，PU塗層中檢測到微量熒光染料（HPLC分析），導致塗層交聯密度下降，靜水壓降低約12%。
5.2 防水整理對染色性能的幹擾
含氟防水劑可能在纖維表麵形成疏水層，阻礙染料分子滲透，導致上染率下降。研究顯示，先防水後染色的工藝路線會使熒光亮度降低15–20%（Zhang et al., 2022）。
5.3 優化工藝路線建議
為實現性能協同，推薦采用以下工藝順序：
- 纖維堿減量處理 →
- 高溫高壓染色（使用Lumogen F熒光染料）→
- 固色處理（陽離子固色劑）→
- ePTFE層壓複合 →
- 表麵納米疏水整理（補強）。
該路線可確保染料充分固著，同時避免防水層對染色過程的幹擾。
六、國內外研究進展與標準對比
6.1 國內研究現狀
中國在功能性紡織品領域發展迅速。東華大學研究團隊開發了基於聚多巴胺（PDA）的熒光染料固定技術，顯著提升耐摩擦牢度（Chen et al., 2020）。浙江理工大學則提出“梯度交聯”防水塗層設計，延長使用壽命。
6.2 國際研究動態
- 美國：North Carolina State University采用原子層沉積（ALD）技術在織物表麵構建Al₂O₃納米層，兼具防水與抗紫外功能（Wei et al., 2019）。
- 德國：Hohenstein研究所提出“動態耐久性評估模型”，結合氣候模擬艙預測防水層壽命（Hohenstein, 2021）。
- 日本：東麗公司開發出“Ecothylene”生物基防水膜，可降解且耐久性優異（Toray, 2022）。
6.3 國內外標準對比
表5：主要標準對染色牢度與防水性能的要求
| 標準 | 應用領域 | 耐摩擦（濕） | 耐光（AFU） | 靜水壓（mmH₂O） | 洗滌耐久性 |
|---|---|---|---|---|---|
| GB 20471-2013 | 中國高可視服 | ≥3 | ≥6（AFU 40） | 無要求 | 無明確要求 |
| EN ISO 20471:2013 | 歐盟高可視服 | ≥3 | ≥6（AFU 40） | 無要求 | ≥5次洗滌 |
| ANSI/ISEA 107-2020 | 美國安全服 | ≥3 | ≥6（AFU 40） | ≥600 | ≥25次洗滌 |
| AS/NZS 1906.4:2010 | 澳新標準 | ≥3 | ≥6（AFU 40） | ≥1000 | ≥5次洗滌 |
可見，美國標準對防水性能提出明確要求，反映出其對多功能集成的重視。
七、未來發展趨勢
- 智能響應型熒光材料：開發溫敏或光致變色熒光體係，實現動態可視性調節。
- 綠色可持續技術：推廣無氟防水劑（如矽基、蠟基）與生物基染料，減少PFAS汙染。
- 多尺度結構設計：結合微納米結構與仿生學原理，構建自清潔、抗汙、高耐久表麵。
- 數字孿生預測模型：利用AI與大數據建立麵料性能衰減預測係統，優化產品生命周期管理。
參考文獻
- Zollinger, H. (2003). Color Chemistry: Syntheses, Properties, and Applications of Organic Dyes and Pigments (3rd ed.). Wiley-VCH.
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- BASF. (2020). Lumogen Fluorescent Dyes: Technical Data Sheet. BASF SE.
- Li, Y., et al. (2021). "Silica-encapsulated fluorescent dyes for enhanced photostability in textiles." Dyes and Pigments, 184, 108832.
- Fang, J., et al. (2019). "Atmospheric plasma treatment of polyester for functional finishing." Surface and Coatings Technology, 372, 122–129.
- Wang, X., & Ding, B. (2020). "Fluorinated coatings for textiles: durability and environmental concerns." Progress in Organic Coatings, 147, 105782.
- Schellenberger, F., et al. (2015). "Loss of superhydrophobicity under UV irradiation." Langmuir, 31(22), 6230–6238.
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- Chen, H., et al. (2020). "Polydopamine-assisted immobilization of fluorescent dyes on polyester." Applied Surface Science, 507, 145122.
- Wei, G., et al. (2019). "Atomic layer deposition for durable water repellency of textiles." ACS Applied Materials & Interfaces, 11(33), 29752–29760.
- Hohenstein Institute. (2021). Testing Methodology for Durability of Functional Finishes. Technical Report No. 112.
- Toray Industries. (2022). Ecothylene Biodegradable Membrane: Product Brochure.
- GB 20471-2013. 《職業用高可視性警示服》. 中國國家標準化管理委員會.
- EN ISO 20471:2013. High-visibility clothing — Test methods and requirements. CEN.
- ANSI/ISEA 107-2020. American National Standard for High-Visibility Safety Apparel. ISEA.
- AS/NZS 1906.4:2010. Performance requirements for high-visibility materials. Standards Australia.
（全文約3,800字）
