牛津布耐老化吗（农用牛津布通过层层老化考验）

牛津布耐老化吗（农用牛津布通过层层老化考验）试验测试中使用的牛津布规格分别为63D/24F35×26、68D/24F38×26、100D/24F31×23、100D/24F 150D/36F31×23四种牛津布（表2），由江苏仪征化纤厂提供，未经其他处理。样品制备及试验测试农业纺织复合保温被一般作为北方冬季温室大棚保温抗冻的覆盖物。北方地区冬季气候恶劣，风力可以达到八级以上，而大风时常伴随雨雪、沙尘暴等空气对流，会引起保温材料内部空气的扰动，从而加剧热对流现象，严重影响材料的导热性能，尤其是水分的渗入会严重影响材料的保温隔热性能，因此农用保温材料设计中一般有防水材料作为表层隔离雨雪或沙土杂质。防水材料必须和芯层一样柔软，可卷曲，便于卷帘机每日卷放，并能承受一定的拉力，同时有优良的耐风沙磨损、耐雨水浸泡、耐低温冰冻、耐日晒老化等性能。目前市场上选用的保温被防水层材料有牛津布、帆布、合成革、编织袋、涤丝纺、镀铝薄膜等。其中，涤纶材料织造

农用牛津布户外老化性能研究

摘要

牛津布制作的防水层大量应用在农用保温被中，而防水层的有效性决定了农用保温被的使用寿命。研究发现牛津布在不同地域呈现不同的老化程度，因此，分析确定关键环境影响因素，对农用保温被防水层的设计研究具有重要意义。试验选择涤纶牛津布作为研究对象，通过光照老化、浸泡老化和温湿差老化试验对比牛津布强力损失，确定材料老化的关键因素是温湿差；以织密变化调控牛津布覆盖系数，发现覆盖系数越高，材料老化程度减缓，优选参数，指导牛津布防水层材料设计。

引言

农业纺织复合保温被一般作为北方冬季温室大棚保温抗冻的覆盖物。北方地区冬季气候恶劣，风力可以达到八级以上，而大风时常伴随雨雪、沙尘暴等空气对流，会引起保温材料内部空气的扰动，从而加剧热对流现象，严重影响材料的导热性能，尤其是水分的渗入会严重影响材料的保温隔热性能，因此农用保温材料设计中一般有防水材料作为表层隔离雨雪或沙土杂质。防水材料必须和芯层一样柔软，可卷曲，便于卷帘机每日卷放，并能承受一定的拉力，同时有优良的耐风沙磨损、耐雨水浸泡、耐低温冰冻、耐日晒老化等性能。目前市场上选用的保温被防水层材料有牛津布、帆布、合成革、编织袋、涤丝纺、镀铝薄膜等。其中，涤纶材料织造的牛津布是防水层的主要材料。

防水层的有效性决定了农用保温被的使用寿命，因此，防水层的材料筛选是农用保温被材料研究的重要研究方向。笔者收集了市场上分布在海南、宁波、甘肃农户使用的同批次牛津布防水保温被样品，测试了保温被正面和反面防水层的强力，见表1。

从表1中可以发现牛津布老化在不同地域呈现不同速度，尤其在气候温和的海南，牛津布强力下降最剧烈。通过调查统计当地的气候，发现甘肃这段时期的天气变化最低温度-10℃、最高温度18℃，只有约7天下雨或雪，空气干燥；宁波这段时期的天气变化最低温度-3℃、最高温度18℃，约28天下雨或雪，空气湿润；海南气温较高24~38℃，空气非常潮湿。直观的户外老化测试反映出材料受环境因素影响显著，尤其是湿度变化和温差波动。因此，分析环境因素中光照、温度和湿度对材料老化的影响以及确定关键影响因素，对农用保温被防水层的设计研究具有重要意义。试验选择涤纶牛津布作为研究对象，通过光照老化、浸泡老化和温湿差老化试验对比牛津布强力损失，确定材料老化的关键因素；随后，以织密变化调控牛津布充满系数，分析充满系数与材料老化的关系，优选参数，指导牛津布防水层材料设计。

样品制备及试验测试

试验测试中使用的牛津布规格分别为63D/24F35×26、68D/24F38×26、100D/24F31×23、100D/24F 150D/36F31×23四种牛津布（表2），由江苏仪征化纤厂提供，未经其他处理。

不同水质浸泡试验：将面料分别浸泡在自来水和宁波雨水中，取样干燥后测试强力。

耐低温和高温测试：根据GB14166-93《汽车安全带性能要求和安装方法》的测试要求，测试了涤纶面料的耐高温性能和耐低温性能。低温测试是将面料经过调湿后水平放置在-30±5℃的低温箱内，1.5h后，将试样折叠，在折叠处压上一个温度已降至-30±5℃、重量在2±0.05kg的重块，试样继续在上述低温下保持30min，取出后按照国标要求测定强力变化。

高温测试是将试样放在65±5℃环境中3h后，取出，按照国标要求测定强力变化。耐温湿差测试试验：根据ISO国际标准《汽车安全带耐温性》设立了温湿度差试验。循环温湿度设置：4h：-30℃；16h：38℃，湿度100%；4h：-30℃；16h：38℃，湿度100%；72h：70℃；4h：-30℃；16h：38℃，湿度100%；72h：70℃；4h：-30℃；16h：38℃，湿度100%；72h：70℃。测试时间224h。

光强老化测试试验：①紫外线/冷凝试验：按GB/T14522-2008《机械工业产品用塑料、涂料、橡胶材料人工气候老化试验方法荧光紫外灯》的规定，用荧光紫外线/冷凝试验方法模拟日光中紫外光对涤纶面料的老化作用。试验条件是以313nm相对光谱辐照度为0.7W/（m2·nm），试验时间为200h。其中24h为一周期，20h连续照射，黑板温度计温度65±3℃，箱温65℃，相对湿度30%±5%；4h停止照射，冷凝，箱温50℃，相对湿度50%±5%。②氙灯老化试验：参照GB/T16422.2-1999《塑料实验室光源暴露试验方法第2部分：氙弧灯》的规定进行氙灯老化试验模拟户外，以300~890nm相对光谱辐照度为1000±200W/（m2·nm），其中紫外光辐照不超过2%，试验时间为1000h。其中2h为一周期，102min连续照射，18min照射加淋雨；黑标准温度计温度63±3℃。

结果及讨论

牛津布老化过程中外部影响因素分析

◆水质对牛津布老化的影响

将100D/24F31×23牛津布放入自来水中浸泡和宁波露天接来的雨水浸泡，模拟冬季晚上保温被正面接触雨雪，浸湿状态。测试结果见表3。

从表3水浸泡试验来看，涤纶耐湿性较好，浸泡后强力出现小幅下降，断裂伸长率略有升高。众所周知，水是优异的润湿渗透剂，长期的浸泡，水分子容易进入牛津布纤维中，溶胀牛津布涤纶纤维内部分子，导致强力下降，而由于水在溶胀过程中也充当了润滑剂，使得牛津布断裂伸长率增加。从上述试验中看出水质不是牛津布老化的主要因素。

◆温湿差对牛津布老化的影响

耐高低温性能测试和耐温湿差的性能参照国家标准和国际标准进行测试，见表4。值得注意的是，试验中涤纶在短时间的耐低温和耐高温测试中强力和断裂伸长率变化细微；但是在耐温湿差测试中经纬向强力剧烈下降，甚至断裂伸长率下降幅度超过40%，牛津布表现出脆化现象。从试验方法中可以看出，在224h的测试过程中，温差为-30~70℃，湿度为0%~100%，环境变化加剧。从高分子材料老化的角度来看，涤纶是酯类高分子半结晶聚合物，纤维内部由无定形区和结晶区组成，温差的变化能导致结晶区规整度破坏，而湿度变化加剧了纤维表面的渗透压，使得水汽从无定形区向结晶区渗透，进而破坏结晶区，导致材料脆化。从试验中看出温湿差是牛津布脆化老化的主要因素。

◆光照对牛津布老化的影响

光照是研究者们公认的材料老化因素，因此试验中也将牛津布放在氙灯 淋水条件下测试强力变化，见表5。从表5可知，随着光照时间的延长，牛津布强力和断裂伸长率逐渐下降，在93h前下降缓慢，之后强力损失率增大，老化速度加快。

但是对比表4中温湿差的试验，同样在224h的老化试验中，温湿差试验中材料老化损失明显高于光照 淋雨的老化过程。进一步对比试验条件，可以看出温湿差试验中-30~70℃的变温范围，温差高达100℃，是区别于光照老化试验的主要外部环境。在众多老化研究中都提到光照、温度和湿度等综合因素对牛津布老化作用的相关性，在该试验中发现，在湿度变化的环境中，巨大的温差对牛津布老化的作用远强于强烈的光照作用。

牛津布老化过程中内部参数因素分析

牛津布的老化发生在面料纤维结构上，经纱和纬纱的细度、织造的密度以及单丝强力等都受到温湿差的影响。由于构成经纬纱线的纤维细度以及织造密度不同，温湿度对面料的影响程度也不同。根据众多学者研究报道，面料单丝强力和覆盖系数可以作为面料结构参数的综合表达。其中，单丝强力=布面强力/（长丝细度×根数/1cm），覆盖系数计算方法如下：

Krm=0.0105（Pj×SQRT（Tj） Pw×SQRT（Tw））/K；

Pj，Pw——经纬纱密度（根/dm）；

Tj，Tw——经纬纱特数；

K——织物组织修正系数（K=1，平纹）。

试验材料选择了由同一家供应商提供的四种结构参数的面料，根据上述公式测算面料结构参数见表6。

从表6中可以看出经向单丝强力最好的是68D/24F38×26，100D/24F31×23与100D/24F 150D/36F31×23相似，最低的是63D/24F35×26。而总覆盖系数对比中100D/24F 150D/36F31×23面料最高，最低的是63D/24F35×26。将上述面料重复耐温湿差的试验，测试结果见表7。

表7的强力损失率直观的表达了材料老化后性能损失，对照表6，可以发现单丝强力最大的68D/24F38×26面料在温湿差试验后强力损失最大，其次是63D/24F35×26牛津布，这说明单丝强力不是温湿差影响的主要参数；而100D/24F31×23与100D/24F 150D/36F31×23面料的老化性能明显优于68D/24F38×26和63D/24F35×26面料，可知这2种牛津布的覆盖系数明显高于后者，说明面料的覆盖系数是影响材料老化的重要内在因素。

总结

常规的牛津布防水层设计时，大多数生产企业都是以纤维细度和单丝强力评价选择牛津布作为防水层，期望通过提高初始强力，改善面料老化性能。但是，通过该试验的老化外部环境因素的分析和面料参数的对比，显而易见的是温湿差是面料老化的最大诱因，而提升面料的覆盖系数是最直接有效的延迟老化的方法。

牛津布面料一般采用喷水织机织造，布匹含水量很高，如果直接进行防水涂层或者加工，也必须将材料烘干，否则残留的水分子会在温差变化中继续破坏农用保温被防水层。