等離子體處理對(duì)芳砜綸機(jī)織物阻燃性能的影響

黃時(shí)建，王天君

(上海工程技術(shù)大學(xué) 服裝學(xué)院，上海 201620)

等離子體處理對(duì)芳砜綸機(jī)織物阻燃性能的影響

黃時(shí)建，王天君

(上海工程技術(shù)大學(xué) 服裝學(xué)院，上海 201620)

低溫等離子體處理可改善芳砜綸機(jī)織物的服用性能，但對(duì)其阻燃性能的影響目前尚不十分明確。經(jīng)數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析處理前后織物阻燃性能指標(biāo)的測(cè)試數(shù)據(jù)，可知在一定條件下，低溫等離子處理對(duì)織物阻燃性能基本無(wú)影響，但處理工藝對(duì)阻燃性能中的具體指標(biāo)有顯著影響。

芳砜綸；等離子體處理；織物阻燃性能

紡織材料常用等離子體處理技術(shù)來(lái)改善其濕潤(rùn)性、黏結(jié)性、易染性，改變其物理或電性能，以及提高材料表面的清潔度和抗菌性等[1]。但這些性能的改善應(yīng)以不降低或少降低材料的基本性能為前提。

芳砜綸是中國(guó)自主研發(fā)并已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的一種有機(jī)耐高溫纖維，其化學(xué)名稱(chēng)為聚苯砜對(duì)苯二甲酰胺纖維(Polysulfonamidefiber)，簡(jiǎn)稱(chēng)PSA。這是一種在高分子主鏈上含有砜基(-SO2-)的芳香族聚酰胺纖維，屬對(duì)位芳綸系列，由于其分子主鏈上的硫原子處于最高氧化狀態(tài)，芳香環(huán)又難以氧化，因此PSA的耐高溫能力很強(qiáng)，且耐熱氧性十分出眾，在很多領(lǐng)域已經(jīng)受到廣泛的重視和應(yīng)用[2]，如利用芳砜綸的耐高溫特性而采用其機(jī)織物制作熱防護(hù)服[3]。但由于纖維本身的一些缺陷，如體積比電阻高、卷曲穩(wěn)定性差、摩擦系數(shù)偏低，使成品易積聚靜電、剛性偏大，潤(rùn)濕性差，從而影響織物的服用性能，表現(xiàn)在舒適性、染色鮮艷度等不佳[4]。

表面處理技術(shù)可以改變材料表面的物理、化學(xué)性能，從而克服材料本身的一些缺陷。在所有表面處理技術(shù)中，等離子體處理是應(yīng)用最廣泛的一種，特別在紡織材料領(lǐng)域[5]。等離子體是帶電的正負(fù)離子、電子、中性粒子、自由基及各種活性基團(tuán)等的集合體。因正負(fù)電荷整體上相等，故稱(chēng)為等離子體。按粒子溫度的高低，可分為高溫等離子體(熱平衡)和低溫等離子體(非熱平衡)。低溫等離子體是由稀薄氣體在低壓狀態(tài)下以激光、射頻或微波激發(fā)輝光放電產(chǎn)生，技術(shù)上相對(duì)簡(jiǎn)易，設(shè)備投資低。等離子體處理在材料表面通常產(chǎn)生2種變化：刻蝕和堆砌，這些變化僅發(fā)生在距材料表面50～10 nm的表層，因而能顯著改善材料的界面性能，而對(duì)材料的本體性能影響很小[6-7]。

本研究將對(duì)芳砜綸機(jī)織物在等離子處理前后阻燃性能指標(biāo)的變化進(jìn)行分析和探討。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 原 理

GB/T 17591－2006《阻燃織物》對(duì)阻燃防護(hù)服用織物規(guī)定了3項(xiàng)燃燒性能指標(biāo)：損毀長(zhǎng)度、續(xù)燃時(shí)間、陰燃時(shí)間，GA 634－2006《消防員隔熱防護(hù)服》還增加了極限氧指數(shù)(LOI)指標(biāo)。分析這4項(xiàng)指標(biāo)在等離子體處理前后的數(shù)據(jù)變化及在各處理?xiàng)l件下的差異，以確定較佳等離子體處理工藝。

1.2 試驗(yàn)方法

以處理介質(zhì)A、處理時(shí)間B和極板間距C為3個(gè)因素，每個(gè)因素各取3個(gè)水平：A1、A2、A3分別是氧氣、氬氣和大氣；B1、B2、B3分別是3、7、12 min；C1、C2、C3分別是10、14、18 mm。共處理9個(gè)試樣。

1.3 試驗(yàn)方案

采用正交試驗(yàn)法，選用L9(33)的正交表，正交試驗(yàn)方案見(jiàn)表1。

表1 L9(33)正交試驗(yàn)方案Tab.1 Table of orthogonal test L9(33)

1.4 試驗(yàn)材料和儀器

試驗(yàn)材料：機(jī)織平紋布，原料為100 %PSA纖維，經(jīng)密193根/10cm，緯密175根/10cm，153 g/m2。試驗(yàn)前將試樣置于標(biāo)準(zhǔn)大氣環(huán)境[溫度：(20±2)℃，相對(duì)濕度：(65±3 %)]24 h以上。

試驗(yàn)儀器：STR/1脈沖式空氣等離子體試驗(yàn)儀，YG815B織物阻燃性能儀(垂直法)，YG831氧指數(shù)儀，YG751B電腦式恒溫恒濕箱。

1.5 試驗(yàn)依據(jù)

依據(jù)GB/T 5455－1997《紡織品 燃燒性能試驗(yàn)垂直法》和GB/T 5454－1997《紡織品 燃燒性能試驗(yàn)氧指數(shù)法》。

1.6 指標(biāo)測(cè)試

試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)Tab.2 Test data

2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

2.1 指標(biāo)對(duì)比

表3 等離子體處理前后指標(biāo)對(duì)比Tab.3 Index comparison between untreatment and treated with plasma treatment

從表3可以看出，等離子體處理對(duì)織物的燃燒性能基本無(wú)影響，完全符合國(guó)標(biāo)和部標(biāo)的要求，說(shuō)明本試驗(yàn)方法所選擇的等離子體處理工藝適用于PSA阻燃防護(hù)服用織物。

2.2 極差和方差分析

通過(guò)極差和方差分析來(lái)選擇最優(yōu)處理工藝。

表4 極差分析Tab.4 Analysis of range

從表4中可見(jiàn)，經(jīng)向損毀長(zhǎng)度的極差RA＞RC＞RB，所以因素影響主次程度為A，C，B，而均值ⅡA、ⅡB、ⅡC最小，因此，在不考慮顯著性差異的情況下，較佳工藝可選擇A2B2C2。同理，緯向損毀長(zhǎng)度的因素影響主次程度為B，A，C，較佳工藝A2B2C1或A2B3C1；經(jīng)向續(xù)燃時(shí)間的因素影響主次程度為A，C，B，較佳工藝A1B2C3；緯向續(xù)燃時(shí)間的因素影響主次程度為C，A、B，較佳工藝A1B1C2或A2B1C2；經(jīng)向陰燃時(shí)間的因素影響主次程度為A，B，C，較佳工藝A1B2CX(X＝1，2，3)；緯向陰燃時(shí)間的因素影響主次程度為A，B、C，較佳工藝A1B1C2；經(jīng)向LOI的因素影響主次程度為C、A、B，較佳工藝A2B3C2；緯向LOI的因素影響主次程度為A，B，C，較佳工藝A2B1C1。

表5 方差分析Tab.5 Analysis of variance

從表5中可見(jiàn)，經(jīng)向續(xù)燃時(shí)間和經(jīng)、緯向陰燃時(shí)間的FA比、緯向續(xù)燃時(shí)間的FC比大于9，所以在90 %的置信度上，處理介質(zhì)對(duì)經(jīng)向續(xù)燃時(shí)間和經(jīng)、緯向陰燃時(shí)間，極板間距對(duì)緯向續(xù)燃時(shí)間有顯著性影響；而其他F比都小于9，所以在90 %的置信度上，處理介質(zhì)、處理時(shí)間和極板間距對(duì)其余指標(biāo)數(shù)均無(wú)顯著性影響。有顯著性影響的各較優(yōu)工藝分別為：經(jīng)向續(xù)燃時(shí)間是A1BXCX，緯向續(xù)燃時(shí)間是AXBXC2，經(jīng)向陰燃時(shí)間是A1BXCX，緯向陰燃時(shí)間是A1BXCX。綜合考慮，可選擇A1B1C2作為等離子體處理工藝方案，即處理介質(zhì)為氧氣、處理時(shí)間3 min、極板間距14 mm。在此工藝條件下，PSA機(jī)織物的阻燃性能整體沒(méi)有下降，且某些指標(biāo)還有提高，而織物的服用性能可獲得顯著改善。

3 結(jié) 論

本試驗(yàn)方法所選擇的等離子體處理工藝不會(huì)造成PSA機(jī)織物的阻燃性能下降，有益于改善織物的服用性；對(duì)PSA機(jī)織物阻燃性能中的經(jīng)、緯向續(xù)燃時(shí)間和經(jīng)、緯向陰燃時(shí)間有顯著影響，適宜的工藝方案是處理介質(zhì)為氧氣、處理時(shí)間3 min、極板間距14 mm。

[1] 夏彥水，楊建忠.低溫等離子體技術(shù)在紡織材料表面改性中的應(yīng)用進(jìn)展[J].紡織科技進(jìn)展，2005(3)：5-7.

[2] 宋江超.芳砜綸纖維的發(fā)展和應(yīng)用[J].國(guó)外絲綢，2007(2)：38-40.

[3] 任加榮，汪曉峰，張玉華.芳砜綸的市場(chǎng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用[J].產(chǎn)業(yè)用紡織品，2007，25(5)：1-6.

[4] 王付秋，汪曉峰，朱蘇康，等.芳砜綸纖維紡紗工藝與措施[J].上海紡織科技，2005，33(8)：46-48，54.

[5] 董衛(wèi)國(guó).高性能纖維表面處理技術(shù)[J].山東紡織科技，2001，11(6)：44-46.

[6] 毛志勇.紡織品低溫等離子體表面處理技術(shù)介紹[J].非織造布，2003，11(4)：20-22.

[7] 邵敬黨.低溫等離子技術(shù)在紡織材料表面改性中的應(yīng)用[J].四川絲綢，2005(3)：20-22.

Influence of plasma treatment on flame retardant property of the PSA woven fabric

HUANG Shi-jian, WANG Tian-jun
(Institute of Fashion, Shanghai University of Engineering and Science, Shanghai 201620, China)

The wearable property of PSA woven fabrics can be improved by the low-temperature plasma treatment, however, the mechanism of its flame retardant property is not clear. After the data analysis of the flame retardant property of untreatment and treatmented fabrics by mathematical statistics, the flame retardant property of treatmented fabrics is not less than that of untreatment. Treatment technology has a significant influence on some index specific of the flame retardant property.

PSA; Plasma treatment; Fabric flame retardant property

TS941.12

A

1001-7003(2011)05-0013-03

2010-09-15；

2011-03-14

黃時(shí)建(1956－ )，男，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，主要從事紡織材料功能性處理的研究與應(yīng)用。