聚酰亞胺阻燃滌綸混紡織物的性能研究

劉梅城 洪 杰 陸 艷 周成逸

(江蘇工程職業(yè)技術學院，江蘇南通，226001)

阻燃纖維是指極限氧指數(shù)高于25%的纖維，有本質(zhì)阻燃纖維和改性阻燃纖維兩種[1-2]。當前在對耐熱阻燃織物的開發(fā)上，主要有兩種方法：一種是采用一種或多種耐高溫本質(zhì)阻燃纖維進行純紡或混紡，隨后再織造成織物，這類紡織品阻燃性能好，但是因為本質(zhì)阻燃纖維價格昂貴，一定程度上影響了在市場中的應用與推廣；另一種是用本質(zhì)阻燃纖維與改性阻燃纖維混紡織造，由于改性阻燃纖維價格便宜，所以這類織物價格相對較低，同時這類織物的阻燃性能可滿足大部分市場的需求，具有較高的實際應用價值[3-4]。

聚酰亞胺纖維的分子主鏈上含有酰亞胺環(huán)基團，具有優(yōu)異的耐高溫、阻燃、力學、耐化學等性能，是一種重要的高性能纖維，已成為制取隔熱安全防護產(chǎn)品的熱點材料之一[5-6]。聚酰亞胺纖維的極限氧指數(shù)超過35%，優(yōu)于傳統(tǒng)特種纖維的阻燃性能，而且遇高溫明火不熔滴，碳化發(fā)煙量極低且無毒，滿足密閉空間、居家及防護類紡織品的要求[7-9]。

本文從阻燃紡織品的適用性和經(jīng)濟性出發(fā)，一方面針對聚酰亞胺纖維的高成本，通過混用價格相對低廉的阻燃滌綸，研發(fā)聚酰亞胺與阻燃滌綸混紡產(chǎn)品，在滿足市場對阻燃性能要求的同時，從價格上滿足阻燃紡織品的市場需求；另一方面，由于阻燃滌綸耐磨性好，強力高，可紡性好，與聚酰亞胺按不同混紡比紡紗，在降低成本的同時得到實際使用性能更優(yōu)的阻燃紡織品，廣泛應用于服裝、家紡、酒店及消防等領域，具有重要的現(xiàn)實意義和實際應用價值。

1 原料選擇與紗線設計

1.1 纖維原料

選用的聚酰亞胺規(guī)格為2.2 dtex×38 mm。阻燃滌綸規(guī)格為1.65 dtex×38 mm，極限氧指數(shù)33%以上，續(xù)燃時間0 s，陰燃時間0 s。

1.2 紗線設計

為了對聚酰亞胺與阻燃滌綸混紡織物的性能進行比較分析，試紡了6種混紡比的聚酰亞胺阻燃滌綸混紡紗，混紡比為0/100、5/95、25/75、50/50、75/25、100/0，依次標記為紗線1、紗線2、紗線3、紗線4、紗線5和紗線6，紗線線密度均為14.5 tex。紗線實物照片如圖1所示。

1.3 成紗主要質(zhì)量指標

測試了6種紗的主要質(zhì)量指標，具體見表1。由于試紡量較少，生產(chǎn)環(huán)境無法有效控制，紡紗工藝參數(shù)不能得到有效優(yōu)化，所以紗線質(zhì)量指標存在一定的差異。

表1 6種紗的主要質(zhì)量指標

2 織物設計

采用上述6種紗分別進行織物設計和打樣，織造小樣機為SGA598型全自動劍桿織樣機?？椢锝M織采用平紋，織物設計經(jīng)密472根/10 cm，設計緯密354根/10 cm，幅寬30 cm。紗線1至紗線6織造的織物依次標記為織物1、織物2、織物3、織物4、織物5和織物6。6種織物樣的實測經(jīng)密依次為468根/10 cm、470根/10 cm、472根/10 cm、469根/10 cm、466根/10 cm、470根/10 cm，實測緯密依次為350根/10 cm、356根/10 cm、354根/10 cm、352根/10 cm、350根/10 cm、346根/10 cm。

3 織物性能測試與分析

3.1 測試方案

首先測試各織物的阻燃性，再對透氣性、彎曲性、撕破性等進行測試。阻燃性測試依據(jù)GB/T 14644—2014《紡織品 燃燒性能 45°方向燃燒速率的測定》，測試儀器為YG815D型織物阻燃性能測試儀。透氣性測試依據(jù)GB/T 5453—1997《紡織品 織物透氣性的測定》，測試儀器為YG(B)461D型數(shù)字式織物透氣量儀。撕破性測試依據(jù)GB/T 3917.1—2009《紡織品織物撕破性能 第1部分：沖擊擺錘法撕破強力的測定》，測試儀器為YG033D型數(shù)字式織物撕裂儀。彎曲性測試依據(jù)GB/T 18318.1—2009《紡織品 彎曲性能的測定 第1部分：斜面法》，測試儀器為LLY-01型電子硬挺度儀。

3.2 測試結果分析

3.2.1 織物阻燃性能

織物的阻燃性能測試指標有3個，分別為經(jīng)向開始燃燒時間、緯向開始燃燒時間和阻燃級別。織物1至織物6的經(jīng)向開始燃燒時間依次為3.8 s、4 s、2 s、5 s、不燃和不燃；織物1至織物6的緯向開始燃燒時間依次為4.3 s、5 s、3 s、8 s、不燃和不燃；阻燃級別均為一級。

可以看出，6種織物的阻燃性能總體優(yōu)異，燃燒級別均達到了一級，特別是當聚酰亞胺占比達到75%及以上時，織物不燃燒。測試過程中，織物1至織物4的緯向開始燃燒時間均比經(jīng)向開始燃燒時間長，而且隨著聚酰亞胺比例的增加其差異愈加顯著；而織物5和織物6不燃燒，經(jīng)、緯向的阻燃性能無差異。造成織物經(jīng)向阻燃性能低于緯向的主要原因是經(jīng)密大，緯密小，密度越大結構越緊密，織物中容納的氧氣越少，越不易燃燒?？傮w上，6種織物還是隨著聚酰亞胺比例的增加，阻燃性變好；但是在聚酰亞胺比例為25%時存在一個低谷，聚酰亞胺比例到50%時織物阻燃性能又出現(xiàn)很大提高，這種V形變化需要引起注意。此外，當聚酰亞胺比例達到75%時，織物的經(jīng)向與緯向均已經(jīng)不燃燒，這表明聚酰亞胺比例為75%即可達到不燃燒的阻燃目標，這為聚酰亞胺與阻燃滌綸混紡織物的開發(fā)提供了重要的參考價值。

3.2.2 織物撕破性能

6種織物撕破性能測試數(shù)據(jù)及其規(guī)律如圖2所示。從圖2可知，6種織物的經(jīng)向撕破強力均大于其緯向撕破強力，這主要是因為織物經(jīng)密大于緯密，且6種織物經(jīng)、緯向撕破強力有差異。聚酰亞胺比例為25%時出現(xiàn)與前述阻燃性一樣的V形低谷，隨后織物撕破強力均隨著聚酰亞胺比例的增加而增加，這是因為聚酰亞胺強力比阻燃滌綸強力高。對于撕破強力，在聚酰亞胺占比25%時出現(xiàn)的V形低谷也需進一步研究。

圖2 6種織物的撕破強力測試結果

3.2.3 織物透氣性能

6種織物的透氣性測試結果如圖3所示。由圖3可知，6種織物的透氣率隨著聚酰亞胺比例的上升，沒有表現(xiàn)出比較明顯的規(guī)律性變化。其中織物6較織物5的透氣率變化較大，即聚酰亞胺含量從75%增加至100%時，透氣率下降了11%。

圖3 6種織物的透氣率測試結果

3.2.4 織物彎曲性能

采用斜面法所測6種織物的彎曲性能數(shù)據(jù)及變化如圖4所示。從圖4中可以看出，6種織物的經(jīng)向彎曲長度均大于緯向，造成這種現(xiàn)象的主要原因是織物經(jīng)密大于緯密。隨著聚酰亞胺比例的上升，6種織物的彎曲長度總體上呈上升趨勢，這是因為聚酰亞胺分子結構中芳環(huán)密度較大，大分子中含有酞酰亞胺結構，導致聚酰亞胺具有高強高模的特性，尤其在模量方面更為突出，所以隨著聚酰亞胺比例的上升，織物彎曲長度逐漸增大[10]。

圖4 6種織物的彎曲性能測試結果

4 結論

紡制聚酰亞胺阻燃滌綸混紡紗，混紡比分別為0/100、5/95、25/75、50/50、75/25、100/0，并試織了對應的6種織物，測試了織物的阻燃性、透氣性、彎曲性、撕破性等，得出結論如下。

(1)對于阻燃性能，6種織物的緯向均優(yōu)于經(jīng)向，當聚酰亞胺含量增至75%時，織物已不燃；在聚酰亞胺含量為25%時出現(xiàn)了一個極低值。

(2)對于撕破性能，聚酰亞胺比例為25%時出現(xiàn)了一個極低值；總體而言，隨著聚酰亞胺比例的增加織物撕破強力呈現(xiàn)增大的趨勢。

(3)對于透氣性能，織物的透氣率隨著聚酰亞胺比例的上升，未表現(xiàn)出比較明顯的規(guī)律性變化。

(4)對于彎曲性能，織物的剛性隨著聚酰亞胺比例的增加而增大。

結合上述性能測試結果和分析，兼顧成本，綜合考慮，聚酰亞胺比例為75%的織物性價比最高，實際價值最大，而聚酰亞胺比例為25%的織物在性能上存在較大不足，應盡量避免。