聚丙烯織物的熱性能與阻燃性能

V. Mane, M.Y. Gudiyawar

D.K.T.E.S紡織工程學(xué)院(印度)

聚丙烯織物的熱性能與阻燃性能

V. Mane, M.Y. Gudiyawar

D.K.T.E.S紡織工程學(xué)院(印度)

摘要：聚丙烯(PP)的熱性能很差，很多研究都致力于提高其熱性能。采用空氣噴射變形機(jī)將PP長(zhǎng)絲與黏膠長(zhǎng)絲進(jìn)行混紡，將混紡后的紗線制成織物，并對(duì)織物的耐熱性和阻燃性進(jìn)行研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：通過與黏膠長(zhǎng)絲混紡，可以提高PP的導(dǎo)熱性能；以黏膠為皮層、PP為芯層的紗線的耐熱性也較PP有所提高；與黏膠長(zhǎng)絲混紡后,PP的阻燃性能略有提高。

關(guān)鍵詞：聚丙烯；黏膠；混紡絲；熱性能；阻燃性能

服裝熱阻是用以度量服裝阻礙穿著者體內(nèi)熱量散失到外界環(huán)境中的一種物理量，它受多種影響因素(如服裝熱阻、皮膚與服裝間的空氣層，以及織物內(nèi)層與外層間的空氣層等)綜合作用的影響?？椢锏臒嶙杌蚨嗷蛏倥c其厚度成正比。近年來，空氣變形聚丙烯(PP)長(zhǎng)絲因其功能與經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)勢(shì)引起研究者的廣泛興趣。PP織物在紡織業(yè)中廣泛應(yīng)用。但PP的主要缺點(diǎn)是熱穩(wěn)定性、吸濕性與染色性差，并且其織物的折皺回復(fù)性差。為了克服這些缺點(diǎn)，嘗試將PP纖維與其他纖維混紡，這不僅可提高PP織物的舒適性，還能提高其熱穩(wěn)定性。阻燃織物要考慮難燃性和自熄性兩方面。當(dāng)受到過熱或火焰時(shí)，這類織物應(yīng)能阻止火焰?zhèn)鞑ィ?dāng)著火時(shí)，需在離開火源后能自熄。這類織物還要求可用于熱防護(hù)領(lǐng)域，如可以阻止熱量從織物表面轉(zhuǎn)移到穿戴者身上。同時(shí)，還要求纖維在接近火焰和高溫時(shí)有一定的耐磨性。PP是近來能實(shí)現(xiàn)重要商業(yè)價(jià)值的合成纖維，在所有商用紡織纖維中PP的隔熱性最好，并且質(zhì)輕。PP纖維主要用于非織造地毯、簇絨、機(jī)織地毯、非織造衛(wèi)生材料、裝飾織物、毛毯、服裝及產(chǎn)業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域等。一般而言，PP纖維具有很好的耐酸性、耐強(qiáng)堿性及耐蟲性。它的低吸濕性導(dǎo)致水分的輸送速度快。PP的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是具有多種纖維形態(tài)，包括短纖、雙組分短纖、單絲、復(fù)絲、裂膜絲、原纖化裂膜、合成紙漿等。它可以制成繩索、地毯底布、地毯面紗、裝飾布、土工布、過濾材料、園藝/農(nóng)業(yè)材料、車用織物、清理材料及一次性尿布等。

PP絲具有良好的拉伸性能和較差的熱性能。本文對(duì)PP及其混紡紗與織物的熱穩(wěn)定性和阻燃性能進(jìn)行研究。主要研究PP與黏膠混紡紗及織物的生產(chǎn)，以改善PP的熱性能和阻燃性能。文中混紡紗的生產(chǎn)和研究有利于PP在地毯、家用紡織品領(lǐng)域的應(yīng)用。

1試驗(yàn)

1.1材料

采用PP全拉伸絲與黏膠全拉伸絲為原材料，其規(guī)格參數(shù)如表1所示。

表1　紗線規(guī)格參數(shù)

1.2方法

1.2.1紗的生產(chǎn)

采用Himson HJT-1000型空氣噴射變形機(jī)制作如下的空氣變形紗試樣：

——100%PP空氣變形紗；

——100%黏膠空氣變形紗；

——PP(芯層)/黏膠(皮層)混紡紗；

——PP(皮層)/黏膠(芯層)混紡紗。

所有空氣變形紗試樣在紡絲速度為300 m/min、空氣壓力為0.8 MPa、每小時(shí)噴水量為1 L、加熱管溫度穩(wěn)定為100 ℃條件下制得。

所得空氣變形紗的規(guī)格參數(shù)如表2所示。

1.2.2織物的織造

通過機(jī)織工藝將上述紗線制成織物，織物的規(guī)格參數(shù)如表3所示。

表2　空氣變形紗的規(guī)格參數(shù)

1.3測(cè)試

1.3.1紗的性能

——線密度。紗線線密度的測(cè)定參照ASTM D 1907標(biāo)準(zhǔn)。

——拉伸性能。紗線拉伸性能如斷裂強(qiáng)度與斷裂斷裂伸長(zhǎng)率的測(cè)試參照ASTM D 2256標(biāo)準(zhǔn)，采用Instron萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行測(cè)試，設(shè)定夾距為500 mm，速度拉伸為300 mm/min。

——收縮性能。紗線收縮是指紗線處于受熱且未拉伸狀態(tài)下長(zhǎng)度的減小。在一些情況，紗線的長(zhǎng)度會(huì)增大，稱為負(fù)收縮或拉伸。紗線的收縮率是一個(gè)很重要的參數(shù)，因?yàn)樗c結(jié)晶度和取向度相關(guān)，影響紗線的加工性能。紗線收縮率的計(jì)算如式(1)所示。

(1)

式中：ε——收縮率；

L0——試樣的初始長(zhǎng)度；

L——試樣收縮后的長(zhǎng)度。

——物理體積。采用杜邦公司的方法(ASTM D 4031-07) 測(cè)定變形紗的物理體積。在相同應(yīng)力下，將100 g變形前后的紗線卷繞在紗管上。變形紗物理體積的計(jì)算式如式(2)和(3)所示。

(2)

(3)

式中：v——變形紗物理體積；

P1——初始紗的卷裝密度,g/cm3；

P2——變形紗的卷裝密度, g/cm3；

m2——滿管的質(zhì)量，g；

m1——空管的質(zhì)量，g；

l——紗的卷裝長(zhǎng)度，cm；

r2——滿管的半徑，cm；

r1——空管的半徑，cm。

1.3.2織物的性能

——熱阻測(cè)試。根據(jù)ISO 11902/EN 31092標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)條件下織物的耐熱和耐水蒸氣性能(氣防護(hù)熱板法)。該方法為測(cè)試紡織原料與服裝、枕芯、睡袋、裝飾等材料的耐熱和耐水蒸氣性能提供指導(dǎo)。

——可燃性測(cè)試。織物的垂直燃燒測(cè)試參照ASTM D 568標(biāo)準(zhǔn)。將10 cm長(zhǎng)的織物試樣放置在垂直測(cè)試儀上進(jìn)行測(cè)試。織物試樣以固定的距離與火焰接觸，使織物持續(xù)接觸火焰5 s，記錄織物燃燒的長(zhǎng)度。

——面密度測(cè)試。采用克重裁切刀精確測(cè)定織物的面密度。試驗(yàn)采用圓形克重裁切刀，可以切割出均勻的圓形織物。克重裁切刀切出的樣本面積為100 cm2。 該儀器配有4片可更換刀片及常用的切割墊。

——透氣性測(cè)試。根據(jù)ASTM D 737-04標(biāo)準(zhǔn)，采用Shirley空氣滲透性測(cè)試儀對(duì)織物試樣的透氣性進(jìn)行測(cè)試。結(jié)果可用196 Pa(2 cm水壓)下每秒通過1 cm2織物的空氣的體積表示?？諝鉂B透率的計(jì)算是以196 Pa(2 cm水壓)下測(cè)試區(qū)以L/s讀取的流量值除以測(cè)試儀器的面積(5.07 cm2)得到。將平衡過的試驗(yàn)試樣放置在盤子與下部夾子之間，并對(duì)織物施加足夠的應(yīng)力以消除折皺。施加足夠的壓力，防止織物滑動(dòng)，阻止夾子表面的空氣泄漏。

2結(jié)果與討論

按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)，采用小樣機(jī)分別將4種空氣變形紗織制成織物試樣?？椢锏男阅苋绫?所示。

表4　織物的性能

2.1紗的性能

PP變形紗的熱性能如表2所示。不同溫度和時(shí)間對(duì)變形紗斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率的影響如表5～表7所示?？梢钥闯觯煌瑴囟群蜁r(shí)間下，變形紗的斷裂強(qiáng)度大不相同。這就意味著溫度對(duì)紗線的性能有一定的影響。

表5　溫度對(duì)空氣變形紗拉伸性能的影響(時(shí)間：30 min)

表6　溫度對(duì)空氣變形紗拉伸性能的影響(時(shí)間：60 min)

表7　溫度對(duì)空氣變形紗拉伸性能的影響(時(shí)間：90 min)

由試驗(yàn)結(jié)果可以看出，PP及其混紡紗的斷裂強(qiáng)度隨著溫度的升高而減小，且以PP為芯層的混紡紗的斷裂強(qiáng)度較高。因此，與以PP為皮層的混紡紗相比，以PP為芯層的混紡紗具有更好的熱穩(wěn)定性。PP及其混紡紗的斷裂伸長(zhǎng)率隨著溫度的升高而增大。紗線斷裂強(qiáng)度的降低和斷裂伸長(zhǎng)率的增加，表明在較高溫度下紗線內(nèi)部無定形區(qū)域的增加。另外，紗線斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率變化在溫度為120 ℃時(shí)最為顯著。

2.2織物的性能

織物的熱收縮性能如表4所示。由表4可以看出，不同溫度下織物的熱收縮率明顯不同。PP織物及其混紡織物的熱收縮性能類似。在120 ℃時(shí)，織物具有穩(wěn)定的熱收縮性能。當(dāng)溫度高于120 ℃時(shí)，織物的熱收縮率明顯增大。

2.2.1織物的熱性能

100%PP織物的熱導(dǎo)率較低，黏膠織物的熱導(dǎo)率稍高于PP織物。而PP與黏膠混紡紗的熱導(dǎo)率較PP織物有所提高?；旒徏喼蠵P、黏膠所處位置對(duì)織物的熱導(dǎo)率也有影響?？椢镌诓煌瑴囟认碌睦煨阅苋绫?所示。

表8　溫度對(duì)拉伸性能的影響(時(shí)間：30 min)

由表8可以看出，不同溫度下，織物的斷裂強(qiáng)力與斷裂伸長(zhǎng)率差異明顯。在溫度升高至80 ℃時(shí)，織物的斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率變化不明顯，但80 ℃后， 織物的斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率發(fā)生明顯變化，PP及其混紡織物的斷裂強(qiáng)力逐漸下降，斷裂伸長(zhǎng)率逐漸增加。說明溫度高于80 ℃后，纖維內(nèi)的分子解取向增加。

2.2.2織物的阻燃性能

織物垂直燃燒的試驗(yàn)結(jié)果如表9所示。

表9　垂直燃燒測(cè)試結(jié)果

由表9可以看出，與100%黏膠織物相比，100%PP織物的點(diǎn)燃時(shí)間更短，PP(芯層)/黏膠(皮層)混紡織物的點(diǎn)燃時(shí)間較長(zhǎng)，與100%黏膠織物相比，100%PP織物的燃燒時(shí)間更長(zhǎng)。含黏膠組分的PP織物的燃燒時(shí)間與100%PP織物相似。

3結(jié)論

PP空氣變形紗的斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率在溫度高于120 ℃后發(fā)生急劇變化，斷裂強(qiáng)度減小，斷裂伸長(zhǎng)率增大。在溫度為140 ℃下，將PP紗加熱1 h，其將呈完全熔融態(tài)。通過與纖維素纖維(如黏膠)混紡，PP織物的熱導(dǎo)率增大。

當(dāng)溫度高于120 ℃，PP織物的熱收縮率明顯增大。隨著溫度的升高，所有PP織物的斷裂強(qiáng)力均減小，斷裂伸長(zhǎng)率增大，且溫度高于80 ℃后，織物的斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率就會(huì)發(fā)生急劇變化。

鐘曉慧 譯王依民 校

Thermal and flame-resistance behavior of polypropylene fabrics

VivekMane,M.Y.Gudiyawar

D.K.T.E. Society’s Textile and Engineering Institute，Icgalkaranji/India

Abstract:Polypropylene(PP)is widely known for its poor thermal characteristics. Many attempts have been made to improve its thermal behavior. In this study, PP filament yarns were blended with viscose filament yarns using an air-jet texturing machine. The blended yarns of PP and viscose were converted into fabrics and the fabrics thermal resistance and flame-resistance characteristics were studied. It was found that the thermal conductivity of PP can be improved by blending it with viscose yarn. Thermal resistance of PP can be improved by having viscose sheath and PP core yarn. Flame-resistance of PP also can be marginally improved by blending it with viscose filament yarn.

Key words:polypropylene; viscose; blended yarn; thermal behavior; flame-resistance behavior