阻燃抗紫外線復(fù)合功能窗簾交織物的性能

吳 華， 張紅霞， 黃錦波， 祝成炎， 曹麗丹， 袁海萍

(1. 浙江理工大學(xué) 紡織纖維材料與加工技術(shù)國家地方聯(lián)合工程實驗室， 浙江 杭州 310018；2. 浙江和心紡織有限公司， 浙江 嘉興 314400； 3. 浙江省紡織測試研究院， 浙江 杭州 310018)

阻燃抗紫外線復(fù)合功能窗簾交織物的性能

吳 華1， 張紅霞1， 黃錦波2， 祝成炎1， 曹麗丹1， 袁海萍3

(1. 浙江理工大學(xué) 紡織纖維材料與加工技術(shù)國家地方聯(lián)合工程實驗室， 浙江 杭州 310018；2. 浙江和心紡織有限公司， 浙江 嘉興 314400； 3. 浙江省紡織測試研究院， 浙江 杭州 310018)

為探討復(fù)合交織工藝對織物性能的影響，通過對試樣織物的燃燒性能、紫外線防護系數(shù)(UPF)等測試，探討了緯紗不同交織比對織物阻燃性能及抗紫外線性能的影響。研究表明3種功能纖維相互協(xié)調(diào)、優(yōu)勢互補,提高了織物的阻燃性能和抗紫外線性能。阻燃腈綸含量與織物阻燃性能呈非線性關(guān)系，阻燃腈綸與蜂窩抗紫外滌綸交織比為1∶1時，織物經(jīng)緯向阻燃性能最好，且沒有熔滴。蜂窩抗紫外線含量在15.69%～35.3%時，紫外線透過率與蜂窩抗紫外線滌綸含量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系；蜂窩抗紫外線滌綸含量超過15.69%時，紫外線防護系數(shù)UPF與蜂窩抗紫外線滌綸含量呈非線性正相關(guān)關(guān)系，阻燃腈綸與蜂窩抗紫外線滌綸交織比為1∶3時，織物抗紫外性能最好。

阻燃滌綸； 阻燃腈綸； 蜂窩抗紫外滌綸； 交織； 垂直燃燒

現(xiàn)代建筑和居室裝飾設(shè)計中，采用大陽臺、大落地窗、大玻璃隔斷已成時尚，與之配套的布藝窗簾、窗紗安全性也需相應(yīng)提高。普通窗簾只具有一定的遮光性和裝飾性，不具備阻燃、抗紫外線功能，無法滿足現(xiàn)代生活的需求。窗簾這種垂直懸掛的紡織品，一旦起火，極易形成火勢上下迅速蔓延擴散[1]，化纖織物還會產(chǎn)生熔滴及有毒氣體，降低火災(zāi)逃生機會。阻燃纖維的價格較普通纖維要貴40%左右[2]，以至于一些賓館、飯店較少購買阻燃織物，其使用的紡織產(chǎn)品后整理法工藝簡單，成本較低，懸垂性、透氣性不好，不耐洗滌，阻燃效果不持久，仍無法消除火災(zāi)隱患。太陽紫外線輻射不僅使紡織品褪色和脆化，更嚴(yán)重的是使人體皮膚曬傷老化，產(chǎn)生黑色素和色斑，誘發(fā)癌變，降低人體免疫系統(tǒng)的保護功能，危害人類健康。目前市場上也出現(xiàn)了一些阻燃及抗紫外線功能窗簾，但是單一阻燃或抗紫外線功能的紡織品已不能滿足市場需求。多種功能的復(fù)合是近幾年或未來開發(fā)功能性家用紡織品的趨勢，亦是改善單一功能性家紡面料的功能缺陷和不足的有效方法。目前紡織纖維進行功能復(fù)合主要采取2種方法：1)功能纖維混紡再織造；2)功能纖維純紡再交織?；旒徳倏椩旃に囕^復(fù)雜，且混紡后紗線的功能性難以保證，而交織工藝簡單易行，探討功能纖維的功能復(fù)合交織工藝，并應(yīng)用于紡織行業(yè)，可快速贏取安全性窗簾面料市場份額。

1 功能纖維原料的選用

通過認(rèn)真調(diào)研篩選，經(jīng)紗原料選擇國內(nèi)工藝較成熟的阻燃滌綸長絲，緯紗原料為阻燃腈綸和蜂窩抗紫外線滌綸。1)阻燃滌綸長絲：由上海佳通超細(xì)化纖有限公司提供，紗線線密度為8.30 tex，極限氧指數(shù)LOI值為30%～34%；紡絲液中添加磷系阻燃劑，阻燃效果理想持久并且較為環(huán)保。其阻燃機制主要是氣相阻燃和部分固相成碳阻燃，不僅降低了材料的熱釋放速率，而且還減少了腐蝕和有害氣體的排放[3]。2)阻燃腈綸(0.17 tex×38 mm)：由臺灣臺塑公司提供，采取共聚阻燃改性法生產(chǎn)，將含阻燃元素的乙烯基化合物作為單體，與丙烯腈及相應(yīng)的單體進行共聚反應(yīng)以實現(xiàn)阻燃改性。阻燃劑用量少，阻燃性能良好，而且阻燃效果持久[4]。極限氧指數(shù)值(LOI)為29%～33%，不具熔滴效應(yīng)，可防高溫熔融物質(zhì)接觸到身體造成嚴(yán)重的皮膚燙傷。3)蜂窩抗紫外線滌綸(0.17 tex×38 mm)：由浙江上虞弘強彩色滌綸有限公司提供，采用共混熔融方式紡絲，纖維中的納米TiO2對長波黑斑效應(yīng)紫外線UVA(波長320～400 nm)、中波紅斑效應(yīng)紫外線UVB(波長275～30 nm)波段的紫外線具有優(yōu)異的屏蔽功能[5]。

2 試樣織物規(guī)格設(shè)計

影響交織物性能的因素較多，本文采用織造工藝參數(shù)一致，避免其他工藝參數(shù)對織物性能的影響，就不同的緯紗交織比帶來的功能纖維含量的變化而影響織物的功能性進行理論分析和研究，期望能發(fā)現(xiàn)功能纖維含量與織物功能性的規(guī)律，為合理選用原料交織比，有效開發(fā)優(yōu)質(zhì)交織阻燃抗紫外線復(fù)合功能窗簾面料提供一定的理論依據(jù)。

實驗采用不同交織比例試織了9組小樣。試樣織物的工藝參數(shù)制定主要參考常用的家用裝飾織物經(jīng)緯紗密度和織物組織結(jié)構(gòu)，組織結(jié)構(gòu)采用五枚經(jīng)緞，已有研究表明緞紋組織阻燃能力的穩(wěn)定性較好[6]?？椢锝?jīng)緯密分別為800、400根/10 cm。經(jīng)紗原料：8.30 tex阻燃滌綸長絲；甲緯原料：14.76 tex 純阻燃腈綸；乙緯原料：14.76 tex 純蜂窩抗紫外線滌綸。具體規(guī)格參數(shù)如表1所示。

表1 試樣規(guī)格參數(shù)Tab.1 Specifications of fabrics

注：A1至A9號分別為不同投緯比例的試樣織物編號。

織物厚度是影響織物阻燃性能[7]和抗紫外線性能[8]的重要因數(shù)之一，從表1中可發(fā)現(xiàn)試樣厚度具有一定的差異，對織物厚度指標(biāo)差異按下式進行計算分析，標(biāo)準(zhǔn)織物厚度指標(biāo)采用試樣織物厚度指標(biāo)的平均值。

式中：Bi為織物厚度指標(biāo)差異，%；Ai為織物厚度，mm；V為織物厚度的平均值，mm。

計算得織物厚度指標(biāo)差異均低于5%。在允許誤差范圍內(nèi)可以認(rèn)為試樣厚度是相同的，避開了厚度對織物阻燃性能和抗紫外線性能的影響。

3 試樣性能測試

3.1 試樣燃燒性能

參照GB/T 5455—1997《紡織品 燃燒性能試驗垂直法》，采用ATLAS-VFC垂直阻燃測試儀測試織物燃燒性能。試樣尺寸為300 mm×80 mm，經(jīng)緯向各取5塊，測試結(jié)果如表2所示。

表2 試樣織物垂直燃燒測試結(jié)果 Tab.2 Vertical burning test results

合成纖維織物的燃燒和阻燃機制是較復(fù)雜的過程，涉及很多影響和制約因素。纖維原料、纖維熱性能[9]、阻燃劑、織造工藝、織物結(jié)構(gòu)參數(shù)、殘留碳化物等均可能會對織物燃燒性能產(chǎn)生影響。從9組試樣的燃燒性能測試結(jié)果來看：除A1織物外，其他織物阻燃效果較好，陰燃和續(xù)燃時間均為0 s，經(jīng)緯向損毀長度<150 mm，沒有產(chǎn)生熔滴，不會因高溫甚至帶火焰的熔滴，引起其他材料的燃燒并使其蔓延，更不會有高溫熔融物質(zhì)接觸到身體造成嚴(yán)重的皮膚燙傷[10]，可有效地防止危及人身安全的情況發(fā)生，達到了裝飾類織物阻燃性能指標(biāo)B1級水平。但是阻燃滌綸、阻燃腈綸和蜂窩抗紫外線滌綸交織物的燃燒性能并不是3種功能纖維燃燒性能的簡單相加，織物燃燒后的損毀長度亦沒有因阻燃腈綸含量的提高而逐漸減小，損毀長度值出現(xiàn)較大的浮動。

A1織物雖然有熔滴，但是損毀長度<150 mm，可能原因是緯紗采用了蜂窩抗紫外線滌綸，其纖維中含有納米級TiO2，已有研究表明TiO2有高穩(wěn)定性、高熔點，以及良好的熱穩(wěn)定性能，TiO2的加入可提高材料的熱穩(wěn)定性和阻燃性能[11]，本文實驗結(jié)果與該理論研究相符。阻燃腈綸用量低于23.53%時，各試樣織物經(jīng)向與緯向的損毀長度出現(xiàn)較大的差異，這可能是因為阻燃腈綸含量較小，受阻燃滌綸和蜂窩抗紫外線滌綸的燃燒性能影響偏大造成的?；鹧嬖诮?jīng)向或緯向燃燒時，經(jīng)緯向纖維熱分解速率不同，故織物兩側(cè)熔融收縮不同，緯向或經(jīng)向產(chǎn)生不同的空隙，織物熔融速度不同，導(dǎo)致織物經(jīng)緯向損毀長度出現(xiàn)較大的差異。阻燃腈綸用量為23.53%～37.66%時，織物經(jīng)緯向燃燒性能差異較小。阻燃滌綸與阻燃腈綸雖然極限氧指數(shù)相近，但A9織物經(jīng)向損毀長度明顯小于織物緯向損毀長度，出現(xiàn)的原因可能與阻燃滌綸和阻燃腈綸阻燃劑的阻燃機制不同及纖維本身的熱降解溫度，裂解產(chǎn)生的可燃?xì)怏w等因素有關(guān)?；鹧嬖诮?jīng)向垂直燃燒時，緯紗朝兩側(cè)開始熔融收縮，燃燒表面生成的殘留物結(jié)構(gòu)較致密，硬度較大，卷曲覆蓋在鄰邊緯紗的上面，緯紗緊密板結(jié)在一起，形成致密的防火層，可隔絕燃燒材料和外界空氣以及燃燒產(chǎn)生的熱量，具有比較好的作用能夠降低材料的燃燒性能[12]。火焰在緯向垂直燃燒時，經(jīng)紗朝兩側(cè)開始熔融收縮，燃燒表面生成的殘留物含有相對較多的碳化物，碳化物疏松易碎起不到隔絕空氣和熱量的作用，較難阻擋緯紗熔融收縮，因此經(jīng)向蔓延速度小于緯向，所以緯向損毀長度明顯大于經(jīng)向。

阻燃腈綸：蜂窩抗紫外線滌綸交織比為1∶1，即阻燃腈綸的用量為23.53%，織物經(jīng)緯向阻燃性能最好。3種功能纖維產(chǎn)生了正面協(xié)調(diào)作用，阻燃滌綸長絲和阻燃腈綸與蜂窩抗紫外線滌綸的相互交織不僅減小了經(jīng)緯向損毀長度，又阻止了熔滴的產(chǎn)生。

3.2 試樣織物抗紫外性能

參考GB/T 18830—2009《紡織品防紫外線性能的評定》，實驗儀器采用UV-1000F抗紫外測試儀。測試結(jié)果如表3所示。

由表3得，蜂窩抗紫外線含量低于15.69%時，UVA透過率變化較平緩，其用量在15.69%～35.3%之間時，UVA透過率隨著蜂窩抗紫外線滌綸含量的增加而逐漸減少，織物的抗紫外線性能逐漸提高，但是蜂窩抗紫外線滌綸含量為37.66%～47.07%時，TUVA逐漸變大，織物并不是在蜂窩抗紫外線滌綸含量最高的時候，具有最好的抗紫外線性能，可能原因是隨著織物中逐漸加入阻燃腈綸，3種纖維能夠相互協(xié)調(diào)，從而提高了織物的抗紫外線性能。而且腈綸大分子本身含有氰基(—CN)，所吸收的紫外線能量可轉(zhuǎn)化為振動能而損耗，可有效地保持分子化學(xué)結(jié)構(gòu)的完整性和分子間結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性[1]，提高織物的抗紫外線性能。

表3 試樣織物抗紫外線性能測試結(jié)果Tab.3 Results of anti-UV performance test

注：TUVA為UVA紫外線波段透過率；TUVB為UVB紫外線波段透過率。

為研究無熔滴，且達到裝飾織物阻燃B1級標(biāo)準(zhǔn)后織物的抗紫外線性能，對A2至A9交織物中蜂窩抗紫外線滌綸的含量與紫外線防護系數(shù)UPF作指數(shù)增長函數(shù)擬合，如圖1所示。擬合方程如下式所示，其中R2=0.992 4，蜂窩抗紫外線滌綸的含量為X,織物紫外線防護系數(shù)UPF為應(yīng)變量Y，二者具有顯著的相關(guān)性。

Y=265.36+5.64e(x/13.91)

由圖1得，蜂窩抗紫外線用量低于15.69%時，紫外線防護系數(shù)UPF值變化曲線較平緩,其用量在15.69%～37.66%，曲線近乎一條斜線，此時紫外線防護系數(shù)UPF值隨著蜂窩抗紫外線滌綸用量的增加而逐漸增加。蜂窩抗紫外線滌綸的加入可有效地提高織物的紫外線防護系數(shù)。

該系列織物TUVA<5%，紫外線防護系數(shù)UPF>50，均達到了防紫外線產(chǎn)品要求，其中阻燃腈綸與蜂窩抗紫外線滌綸交織比為1∶3，即蜂窩抗紫外線滌綸含量為35.30%的時候，織物抗紫外線性能最好。

4 結(jié) 論

1)該系列織物燃燒性能和抗紫外線性能測試結(jié)果較好，與原料的選擇有較大的關(guān)系，充分地發(fā)揮了纖維本身的優(yōu)良性能。3種功能纖維復(fù)合優(yōu)勢互補，相互協(xié)調(diào)，達到了原料綜合利用的效果，提高了織物的阻燃性能和抗紫外線性能。

2)阻燃滌綸長絲與阻燃腈綸、蜂窩抗紫外線滌綸交織物的燃燒性能測試結(jié)果有較大的差異。試樣織物的阻燃性能并非隨著阻燃腈綸交織含量比的增加使織物損毀長度逐漸下降，二者呈非線性關(guān)系。阻燃腈綸用量低于23.53%時，各試樣織物經(jīng)向與緯向的損毀長度出現(xiàn)較大的差異；阻燃腈綸用量在23.53%～37.66%之間，織物經(jīng)緯向燃燒性能差異較小。阻燃腈綸與蜂窩抗紫外線滌綸交織比為1∶1，織物的阻燃性能最佳，可用于電影院、學(xué)校等阻燃要求較高的建筑內(nèi)窗簾。

3)蜂窩抗紫外線滌綸含量超過15.69%之后，紫外線防護系數(shù)UPF值隨蜂窩抗紫外線滌綸用量的增加而逐漸增加；蜂窩抗紫外線滌綸用量在15.69%～35.30%時，UVA透過率與蜂窩抗紫外滌綸用量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，阻燃腈綸與蜂窩抗紫外滌綸交織比為1∶3，織物抗紫外性能最好，可用于夏季防紫外線要求較高的大陽臺、大落地窗、大玻璃建筑內(nèi)窗簾。

FZXB

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Properties of curtain fabric with flame-retardant and anti-ultraviolet composite function

WU Hua1, ZHANG Hongxia1, HUANG Jinbo2, ZHU Chengyan1, CAO Lidan1, YUAN Haiping3

(1. National Engineering Lab for Textile Fiber Materials and Processing Technology, Zhejiang Sci-Tech University, Hangzhou, Zhejiang 310018, China; 2. Zhejiang Hexin United Industrial Co., Ltd., Jiaxing, Zhejiang 314400, China; 3. Zhejiang Textile Testing Institute, Hangzhou, Zhejiang 310018, China)

To investigate the relation between the fabric properties and composite interweaving process. To explore the relationship between combustion performance and anti-ultraviolet performance with the different weft interleaving, the combustion experiment, UPF values of the interweave fabrics are tested. Research shows that three kinds of functional fibers in combination can improve the flame retardant performance and ultraviolet resistance of the fabrics. The content of flame retardant acrylic fabric has a non-linear relationship with the combustion performance of fabrics. When the insertion ratio of flame retardant acrylic fabric to anti ultraviolet polyester is 1∶1, the fabric has the best flame retardant properties, and with no drip. When the content of honeycomb anti-ultraviolet polyester in fabric is 15.69%-35.3%, the content of transmittance (UVA) was negatively related to the content of honeycomb anti-ultraviolet polyester, and when the content of honeycomb anti ultraviolet polyester in fabric is over 15.69%, the content of UPF was non-linear positively correlated with the content of honeycomb anti-ultraviolet polyester. When the insertion ratio of flame retardant acrylic fiber and honeycomb anti-ultraviolet polyester is 1∶3,the fabric the best anti-UV properties.

flame-retardant polyester; flame-retardant acrylic fiber; honeycomb anti-ultraviolet polyester; weaving; vertical burning

10.13475/j.fzxb.20150504205

2015-05-22

2016-02-29

國家國際科技合作專項項目(2011DFB51570)

吳華(1990—)，女，碩士生。主要研究方向為紡織產(chǎn)品設(shè)計、紡織品性能等。張紅霞,通信作者，E-mail: hongxiazhang8@126.com。

TS 155.6

A