高阻燃聚苯硫醚纖維應(yīng)用實(shí)踐

王顯方，劉利俠

(1.陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 咸陽 712000；2.寶雞九州紡織有限責(zé)任公司，陜西 寶雞 722405)

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高阻燃聚苯硫醚纖維應(yīng)用實(shí)踐

王顯方1，劉利俠2

(1.陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 咸陽 712000；2.寶雞九州紡織有限責(zé)任公司，陜西 寶雞 722405)

為生產(chǎn)具有阻燃和屏蔽功能的高端軍用帳蓬布，優(yōu)選了聚苯硫醚纖維和不銹鋼纖維兩種功能性纖維，對其結(jié)構(gòu)和物理性能進(jìn)行研究，探討了帳篷布的紡紗方法、工藝流程及制造工序技術(shù)要點(diǎn)，提出了電磁屏蔽帳篷布的性能指標(biāo)。指出：織物厚度是影響織物電磁屏蔽效果的關(guān)鍵因素，采用中特紗、斜紋組織能增加織物的厚度；采用二道并條交錯(cuò)排列是充分混合的關(guān)鍵；適當(dāng)?shù)哪硐禂?shù)是提高成紗質(zhì)量的重要因素；經(jīng)過對屏蔽、阻燃纖維的論證、選取，對生產(chǎn)中各工序相關(guān)工藝參數(shù)和工藝部件的優(yōu)化，生產(chǎn)出具有阻燃、屏蔽功能的軍用帳篷布。

聚苯硫醚纖維；不銹鋼纖維；阻燃；屏蔽；織物厚度；電磁波

1 概述

聚苯硫醚簡稱PPS，是一種新型高性能熱塑性樹脂。PPS纖維，國外商品名稱為賴頓，1983年由荷蘭首次研制成功[1]。

PPS的分子結(jié)構(gòu)比較簡單，由苯環(huán)和硫原子交替排列而形成的大分子線性主鏈，這種分子結(jié)構(gòu)賦予了纖維優(yōu)良的耐熱性及耐高溫性，大量的苯環(huán)賦予PPS以剛性，大量的硫醚又提供柔順性，使其分子結(jié)構(gòu)對稱，易于結(jié)晶，所以力學(xué)性能好，尺寸穩(wěn)定性較好，阻燃性、耐腐蝕性非常優(yōu)良。PPS纖維線密度為1.82 dtex～2.74 dtex，斷裂強(qiáng)度為3.75 cN/dtex～4.68 cN/dtex，斷裂伸長率為35%～45%，熔點(diǎn)為285 ℃，極限氧指數(shù)(LOI)高達(dá)34%～35%，200 ℃時(shí)強(qiáng)度保持率為60%，斷裂伸長無變化；有較好的紡織加工性能[2]。PPS的長期使用溫度為150 ℃～170 ℃，最高使用溫度為190 ℃，在正常大氣條件下不會燃燒，其自燃溫度為590 ℃；在93 ℃時(shí)，只有在強(qiáng)氧化劑的作用下，才能使其纖維發(fā)生裂解，非常適合于苛刻環(huán)境條件下的高端應(yīng)用領(lǐng)域[3-4]。幾種常見纖維的極限氧指數(shù)(LOI)值如表1所示。

PPS纖維的極限氧指數(shù)明顯高于天然纖維和普通合成纖維，在阻燃及防火合成纖維中其值也較高，可見，PPS纖維是一種高性能的阻燃纖維。幾種常見纖維的物理性能和價(jià)格比較見表2。

表1 幾種常見纖維的LOI 單位：%

表2 幾種纖維的物理性能和價(jià)格對比

項(xiàng)目PPS纖維芳綸PTFE纖維超高相對分子質(zhì)量聚乙烯纖維玻璃纖維密度/(g·cm-3)1.371.382.300.972.54線密度/dtex2.2～7.82.2～8.82.0～6.61.01.6斷裂強(qiáng)度/(cN·dtex-1)3.0～5.04.0～4.91.55.2～6.73.8斷裂伸長率/%20.0～60.025.0～35.024.02.9～3.83.5熔點(diǎn)/℃285371327150840長期使用溫度/℃190200～220200～250135250耐酸性好不好好好好耐堿性好好好好不好耐藥性好不好好好好強(qiáng)度保持率(180℃,15d)/%100100100不好90價(jià)格/(萬元·t-1)10～13≥16約25約50約30

由表2可知，PPS纖維密度適中，線密度接近芳綸，斷裂伸長率較大，耐酸性、耐堿性和耐藥品性較好，價(jià)格最優(yōu)。

軍事帳篷在阻燃和屏蔽方面要求較高，是部隊(duì)有效防止電磁武器和燃燒彈攻擊的防護(hù)場所，是野外作戰(zhàn)部隊(duì)重要指揮機(jī)關(guān)的會議室、機(jī)要室、指揮系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)房、武器系統(tǒng)精密電子設(shè)備機(jī)房、各類精密武器設(shè)備的野外檢修維護(hù)場所，要抵御對各種功率的雷達(dá)、無線電通訊、導(dǎo)航、計(jì)算機(jī)以及與之對抗的電子戰(zhàn)設(shè)備的進(jìn)攻；同時(shí)對燃燒彈攻擊也要有一定的防護(hù)作用。經(jīng)過反復(fù)的調(diào)研、論證，研發(fā)出了極具阻燃、屏蔽、耐氣候、高強(qiáng)力、耐磨性等多功能的高端軍用帳篷布。

2 纖維原料的選取及產(chǎn)品織物組織結(jié)構(gòu)

2.1 屏蔽纖維的選取

不銹鋼纖維是一種具有較高導(dǎo)電性和導(dǎo)磁性的金屬屏蔽材料[5]，可有效防止或者減少電磁波侵入，因?yàn)檫@種高導(dǎo)電性材料在電磁波的作用下會產(chǎn)生較大的感應(yīng)電流，這些電流按照楞次定律將消弱電磁波的透入，形成一種電磁屏蔽網(wǎng)，來抑制外來高頻電磁波的干擾。選用的不銹鋼原料技術(shù)性能指標(biāo)如表3所示，由不銹鋼纖維長絲經(jīng)過羅拉牽切機(jī)制成的牽切條質(zhì)量參數(shù)見表4[6]。

表3 不銹鋼原料技術(shù)性能參數(shù)

牌號標(biāo)準(zhǔn)直徑/μm密度/(kg·cm-3)斷裂伸長率/%初始模量/(kN·cm-1)勾結(jié)強(qiáng)度/(N·cm-1)OCr18Ni98.58.02～8.260.68～2.13110～120550～700

表4 不銹鋼牽切條質(zhì)量參數(shù)

牌號油率/%纖維平均長度/mm質(zhì)量/(g·m-1)重量不勻率/%OCr18Ni90.3～0.655～651.30～1.615.4

2.2 阻燃纖維的選取

結(jié)合安全、耐久、高效、復(fù)合功能及經(jīng)濟(jì)實(shí)用的考慮，選擇了儀征化纖PPS阻燃纖維原料。原料各項(xiàng)性能指標(biāo)：線密度為1.85 dtex、斷裂強(qiáng)度為4.26 cN/dtex、斷裂伸長率為40%、熔點(diǎn)為285 ℃、極限氧指數(shù)為40%。

2.3 產(chǎn)品織物組織結(jié)構(gòu)的選取

經(jīng)緯線采用不銹鋼纖維和PPS纖維的中號混紡股線，采用斜紋組織以增加織物厚度，較高的經(jīng)緯密度使形成的織物結(jié)構(gòu)較緊密，孔洞和縫隙少，減少了電磁波透射量，使導(dǎo)電屏蔽網(wǎng)更緊密，能很好的防止電磁波傳播而損耗電磁波能量，屏蔽效果好。

3 紡紗方法及生產(chǎn)工藝流程

3.1 紡紗方法

采用國產(chǎn)超低碳不銹鋼牽切生條，與較大比例的PPS纖維生條在并條機(jī)上混合，混合時(shí)金屬纖維牽切條和PPS短纖維生條間隔排列，目的是使并條充分混合，降低金屬纖維間的間隙，提高屏蔽效果。

3.2 工藝流程

生產(chǎn)工藝流程：FA311型并條機(jī)→FA311型并條機(jī)(二道)→A453D改型粗紗機(jī)→A513C型細(xì)紗機(jī)→1332M型絡(luò)筒機(jī)→A631C型捻線機(jī)→1332M型絡(luò)筒機(jī)→

GA615型織布機(jī)→GA801型驗(yàn)布機(jī)→ASGA-200型卷布機(jī)。

4 各工序技術(shù)要點(diǎn)

4.1 并條工序

為確保PPS纖維生條和不銹鋼纖維生條在并條時(shí)以準(zhǔn)確的混紡比進(jìn)行混合，采用大隔距、重加壓、低速度的工藝原則[7]，使纖維在牽伸過程中穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)，防止?fàn)可觳婚_。且由于金屬纖維纏繞后極易損傷膠輥，所以應(yīng)選用硬度較高的并條膠輥，不銹鋼纖維牽切生條和PPS生條間隔排列，通過二道并條充分混合，降低金屬纖維間的間隙，提高屏蔽效果。

4.2 粗紗工序

采用大隔距、小捻度、低速度的工藝原則，訂做捻度對牙，減小粗紗捻系數(shù)，為細(xì)紗做準(zhǔn)備，解決試生產(chǎn)中的牽伸不開問題。

4.3 細(xì)紗工序

采取大隔距、重加壓、低速度的工藝原則，使用YJ-142型搖架，羅拉隔距適度放開，減少試生產(chǎn)中的牽伸不開問題，采用邵爾A80度雙層膠輥，表面做抗靜電處理，加強(qiáng)纖維控制，減少粘纏膠輥[8]。

4.4 并捻工序

捻線時(shí)采用軸向退繞且單紗加張力球的方法，保證加捻時(shí)單紗不易產(chǎn)生小辮，減少斷頭，確保成布的強(qiáng)力[9]。

4.5 整經(jīng)工序

在G121-160型分條機(jī)上直接將經(jīng)紗繞在織軸上，合理配置整經(jīng)張力，開車時(shí)主要做到紗線相互平行地卷繞，并且降低整經(jīng)速度至75 m/min。

4.6 穿筘工序

穿筘采用花穿法，主要避免紗線在織造過程中產(chǎn)生較大的摩擦，有利于減少斷經(jīng)等織疵，布邊組織和地組織相同。

4.7 絡(luò)緯工序

絡(luò)緯時(shí)，采用較大張力，以減少紗線打扭，并且要保證通道光滑暢通，防止紗線退繞過程中金屬纖維脫落。

4.8 織布工序

由于單紗和股線強(qiáng)力較低，故鋪改車前經(jīng)過工藝思路的反復(fù)論證，合理調(diào)整機(jī)后工藝，確保開車順暢?？椩爝^程中主要減少開車斷經(jīng)、百腳等織疵，杜絕稀緯問題[10]。

5 電磁屏蔽帳篷布主要性能指標(biāo)

帳篷布屏蔽性能：在10 MHz～10 GHz范圍，屏蔽效能不小于70 dB；帳篷布隱身性能：在6 GHz～110 GHz頻段，對雷達(dá)波反射系數(shù)為-12 dB～-18 dB ；帳篷布抗電磁脈沖：抗脈沖電場效能不小于70 dB，磁場脈沖效能為15 dB～20 dB；帳篷布紅外偽裝能力：能有效的形成“熱迷彩”，分割圖案和提高與背景融合性，具備一定的紅外偽裝能力。

6 結(jié)語

6.1 并條、粗紗、細(xì)紗過程需適當(dāng)加大膠輥硬度，以降低膠輥損耗，從而降低生產(chǎn)成本。

6.2 由于不銹鋼纖維在紡紗和織布的長流程中脫落嚴(yán)重，損耗大，需關(guān)注其金屬纖維混紡比例在最終織物中的混紡比，確?？椢镏械慕饘倮w維含量，提高織物的屏蔽效果。

6.3 由于不銹鋼纖維無伸長，而 PPS纖維單纖強(qiáng)度低，為確?？椢飶?qiáng)力，須在細(xì)紗和捻線工序，優(yōu)選紗線捻度。在選取單紗和股線捻度時(shí)，若選取過小，強(qiáng)力低，生活難做；若選取過大，單紗在并捻時(shí)小辮紗嚴(yán)重，股線在整經(jīng)退繞過程中打扭嚴(yán)重，導(dǎo)致織造不順。

6.4 織物厚度是影響織物電磁屏蔽效果的關(guān)鍵因素，當(dāng)電磁波入射到屏蔽織物，首先在織物的界面發(fā)生反射和透射，進(jìn)入屏蔽織物的電磁波將在織物內(nèi)部各界面發(fā)生多次反射，更多地消耗電磁波能量，從而達(dá)到防護(hù)目的，故選用斜紋組織規(guī)格，增加織物厚度，同時(shí)提高織物的強(qiáng)度和耐磨性。

[1] 徐俊怡，劉釗，洪瑞，等.聚苯硫醚的產(chǎn)業(yè)概況與復(fù)合改性進(jìn)展[J].中國材料進(jìn)展，2015，34(12)：883-887.

[2] 董余平,秦加明，王飛鉆，等.聚苯硫醚(PPS)纖維發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2011(12)：12-16.

[3] 嚴(yán)光明，李艷，李志敏，等.聚芳硫醚樹脂的合成、性能及應(yīng)用發(fā)展概況[J].中國材料進(jìn)展，2015，34(12)：878-883.

[4] 王樺，覃俊，陳麗萍.聚苯硫醚纖維及其應(yīng)用[J].合成纖維，2012，41(3)：7-12.

[5] 曹紅梅.不銹鋼纖維純紡紗工藝探討[J].合成材料老化與應(yīng)用，2015(4)：139-143.

[6] 劉勇.純不銹鋼織物抗電磁輻射分析研究[J].染整技術(shù), 2012，39(5)：5-9.

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[8] 陳振宏，梁宏偉，李瑞洲，等.芳砜綸混紡防護(hù)服織物的設(shè)計(jì)及性能研究[J].棉紡織技術(shù)，2011，39(11)：1-4.

[9] 《棉紡基礎(chǔ)》編委會.棉紡基礎(chǔ)[M].3版.北京：中國紡織出版社，2011：658-662.

[10] 任家智.紡織工藝與設(shè)備[M].北京：中國紡織出版社，2006：154-158.

Application Practice of Ryton Fiber with High Flame Retardant

WANG Xianfang1,LIU Lixia2

(1.Shaanxi Industrial Vocational College,Xianyang 712000,China;2.Baoji Jiuzhou Textile Co.,Ltd.,Baoji 722405,China)

For production of high quality cloth,of which military tents are made with flame retardant and shielding properties,optimization is done of the two functional fibers including ryton fiber and stainless steel fiber plus study of the fiber structure and performance.Probing is done into the spinning process,process flow and manufacturing process and technical essentials and the performance index with tent manufacturing.The results show that fabric thickness is important to fabric electromagnetic shielding effect.Yarn of medium tex and twill weave increase fabric thickness.Double drawing with staggered arrangement ensures thoroughly mixing.Proper twist factor is important in improving yarn quality.After demonstration and selection of fiber characterized as shielding and flame retardant properties,and optimization of each related process parameters and process components,tent cloth with flame retardant and shielding properties is produced and market needs met.

ryton fiber;stainless steel fiber;flame retardant;shielding;fabric thickness;electromagnetic wave

2016-06-02

王顯方(1966—)，男，內(nèi)蒙古赤峰人，副教授，主要從事新型紡紗技術(shù)及紡織器材方面的研究。

TS15

B

1001-9634(2016)03-0055-04