阻燃多層織物的設(shè)計與性能測試

高 樂 劉君妹

(1.陜西省現(xiàn)代建筑設(shè)計研究院，陜西西安，710048；2.河北科技大學(xué)，河北石家莊，050018)

功能性紡織品通常指常規(guī)紡織產(chǎn)品除具有保暖、遮蓋和美化功能之外還具有其他特殊功能的紡織品，其特殊功能主要通過使用各種功能性纖維，或?qū)w維、紗線、織物和紡織產(chǎn)品進(jìn)行物理或化學(xué)的功能性加工等方法獲得[1]。目前國內(nèi)外對具有防護(hù)功能性的紡織品研究比較重視，如防靜電、防電磁波輻射、防熱、阻燃等紡織品。阻燃織物由于其特有的阻燃性能，廣泛應(yīng)用于很多行業(yè)和領(lǐng)域當(dāng)中，如消防、軍事、焊工等工作用的服裝和手套。阻燃纖維是在國家“863”計劃研究成果基礎(chǔ)上開發(fā)的一種具有阻燃抗熔滴性能的高技術(shù)纖維新材料。目前按阻燃纖維的載體成分可分為阻燃粘膠纖維、阻燃滌綸纖維、阻燃腈綸纖維、阻燃芳綸纖維等。

在原料相同的條件下，紡織品的阻燃性能與織物的厚度、單位面積質(zhì)量、織物組織等有關(guān)。當(dāng)織物的厚度基本相同時，單位面積質(zhì)量越大，熱阻值越大，織物的阻燃性能越好，因此織物必須具有一定的單位面積質(zhì)量才能滿足軍事、消防用紡織品的要求[2]。本文開發(fā)的產(chǎn)品主要用于軍用手套，在滿足用戶對單位面積質(zhì)量及燃燒性能要求的前提下，保證織物具有一定的舒適性。由于所要求的織物單位面積質(zhì)量較大，故采用多層織物的組織結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。通過測試對比幾種織物的性能，為相關(guān)產(chǎn)品開發(fā)提供參考。

1 多層織物規(guī)格設(shè)計及織制

1.1 原料性能

以阻燃腈綸/棉68/32 62.5 tex紗為原料。紗線強(qiáng)力626.75 cN，強(qiáng)度10.03 cN/tex，最低強(qiáng)度9.37 cN/tex，斷裂伸長率10.46%，強(qiáng)力CV值17.0%。

1.2 織物密度的計算

在紗線線密度相同的條件下，織物的組織結(jié)構(gòu)、經(jīng)緯密、單位面積質(zhì)量及織物厚度等均會影響織物力學(xué)性能、舒適性及阻燃性能[3]。為研究織物組織對織物性能的影響，試驗設(shè)計相同的經(jīng)緯密度。緯密設(shè)計為240根/10 cm，根據(jù)用戶提出的織物單位面積質(zhì)量不低于450 g/m2的要求，推算經(jīng)密。經(jīng)緯紗的線密度均為62.5 tex，由織物單位面積質(zhì)量的計算公式可知，經(jīng)密與緯密的和達(dá)到720根/10 cm才能滿足織物單位面積質(zhì)量的要求，因此在確定緯密240根/10 cm條件下，經(jīng)密應(yīng)不小于為480根/10 cm。

1.3 織物組織的設(shè)計

試驗用原料的線密度較大，能滿足織物單位面積質(zhì)量要求的單層織物的舒適性較差，故選用接結(jié)雙層和接結(jié)三層組織織物。基礎(chǔ)組織設(shè)計為二上二下右斜紋組織、二上二下方平組織、五枚三飛經(jīng)面緞紋組織。雙層斜紋織物表里層組織均為二上二下右斜紋，表里層經(jīng)緯紗排列比1∶1；雙層緞紋織物表里層組織均為五枚三飛經(jīng)面緞，表里層經(jīng)緯紗排列比1∶1；雙層方平織物表里層組織均為二上二下方平，表里層經(jīng)緯紗排列比1∶1；三層斜紋織物表中里層組織均為二上二下右斜紋，表中里層經(jīng)緯紗排列比1∶1∶1。

1.4 織物的織制

1.4.1 筘號與總經(jīng)根數(shù)的計算

通過查閱資料，選擇織物的緯紗縮率4.0%，鋼筘的筘號=[經(jīng)密×(1-緯紗縮率)/地經(jīng)穿入數(shù)]=[480×(1-0.04)/4]=115.2(齒/10 cm)。根據(jù)實驗室現(xiàn)有的鋼筘筘號，最終選取筘號為118齒/10 cm。

織物在Y200S型電子小樣織機(jī)上完成織造。設(shè)計織物的幅寬20 cm，布邊組織為二上二下緯重平，每邊4根，共計8根，故每種織物的總經(jīng)根數(shù)=織物幅寬×經(jīng)紗密度/10+邊紗根數(shù)=20×480/10+8=968(根)。

1.4.2 織物上機(jī)設(shè)計

穿綜圖采用分區(qū)穿的方式，4種織物的上機(jī)圖如圖1～圖4所示。

圖1 斜紋雙層織物上機(jī)圖

圖2 方平雙層織物上機(jī)圖

圖3 緞紋雙層織物上機(jī)圖

圖4 斜紋三層織物上機(jī)圖

1.5 織物的實際規(guī)格

織造完成后，首先測試了織物的實際經(jīng)緯密和單位面積質(zhì)量。按照GB/T 3820—1997《紡織品和紡織品厚度的測定》，利用YG141型織物厚度儀測試各種織物厚度。測試結(jié)果見表1。

由表1可知，織物的經(jīng)緯密與設(shè)計的誤差不大，4種織物單位面積質(zhì)量均能滿足用戶要求。

表1多層織物的實際規(guī)格

織物種類經(jīng)密/根·(10 cm)-1緯密/根·(10 cm)-1織物厚度/mm單位面積質(zhì)量/g·m-2雙層斜紋織物雙層緞紋織物雙層方平織物三層斜紋織物4864704885042682482642821.8891.6741.7631.978469452466478

2 織物的性能測試

根據(jù)GB/T 3923.1—1997《織物斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率的測定》、GB/T 3923.2—1997《織物斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率的測定》，采用YG028A型織物拉伸測試儀測試織物的強(qiáng)伸性能。試樣規(guī)格150 mm×50 mm，拉伸速度200 mm/min。

根據(jù)GB/T 4802.1—2008《紡織品 織物起毛起球性能的評定 第一部分：圓軌跡法》，采用YG522型織物耐磨儀測試織物的起毛起球性能。試樣規(guī)格D140 mm，砂輪型號A-280型，選擇125 cN的壓力加壓，設(shè)定摩擦圈數(shù)300圈。

根據(jù)GB/T 5453—1997《紡織品 織物透氣性的測定》，采用YG461E/Ⅱ型數(shù)字式透氣量儀對織物透氣性能進(jìn)行測試。試樣面積20 cm2,壓差設(shè)定100 Pa，透氣量設(shè)定200 mm/s。

根據(jù)GB/T 10297—2015《非金屬固體材料導(dǎo)熱系數(shù)的測定 熱線法》，采用TC3000E型便攜式導(dǎo)熱系數(shù)儀測試織物的熱傳導(dǎo)性能。試樣厚度≥0.3 mm，邊長≥25 mm，每塊樣品的質(zhì)量小于1 kg。

根據(jù)GB/T 5455—2014《紡織品 燃燒性能 垂直方向 損毀長度 陰燃和續(xù)燃時間的測定》，采用YG(B)D-Ⅰ型織物阻燃性能測試儀測試織物的阻燃性能。試樣規(guī)格300 mm×89 mm，剪取試樣時距布邊至少100 mm，測量損毀長度選用340.2 g的重錘。

3 結(jié)果與討論

3.1 強(qiáng)伸性能

各織物強(qiáng)伸性能測試結(jié)果見表2。由表2可知，在織物經(jīng)緯密和基本相同的條件下，三層斜紋織物斷裂強(qiáng)力最大，與雙層方平織物的斷裂強(qiáng)力接近，但斷裂伸長率最小。這是由于三層織物在表組織和中組織、中組織和里組織之間都有接結(jié)點，其接結(jié)點的數(shù)量為雙層斜紋和雙層方平的兩倍，因此三層斜紋織物的斷裂強(qiáng)力最大，但也導(dǎo)致三層斜紋織物的斷裂伸長率最小。雙層織物中，雙層方平織物與雙層斜紋的強(qiáng)伸性較接近，均比雙層緞紋織物大很多，這是因為雙層緞紋織物的浮長線最長，經(jīng)緯紗線之間的交織次數(shù)最少，因而斷裂強(qiáng)力最小，除此之外，雙層斜紋和雙層方平織物的接結(jié)點數(shù)量比雙層緞紋織物多，導(dǎo)致雙層緞紋織物的斷裂強(qiáng)力最小。

表2織物強(qiáng)伸性能測試結(jié)果

織物種類斷裂強(qiáng)力/N斷裂伸長率/%拉伸長度/mm雙層斜紋織物雙層緞紋織物雙層方平織物三層斜紋織物1 022.3 610.01 264.01 313.661.644.969.943.030.222.536.221.5

3.2 織物耐磨性

手套類產(chǎn)品經(jīng)常與周圍的接觸物產(chǎn)生摩擦，導(dǎo)致磨損甚至損壞，其耐磨性對使用壽命必然有影響，所以檢測其耐磨性還是非常有必要的[4]。4種織物磨損前后的質(zhì)量損失率見表3。

表3織物耐磨性能的測試結(jié)果

織物種類測試前質(zhì)量/g測試后質(zhì)量/g質(zhì)量損失率/%雙層斜紋織物雙層緞紋織物雙層方平織物三層斜紋織物5.5574.3235.3936.2735.5354.2715.3716.2180.401.200.410.88

由表3可知，在織物經(jīng)緯密和纖維材料相同的情況下，織物組織結(jié)構(gòu)是影響織物耐磨性的重要因素。雙層斜紋織物和雙層方平織物的耐磨性較好，均優(yōu)于雙層緞紋織物，這是因為兩種織物表面承受磨損的浮長線相同，所以其耐磨性相差不大。而雙層緞紋織物的浮長線最長，交織次數(shù)最少，所以其耐磨性最差。在織物經(jīng)緯密和與組織相同的條件下，雙層斜紋織物的耐磨性優(yōu)于三層斜紋織物，主要原因是三層斜紋織物每層的密度小于雙層斜紋織物，從而導(dǎo)致其耐磨性能小于雙層斜紋織物。

3.3 織物透氣性

測得雙層斜紋織物、雙層緞紋織物、雙層方平織物和三層斜紋織物的透氣量分別為146.97 mm/s、443.03 mm/s、146.81 mm/s和202.37 mm/s[5]。由此可知，雙層織物中雙層緞紋織物的透氣性最好，三層斜紋織物的透氣性要好于雙層斜紋織物，雙層方平織物的透氣性最差。影響織物透氣性的主要因素是織物中空隙的數(shù)量與大小。在織物經(jīng)緯密和相同的條件下，三層織物單層密度小于雙層織物單層密度，所以其透氣性好；緞紋織物表面浮長線較長，紗線間空隙較大，透氣性較好。從織物厚度考慮，厚度最薄的雙層緞紋織物的透氣性最大，但厚度最大的三層斜紋織物的透氣量僅在其后，厚度低于三層斜紋織物的雙層斜紋和雙層方平織物的透氣量卻低于三層斜紋的透氣量，這就說明織物的透氣性與織物厚度并沒有明確的關(guān)系。

3.4 織物導(dǎo)熱性能

測得雙層斜紋織物、雙層緞紋織物、雙層方平織物和三層斜紋織物的導(dǎo)熱系數(shù)分別為0.068 5 W/m·K、0.076 3 W/m·K、0.063 6 W/m·K和0.063 3 W/m·K[6]。由此可知，雙層緞紋織物的導(dǎo)熱系數(shù)最高，而其余三種織物的導(dǎo)熱系數(shù)基本一致。在纖維種類、紗線特數(shù)及織物經(jīng)緯密和相同的條件下，影響織物熱傳導(dǎo)的主要因素為織物的厚度與織物組織。三層斜紋織物的厚度最厚，故而其導(dǎo)熱系數(shù)也是最小的；雙層緞紋織物的厚度最薄，其導(dǎo)熱系數(shù)是最大的，可以認(rèn)為織物厚度對導(dǎo)熱系數(shù)的影響較大。其次從組織來分析，雙層緞紋織物的導(dǎo)熱系數(shù)最大，這是因為織物中紗線的交織次數(shù)最少，織物空隙大導(dǎo)致的。雙層方平與雙層斜紋織物的交織次數(shù)相同，但雙層方平織物的厚度較小，故雙層方平織物的導(dǎo)熱系數(shù)較小，略低于雙層斜紋織物。

3.5 織物阻燃性能

采用垂直燃燒法來測定織物的阻燃性能。結(jié)果見表4。

從表4可知，4種織物續(xù)燃時間都是0 s，且均沒有出現(xiàn)續(xù)燃現(xiàn)象，4種織物的損毀長度均能滿足用戶對阻燃性的要求。總體來看，三層斜紋織物的阻燃性能最好，這是因為在織物經(jīng)緯密和相同的情況下，三層織物的厚度最大，紗線間的空隙較小，致使織物中氧氣的可及性差，織物燃燒困難。

表4織物垂直燃燒法測試結(jié)果

織物種類續(xù)燃時間/s陰燃時間/s損毀長度/cm雙層斜紋織物雙層緞紋織物雙層方平織物三層斜紋織物00003.087.443.101.023.604.384.823.48

4 結(jié)論

(1)在經(jīng)緯紗線密度、經(jīng)緯密和相同的條件下，雙層織物的耐磨性優(yōu)于三層織物，雙層斜紋織物和方平織物的耐磨性優(yōu)于雙層緞紋織物；三層織物的斷裂強(qiáng)力大于雙層織物，但斷裂伸長率較低，雙層方平織物的斷裂強(qiáng)力高于雙層斜紋和雙層緞紋織物的，且斷裂伸長率較大。

(2)在經(jīng)緯紗線密度、經(jīng)緯密和、織物層數(shù)相同的條件下，交織次數(shù)最少的雙層緞紋織物的透氣性最好，此外織物的層數(shù)影響織物的透氣性，三層織物的透氣性大于雙層織物。

(3)織物厚度對其導(dǎo)熱系數(shù)影響較大，厚度最大的三層斜紋織物的導(dǎo)熱系數(shù)小于雙層織物；織物層數(shù)相同的條件下，交織次數(shù)最少的緞紋織物的導(dǎo)熱系數(shù)最大。

(4)織物經(jīng)緯密和相同時，織物層數(shù)是影響其阻燃性的主要因素，三層織物的陰燃時間和損毀長度最短，阻燃性能優(yōu)于雙層織物；織物層數(shù)相同時，交織次數(shù)最少的雙層緞紋織物的阻燃性能最差。