織物結(jié)構(gòu)參數(shù)對芳綸織物阻燃性能的影響

顏夢佳 唐潔芳 丁笑君 金艷蘋

摘要：根據(jù)GA10—2014《消防員滅火防護(hù)服》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對滅火防護(hù)服外層面料的性能要求，采用同一規(guī)格的NomexⅢA紗線設(shè)計(jì)織造了滿足標(biāo)準(zhǔn)的15種不同織物結(jié)構(gòu)參數(shù)的芳綸織物，通過垂直燃燒法測定其阻燃性能，并應(yīng)用灰色關(guān)聯(lián)度分析法探究各織物結(jié)構(gòu)參數(shù)對NomexⅢA芳綸織物阻燃性能的影響程度。結(jié)果表明：覆蓋系數(shù)對NomexⅢA織物阻燃性能影響最顯著;其次為厚度、單位面積質(zhì)量;再是單位體積質(zhì)量;織物組織對織物阻燃性能影響最小。15種織物中，織物組織為2/1斜紋、經(jīng)密為320根/10 cm、緯密為280根/10 cm，厚度為0.520 mm，單位面積質(zhì)量為207 g/m2，單位體積質(zhì)量為0.398 g/cm3，覆蓋系數(shù)為90.6%的織物阻燃性能最好。

關(guān)鍵詞：NomexⅢA;織物結(jié)構(gòu)參數(shù);阻燃性能;灰色關(guān)聯(lián)分析

中圖分類號：TS101.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1009-265X（2019）01-0027-05

消防防護(hù)服作為消防員進(jìn)行火場滅火和搶險(xiǎn)救援作業(yè)時(shí)必備防護(hù)裝備之一，普遍采用多層織物組合，由外及內(nèi)依次為阻燃外層、防水透氣層、隔熱層和舒適層。其中，阻燃外層需要直接接觸火焰和高溫，因此阻燃性能是外層織物的基本要求[1]。目前消防服阻燃外層織物的加工一般有3種途徑：a）織物的阻燃整理;b）制備阻燃纖維;c）阻燃纖維和阻燃整理相結(jié)合[2]。然而阻燃整理后的織物因反復(fù)洗滌會使其阻燃效果逐漸減弱，阻燃纖維因其自身的化學(xué)結(jié)構(gòu)決定它具有永久的阻燃性能。近年來，隨著新材料的不斷出現(xiàn)和新技術(shù)的不斷發(fā)展，防護(hù)服裝的性能不斷得到提高，其中芳綸纖維的應(yīng)用，是個體防護(hù)服裝領(lǐng)域最重要的進(jìn)展之一。芳綸纖維是一種有機(jī)合成的高科技纖維，分為間位芳綸和對位芳綸兩類[3]。芳綸纖維除了出色的阻燃性能外，同時(shí)還具有令人滿意的綜合物理性能、耐惡劣環(huán)境的工作性能以及優(yōu)良的可加工性能[4]，因此，目前該類纖維被大量運(yùn)用到消防防護(hù)服等高性能阻燃防護(hù)服中。

研究表明[5—8]：阻燃織物的結(jié)構(gòu)參數(shù)，包括紗線結(jié)構(gòu)、織物組織、織物密度、單位面積質(zhì)量、覆蓋系數(shù)等，不僅會影響織物的綜合物理性能，還會對產(chǎn)品的阻燃性能產(chǎn)生重要的影響。因此，本文為探究織物結(jié)構(gòu)參數(shù)對芳綸阻燃織物阻燃性能的影響，采用同一規(guī)格的NomexⅢA紗線設(shè)計(jì)并織造15種不同組織結(jié)構(gòu)參數(shù)的芳綸織物，其15種織物均滿足GA10—2014《消防員滅火防護(hù)服》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中對滅火防護(hù)服阻燃外層的要求。通過測定織物的阻燃性能，分析各織物結(jié)構(gòu)參數(shù)對其阻燃性能的影響程度，為芳綸阻燃織物的開發(fā)與設(shè)計(jì)提供一定的借鑒和參考。

1實(shí)驗(yàn)

1.1紗線的選擇

織物紗線選擇NomexⅢA，紗線成分由93%Nomex（芳綸1313）纖維、5%Kevlar（芳綸1414）纖維和2%P—140的導(dǎo)電碳纖維組成。Nomex與Kevlar纖維混紡，使織物具有良好阻燃性的同時(shí)，可獲得較高的強(qiáng)力和耐磨性;與導(dǎo)電碳纖維混紡，使面料具有良好抗靜電的性能[9]。紗線的經(jīng)緯規(guī)格均為16 tex×2 750捻/m，紗線直徑為0.23 mm，其斷裂強(qiáng)力為6.19 N，斷裂應(yīng)變?yōu)?3.4%。

1.2織物的設(shè)計(jì)與織造

行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中對防火防護(hù)服最外層織物的要求有：經(jīng)、緯向干態(tài)拉伸斷裂強(qiáng)力不應(yīng)小于650 N;單位面積質(zhì)量應(yīng)在（200±10）g/m2。根據(jù)機(jī)織物單位面積質(zhì)量估算公式，得出經(jīng)向密度加緯向密度的數(shù)值在558～604根/10 cm之間;根據(jù)機(jī)織物斷裂強(qiáng)力估算公式，得出經(jīng)緯向密度均大于211根/10 cm。因此，織物經(jīng)密設(shè)定為320根/10 cm，緯密設(shè)定為3個水平，分別為248根/10 cm，264根/10 cm，280根/10 cm。另外，綜合考慮真實(shí)復(fù)雜的火場環(huán)境，滅火防護(hù)服阻燃外層面料的質(zhì)地應(yīng)在滿足各服用性能的基礎(chǔ)上，保證組織相對緊密。根據(jù)市場調(diào)研和學(xué)者研究，織物組織設(shè)計(jì)為2/2方平、2/1斜紋、2/2斜紋、2/1斜紋以及斜紋加強(qiáng)筋5種，圖1為斜紋加強(qiáng)筋組織圖。織物采用SGA 598型全自動劍桿織樣機(jī)進(jìn)行織造。

1.3織物結(jié)構(gòu)參數(shù)測試與計(jì)算

試樣均在標(biāo)準(zhǔn)大氣下調(diào)試24 h，采用YG（B）141D數(shù)字式織物厚度儀測試其厚度、采用JA3003B電子天平測試單位面積質(zhì)量，并計(jì)算其組織系數(shù)、單位體積質(zhì)量、覆蓋系數(shù)。其中，織物組織系數(shù)C是描述織物組織松緊程度的指標(biāo)，C值越小則織物越緊密。表1為試樣的具體結(jié)構(gòu)參數(shù)。

1.4織物性能測試

測試試樣的熱穩(wěn)定性能、縮水率、表面抗?jié)裥阅?、斷裂?qiáng)力、撕破強(qiáng)力、色牢度以及阻燃性能，判斷織物是否符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

織物的熱穩(wěn)定性能采用干燥箱對試樣加熱，測試織物的尺寸變化率;縮水率參照GB/T 8629—2001《紡織品試驗(yàn)用家庭洗滌和干燥程序》洗滌，計(jì)算5次洗滌后的縮水率;表面抗?jié)裥阅懿捎肶G 813型織物沾水測定儀進(jìn)行測定;斷裂強(qiáng)力、撕破強(qiáng)力實(shí)驗(yàn)儀器分別為Instron萬能強(qiáng)力儀和YG026PC—250電子強(qiáng)力機(jī);色牢度參照GB/T 3920—2008《紡織品色牢度試驗(yàn)?zāi)湍Σ辽味取?、GB/T 3921—2008《紡織品色牢度試驗(yàn)?zāi)驮硐瓷味取?、GB/T 8427—2008《紡織品色牢度試驗(yàn)?zāi)腿嗽旃馍味龋弘　愤M(jìn)行等級測試與判斷。各性能測試結(jié)果見表2。阻燃性能使用垂直燃燒法，采用YG（B）815D—I型垂直法阻燃性能測試儀，參照GB/T 5455—1997《紡織品燃燒性能試驗(yàn)垂直法》進(jìn)行測試。

2結(jié)果與討論

2.1織物性能分析

織物各性能測試結(jié)果見表2，由表2可以看出，15種織物的色牢度、撕破強(qiáng)力、斷裂強(qiáng)力、表面抗?jié)裥阅?、縮水率、熱穩(wěn)定性能均達(dá)到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，符合消防防護(hù)服最外層面料的要求。

織物阻燃性能測試結(jié)果見表3，表3顯示，各織物試樣的續(xù)燃時(shí)間、陰燃時(shí)間、損毀長度均滿足消防服行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中的阻燃要求，即防護(hù)服外層材料損毀長度不應(yīng)大于100 mm，續(xù)燃時(shí)間不應(yīng)大于2 s，且無熔融、滴落現(xiàn)象。

同時(shí)從表3可知，隨著織物的組織、緯密、厚度、單位面積質(zhì)量、單位體積質(zhì)量、覆蓋系數(shù)變化時(shí)，織物損毀長度相應(yīng)變化，損毀長度越短，表示其阻燃性能越好?？椢锝M織方面，相同經(jīng)緯密條件下，毀長度2/1斜紋組織<斜紋加強(qiáng)筋組織<2/2方平組織<3/1斜紋組織<2/2斜紋組織，這是由于織物組織系數(shù)越小，織物經(jīng)緯紗線交織越頻繁，空隙減少，致使織物透氣性變差，維持燃燒所需氧氣不足，燃燒困難;織物覆蓋系數(shù)方面，緯密決定覆蓋系數(shù)，從而影響阻燃性能，一是單位面積內(nèi)阻燃紗線的數(shù)量增多，織物阻燃性能顯著[10]，二是織物越緊密，氧氣的可及性低，故阻燃性能佳;織物厚度方面，織物越厚，織物阻燃性能更佳;織物單位面積質(zhì)量方面，單位面積質(zhì)量越大，單位面積內(nèi)纖維數(shù)量越多，織物內(nèi)部所含氧氣越少，織物燃燒困難;織物單位體積質(zhì)量方面，當(dāng)單位體積質(zhì)量增加，織物維持燃燒所需的助燃物增加，即燃燒時(shí)氧氣的需求量增加，但是一定空間內(nèi)的空氣在一定時(shí)間內(nèi)提供的氧氣含量保持相對平衡，加劇了燃燒困難程度，阻燃性隨之變強(qiáng)。

3結(jié)語

通過對以上15種由同一規(guī)格NomexⅢA紗線設(shè)計(jì)織造的不同織物結(jié)構(gòu)參數(shù)芳綸織物的性能測試與數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)：試樣的熱穩(wěn)定性能、縮水率、表面抗?jié)裥阅?、斷裂?qiáng)力、撕破強(qiáng)力、色牢度以及阻燃性能等均達(dá)到GA10—2014《消防員滅火防護(hù)服》標(biāo)準(zhǔn)中對滅火防護(hù)服外層織物的要求，其中織物阻燃性能與織物結(jié)構(gòu)具有密切關(guān)聯(lián)，織物的組織、厚度、單位面積質(zhì)量、單位體積質(zhì)量、覆蓋系數(shù)等均對阻燃性能產(chǎn)生影響。經(jīng)灰色關(guān)聯(lián)分析法分析得到，在各個結(jié)構(gòu)參數(shù)中織物的覆蓋系數(shù)對NomexⅢA芳綸織物阻燃性能影響最顯著，覆蓋系數(shù)越大，織物阻燃性能越好，其次為厚度、單位面積質(zhì)量，再是單位體積質(zhì)量，而織物組織對織物的阻燃性能影響最小。15種織物中阻燃性能最好的織物結(jié)構(gòu)參數(shù)分別是：織物組織為2/1斜紋、經(jīng)密為320根/10 cm、緯密為280根/10 cm，厚度為0.520 mm，單位面積質(zhì)量為207 g/m2，單位體積質(zhì)量為0.398 g/cm3，覆蓋系數(shù)為90.6%。

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