阻燃纖維混紡紗的紡制及其織物性能評價(jià)

齊杏杏 黃筑玉 王詩潔 郭 瀅 朱 軍

（南通大學(xué)，江蘇南通，226019）

在各類火災(zāi)救援過程中穿著合適的熱防護(hù)服可以保護(hù)人體免受或者少受傷害，從而為人提供寶貴的反應(yīng)時(shí)間。熱防護(hù)服可以避免人體皮膚與金屬熔融噴濺物、火焰等直接接觸，隔絕傷害源并減弱外界傳遞到人體的熱量，從而起到熱防護(hù)作用［1?3］。常用于阻燃防護(hù)服面料的纖維主要有芳綸、阻燃粘膠、腈氯綸、阻燃滌綸等。目前，服裝的熱防護(hù)性能的評估主要是采用織物熱防護(hù)性能測評和燃燒假人系統(tǒng)測評。其中，織物熱防護(hù)服性能測評是將熱防護(hù)織物暴露在熱流量可控的模擬火場，通過放置在織物后面的熱流傳感器測量皮膚達(dá)到二度燒傷所需的時(shí)間，用該條件下所采用的熱流量與燒傷時(shí)間的乘積表征織物的熱防護(hù)性能（Thermal Protective Performance，以 下 簡 稱TPP值）［4?5］。TPP值越高，織物的隔熱性能越好。本文采用芳綸1313、阻燃粘膠和腈氯綸，在環(huán)錠紡紗系統(tǒng)上紡制不同混紡比的紗線并進(jìn)行織造，分析不同混紡比及其織物力學(xué)性能和熱防護(hù)性能。

1 試驗(yàn)

1.1 纖維原料及紗線準(zhǔn)備

試驗(yàn)所用的芳綸1313 細(xì)度1.66 dtex，長度51 mm，斷裂強(qiáng)度3.94 cN/dtex，斷裂伸長率27.6%，回潮率6.28%。阻燃粘膠細(xì)度2.22 dtex，長度51 mm，斷裂強(qiáng)度2.5 cN/dtex，斷裂伸長率15%，回潮率10%。腈氯綸細(xì)度1.66 dtex，長度38 mm，斷裂強(qiáng)度3.2 cN/dtex，斷裂伸長率25%，回潮率2%。

試驗(yàn)設(shè)計(jì)了5 種不同混紡比。混紡比1 為芳綸1313/阻燃粘膠57/43；混紡比2 為芳綸1313/阻燃粘膠40/60；混紡比3 為芳綸1313/阻燃粘膠/腈氯綸32/43/25；混紡比4 為芳綸1313/阻燃粘膠/腈氯綸25/43/32；混紡比5 為芳綸1313/阻燃粘膠/腈氯綸17/43/40。

按不同混紡比將纖維稱重混和，經(jīng)FKW?350HS 型微型開清聯(lián)合機(jī)、FB201A 型梳棉機(jī)、FA305C 型并條機(jī)（兩道）和FA422 型粗紗機(jī)后，在EJM128K 型細(xì)紗機(jī)上紡紗，單紗線密度為21 tex。細(xì)紗工序設(shè)計(jì)5 種捻系數(shù)，分別為300、320、340、360、380?？紤]到最終產(chǎn)品用途，每種混紡比都取斷裂強(qiáng)度最大的一組單紗在DSD?01型數(shù)字式并紗機(jī)上并線合股，最終的股線用于后道織造。為保證股線強(qiáng)力，股線與單紗捻系數(shù)比值為 1.414 倍，捻向相反，即 S 捻。在 Y200S 型電子織機(jī)織造，每種股線均織平紋和一上二下左斜紋（以下簡稱斜紋）試樣，筘號(hào)60 齒/10 cm。

1.2 試驗(yàn)方法

所有紗線和織物樣品在測試前均在標(biāo)準(zhǔn)溫濕度條件下，即溫度（20±2）℃、相對溫度（65±2）%平衡24 h。采用100 m 稱重法，測試3 次，確定紗線的實(shí)際線密度；采用退捻加捻法，在Y331N 型紗線捻度機(jī)上測試實(shí)際捻度，測試10 次；在YG061 型電子單紗強(qiáng)力儀上測試紗線斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長率，夾持長度為500 mm，拉伸速度為500 mm/min，測試 20 次；在 Y171L/PC 型紗線毛羽測試儀上測試毛羽，以3 mm 毛羽表征毛羽指標(biāo)，每次測10 m，每種樣品測10 次?？椩焱瓿珊?，使用YG142 型測厚儀測試織物厚度，每塊布樣測5 次，求平均值；在 YG（B）461E 型數(shù)字式織物透氣性能測試儀上測試織物透氣性，測試5 次；采用Instron 型萬能材料試驗(yàn)機(jī)測試織物拉伸斷裂性能，試樣尺寸5 cm×25 cm，夾持間距為20 cm，拉伸速度為150 mm/min，經(jīng)緯向各測試3 次；采用RFH?Ⅲ型熱防護(hù)性能測試儀測定織物的TPP值，每種試樣測試3 次。

2 測試結(jié)果與討論

2.1 紗線性能測試與分析

不同混紡比及捻度時(shí)單紗的斷裂強(qiáng)度測試結(jié)果如圖1 所示。5 種單紗實(shí)測線密度及其股線的性能測試結(jié)果見表1。其中，實(shí)測單紗線密度偏差及其捻度偏差均較小，實(shí)測捻度略小于設(shè)計(jì)捻度，這與機(jī)械加捻效率及捻度分布不勻有關(guān)。

圖1 不同混紡比及捻度下單紗的斷裂強(qiáng)度

表1 5 種單紗實(shí)測線密度及其股線的性能

由圖1 可知，混紡比相同時(shí)，對混紡比1 和混紡比2 來說，捻度對單紗的斷裂強(qiáng)度影響不是很大，但對其他三種混紡比的成紗斷裂強(qiáng)度的影響卻比較明顯；這主要是因?yàn)榛旒彵?、混紡比4 和混紡比5 中添加了纖維長度相對較短的腈氯綸。同樣捻度條件下，混紡比1 的單紗斷裂強(qiáng)度普遍較高，主要因?yàn)槔w維強(qiáng)度較高的芳綸1313 含量比較高。雖然阻燃腈氯綸的斷裂強(qiáng)度尚可，但長度較短，而長度達(dá)51 mm 的阻燃粘膠斷裂強(qiáng)度又比較小，最終無論是芳綸1313 與阻燃粘膠混和，還是兩者與阻燃腈氯綸混和成紗，隨著芳綸1313 含量的增加，成紗斷裂強(qiáng)度明顯增加，而混紡比5 中含有的腈氯綸最多，因此成紗斷裂強(qiáng)度最低。混紡比3、混紡比4 和混紡比5 的單紗斷裂強(qiáng)度相差相對較小?？紤]到產(chǎn)品性能需求，我們主要關(guān)注成紗斷裂強(qiáng)度，因而最終選擇每個(gè)混紡比中平均斷裂強(qiáng)度最高的一組紗進(jìn)行合股織造，即混紡比1 和混紡比3 選擇340 捻系數(shù)的紗，其他三個(gè)混紡比選擇360 捻系數(shù)的紗。

2.2 織物性能測試結(jié)果與分析

2.2.1 織物的厚度、經(jīng)緯密和透氣性

表2 為不同織物的厚度、經(jīng)密緯密和透氣率的測試結(jié)果。由表2 可以看出，相同混紡比的股線在同樣的織造工藝下得到的斜紋織物實(shí)測厚度和經(jīng)密緯密均比平紋織物的略大，斜紋織物的透氣率則明顯大于平紋織物的透氣率。這是因?yàn)槠郊y織物中紗線間的交織點(diǎn)多，在織物經(jīng)密緯密相差不大的情況下，平紋織物顯得較為緊密。

2.2.2 織物的拉伸性能

圖2 和圖3 分別給出了不同混紡比的平紋和斜紋織物經(jīng)緯向斷裂強(qiáng)力測試結(jié)果?？椢锏臄嗔褟?qiáng)力與織物組織、經(jīng)密緯密以及經(jīng)緯紗的斷裂強(qiáng)度都有關(guān)系。結(jié)合圖1、圖2 和圖3 可以看出，織物組織相同時(shí)，不同混紡比的織物經(jīng)緯向斷裂強(qiáng)力變化趨勢都與其紗線的斷裂強(qiáng)度變化趨勢相似，芳綸1313 含量較高的混紡比1 織物斷裂強(qiáng)力最大，混紡比5 的織物斷裂強(qiáng)力最小，與其他三個(gè)混紡比織物斷裂強(qiáng)力的差異也較明顯，且經(jīng)向斷裂強(qiáng)力普遍都比緯向的大，混紡比1 的織物經(jīng)向斷裂強(qiáng)力最大。另外，對同一混紡比，平紋織物的斷裂強(qiáng)力明顯比斜紋的高。

圖2 平紋織物的斷裂強(qiáng)力

表2 不同混紡比織物的厚度、經(jīng)密緯密和透氣性測試結(jié)果

2.2.3 織物的TPP值

圖4 為不同混紡比的平紋和斜紋織物的TPP值測試結(jié)果。TPP值越大，表明試樣熱防護(hù)性能越好。從圖4 可看出，同一混紡比時(shí)，斜紋織物的TPP值都比平紋的大，說明斜紋織物具有更好的熱防護(hù)性能。同種織物組織、不同混紡比織物相比較時(shí)，都是混紡比3 的TPP值最大，混紡比5 的TPP值最小。整體來看，含腈氯綸的混紡比3、混紡比4 比只含芳綸1313 和阻燃粘膠的試樣具有更好的熱防護(hù)性能，腈氯綸含量較高的混紡比5 最差。實(shí)際測試中發(fā)現(xiàn)，含腈氯綸的試樣在TPP值測試后布面都無明顯破損現(xiàn)象，而不含腈氯綸的試樣都出現(xiàn)了較嚴(yán)重的破損現(xiàn)象，如圖5 所示。

圖4 織物的TPP 值

圖5 測試后的部分試樣

3 結(jié)論

采用芳綸1313、阻燃粘膠和腈氯綸為原料紡制了5 種混紡比的紗線，并織成平紋和斜紋試樣。通過測試分析成紗及其織物的主要性能指標(biāo)，可以得出以下結(jié)論。

（1）不同混紡比、相同織物組織時(shí)，織物經(jīng)向斷裂強(qiáng)力普遍都比緯向的大，織物的經(jīng)緯向斷裂強(qiáng)力變化趨勢都與紗線的斷裂強(qiáng)度變化趨勢相似，即隨著芳綸1313 含量降低而降低，混紡比1 的斷裂強(qiáng)力最大，混紡比5 的最小，其他3 種的差異較小，這與單紗的斷裂強(qiáng)度變化趨勢一致。另外，相同混紡比時(shí)，平紋織物的斷裂強(qiáng)力明顯高于斜紋織物。

（2）相同混紡比時(shí)，斜紋織物的TPP值都比平紋的大，說明斜紋織物具有更好的熱防護(hù)性能。不同混紡比比較時(shí)，無論平紋還是斜紋織物，混紡比3 試樣的TPP值均為最大。

（3）在同樣條件下所得的斜紋織物實(shí)測厚度和經(jīng)密緯密比平紋略大，透氣性更好。