阻燃滌綸織物和毛織物及其混紡試樣的性能研究

蔣 巍，李金鳳，張曉巖

(1.吉林化工學(xué)院，吉林 吉林 132022； 2.吉林石化公司煉油廠，吉林 吉林 132000)

滌綸作為重要的紡織材料廣泛應(yīng)用于紡織領(lǐng)域，隨著人們環(huán)保意識的不斷增強，環(huán)境友好的阻燃型滌綸越來越受到關(guān)注。滌綸阻燃的研究始于20世紀(jì)50年代初[1-3]，經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，產(chǎn)業(yè)化實踐已經(jīng)開始，最早出現(xiàn)相關(guān)產(chǎn)品的是德國、意大利和日本[4-6]。而我國是從20世紀(jì)80年代中期才開始阻燃型紡織品的研究，包括阻燃型滌綸，并取得了一定的進展[7-9]。阻燃型滌綸優(yōu)勢明顯，耐磨性好、強度大，斷裂強度超出腈綸、芳綸等織物，但缺點是受熱后熔融軟化，燃燒后會發(fā)生熔滴滴落現(xiàn)象，滴落的熔滴會導(dǎo)致火焰再次蔓延，或造成人員燙傷等嚴(yán)重后果[10-11]，因此，阻燃型滌綸一般不被用作阻燃防護服，只能用于汽車等修飾面料，這大大限制了阻燃型滌綸的應(yīng)用[12]。本文將自制的氮磷協(xié)調(diào)阻燃劑，分別用于滌綸、毛織物及其混紡織物的阻燃處理，混紡織物阻燃處理后可解決滌綸燃燒的融滴現(xiàn)象，充分發(fā)揮滌綸高耐磨、高強度、色澤好、成本低等優(yōu)勢，阻燃混紡織物的阻燃性能較好，可廣泛用于阻燃防護面料等，可擴大滌綸的應(yīng)用領(lǐng)域。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

主要試劑：新型氮磷復(fù)合阻燃劑(自制)[13-15]；滌綸斜紋布，面密度160 g/m2，纖維直徑38 μm；毛織物，面密度440 g/m2，纖維直徑50 μm。

主要儀器：YGB815A型織物阻燃性能測試儀、YG026T型電子織物強力機(溫州方圓儀器有限公司)，ZR-01型智能氧指數(shù)測試儀(青島山紡儀器有限公司)，R-3型自動定型烘干機(廣州志順機械設(shè)備有限公司)。

1.2 實驗步驟

1.2.1 實驗原理

為了解決阻燃滌綸燃燒熔滴的問題，采用與其他纖維混紡的方法，混紡織物既要有很好的阻燃性能又要保證抗拉伸性能。羊毛織物阻燃處理后燃燒不會出現(xiàn)熔滴現(xiàn)象，羊毛與滌綸纖維混紡后形成了起支架作用的骨架結(jié)構(gòu)，滌綸燃燒產(chǎn)生的熔滴很容易附著于支架結(jié)構(gòu)，減少了熔滴滴落的現(xiàn)象，并且可防止滌綸熔滴的碳化，提高了高溫碳含量，這不僅保證了阻燃性，也解決了熔滴二次傷害的問題。滌綸含量會直接影響阻燃效果和力學(xué)強度，選擇阻燃滌綸含量在30%、40%、50%、60%、70% 5個點研究混紡織物的阻燃性能和力學(xué)性能。織物阻燃性能分為易燃、可燃和難燃，分別對應(yīng)的極限氧指數(shù)為小于22%、22%～27%之間和大于27%。

1.2.2 阻燃織物及混紡織物的整理工藝

根據(jù)不同測試內(nèi)容，參照GB/T 5455—2014《紡織品 燃燒性能損毀長度 陰燃與續(xù)燃時間的測定》標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)備樣條，將自制阻燃劑配成200 g/L的整理液，然后將標(biāo)準(zhǔn)尺寸的滌綸織物、毛織物投入到整理液中，處理20 min，取出上軋車，軋液率80%左右，采用兩浸兩軋的浸軋方式， 80 ℃預(yù)烘10 min，然后160 ℃焙烘3 min，待用。將滌綸纖維與羊毛按一定配比混合，手工加捻搓成混紡織物，經(jīng)阻燃處理后進行阻燃性能和強度的測試。

1.3 性能測試

1.3.1 垂直燃燒法測試織物阻燃性

測試方法參照GB/T 5455—2014，取2塊35 cm×9 cm(經(jīng)×緯)的織物，稱量，將自制阻燃劑配成整理液，整理工藝及參數(shù)按1.2.2節(jié)所示，對阻燃處理后織物進行垂直燃燒試驗。

1.3.2 斷裂強力測試

測試方法參照GB/T 3923.1—2013《紡織品 織物拉伸性能 第1部分 斷裂強力和斷裂伸長率的測定(條樣法)》，將整理后的試樣沿經(jīng)向和緯向剪下3.0 mm×5.5 mm試樣3條，布條必須平直，不能歪斜。將電子織物強力機的拉伸速度設(shè)定為50 mm/min，2個夾鉗距離200 mm，將布樣的一端夾緊于實驗機上面的夾口，開啟實驗機，記錄斷裂強力。

1.3.3 極限氧指數(shù)測試

極限氧指數(shù)測定法參照GB/T 5454—1997《紡織品 燃燒性能試驗 氧指數(shù)測定法》，每種織物準(zhǔn)備140 mm×50 mm大小的試樣15條，在整理液中按兩浸兩軋方式整理，處理后的15個阻燃織物樣條，分別在不同氧濃度下觀測燃燒、自熄現(xiàn)象，完成一套極限氧指數(shù)的測試過程，計算該織物的極限氧指數(shù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 羊毛織物、滌綸織物整理前后阻燃性能

將自制的氮磷復(fù)合阻燃劑溶解在水中，配制質(zhì)量濃度200 g/L的整理液，按1.2.2節(jié)方法整理好各種織物，參照GB/T 5455—2014，測量垂直燃燒后的炭長及樣條的續(xù)燃時間，測試炭長及續(xù)燃時間。根據(jù)UL94-V0阻燃標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：B1阻燃級別需炭長小于15 cm、續(xù)燃時間低于5 s；B2阻燃級別需炭長小于20 cm、續(xù)燃時間低于15 s。對織物阻燃級別進行評級。測試結(jié)果如表1所示，樣條燃燒效果如圖1、2所示。

表1 阻燃劑對不同織物的炭長數(shù)據(jù)

由表1和圖1、2可知，自制的氮磷復(fù)合阻燃劑對羊毛織物和滌綸織物均有一定的阻燃效果，且羊毛織物(B1)阻燃效果要好于滌綸織物(B2)，所以，本文研究擬選擇用羊毛與滌綸混紡來確保阻燃效果，并提高織物的強度。

圖1 羊毛織物阻燃處理前后燃燒痕跡圖片

圖2 滌綸織物阻燃處理前后燃燒痕跡圖片

2.2 羊毛織物、滌綸織物處理前后極限氧指數(shù)測試

極限氧指數(shù)的測定按1.3.3節(jié)所示方法，測得未阻燃處理的羊毛織物的極限氧指數(shù)為25.7%，阻燃處理后羊毛織物的極限氧指數(shù)為34.7%，由可燃變?yōu)殡y燃，并遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出難燃標(biāo)準(zhǔn)；未阻燃的滌綸織物極限氧指數(shù)為19.8%，阻燃處理后滌綸織物的極限氧指數(shù)為28.4%，高于27%，屬于難燃織物，符合阻燃材料標(biāo)準(zhǔn)，證明自制阻燃劑具有良好的阻燃效果。阻燃處理后的滌綸織物雖然已經(jīng)達到難燃級別，但滌綸燃燒后的熔滴現(xiàn)象限制了其在阻燃防護服領(lǐng)域的應(yīng)用。因此，采用羊毛與滌綸混紡，通過支架作用阻止熔滴產(chǎn)生，由此使阻燃滌綸在阻燃防護服領(lǐng)域得到很好的推廣。

2.3 毛織物、滌綸織物斷裂強力測試

織物的斷裂強力測試按照1.3.2節(jié)的方法進行，整理織物：浸軋方式(二浸二軋，軋液率80%，試樣尺寸30 cm×9 cm， 3塊)；整理參數(shù)：焙烘條件150 ℃×90 s、整理液質(zhì)量濃度200 g/L、浸漬條件60 ℃×10 min、預(yù)烘條件80 ℃×3 min。不同織物的斷裂強力測試結(jié)果如表2所示。可知，毛織物和滌綸織物經(jīng)阻燃處理后，斷裂強力均有不同程度的降低，這是因為阻燃劑的酸堿性和阻燃處理時的高溫都會對織物纖維造成傷害，降低纖維強度，進而使織物的斷裂強力降低。阻燃滌綸織物的斷裂強力遠(yuǎn)高于阻燃羊毛織物，羊毛與滌綸混紡后再進行阻燃處理可提高混紡織物的強度，進而提高混紡織物的撕裂強度和斷裂強力，增強防護服的使用壽命，并且降低了面料的成本，得到低價高強的阻燃防護服。

表2 不同織物斷裂強力測試結(jié)果 N

2.4 混紡配比對極限氧指數(shù)的影響

不同混紡配比的混紡織物經(jīng)200 g/L的整理液進行阻燃處理后的極限氧指數(shù)結(jié)果如表3所示。由表3可知，混紡織物中滌綸含量增加，極限氧指數(shù)降低，任何比例的羊毛/滌綸混紡織物的極限氧指數(shù)均超過國標(biāo)的難燃標(biāo)準(zhǔn)，均可達到最難燃的阻燃級別，所以可根據(jù)斷裂強力等其他使用性能的需求選擇適當(dāng)?shù)呐浔取?/p>

表3 滌綸含量對混紡織物極限氧指數(shù)的影響 %

2.5 混紡配比對織物斷裂強力的影響

不同混紡配比的羊毛/滌綸混紡織物經(jīng)200 g/L的整理液進行阻燃處理后的斷裂強力的測試結(jié)果如表4所示。

表4 滌綸含量對織物斷裂強力的影響

由表4可知，阻燃處理的羊毛/滌綸混紡織物的斷裂強力隨著混紡織物中滌綸含量的增加呈逐漸增強的趨勢，滌綸含量高于50%時，斷裂強力都高于芳綸織物(芳綸織物斜紋布，190 g/m2，纖維直徑40 μm；斷裂強力經(jīng)向367.9 N，緯向445.7 N)等普遍適用的纖維織物的斷裂強力。

3 結(jié) 論

通過自制氮磷復(fù)合阻燃劑對滌綸織物、羊毛織物及羊毛/滌綸混紡織物進行阻燃處理，并進行阻燃性及斷裂強度的測試，得到如下結(jié)論：

①自制的氮磷復(fù)合阻燃劑對滌綸織物和羊毛織物都能達到UL94-V0阻燃標(biāo)準(zhǔn)，羊毛織物達到B1阻燃級別，滌綸達到B2阻燃級別。

②經(jīng)氮磷復(fù)合阻燃劑處理后的滌綸織物和羊毛織物的極限氧指數(shù)分別可達28.4%和34.7%，都屬于難燃材料；阻燃滌綸織物的斷裂強力明顯高于阻燃羊毛織物。

③以滌綸含量為30%～70%的配比混紡時，阻燃處理的羊毛/滌綸混紡織物極限氧指數(shù)均能達到難燃材料級別(大于27%)，滌綸含量高于50%時，阻燃混紡織物斷裂強力高于芳綸織物等常用的阻燃織物，因此，利用滌綸與羊毛混紡織物經(jīng)阻燃處理后，既可保障織物阻燃性、斷裂強力等力學(xué)性能，還可降低成本，拓展了滌綸纖維在阻燃防護領(lǐng)域的應(yīng)用。