織物規(guī)格對(duì)熱防護(hù)織物性能的影響

朱 雯 唐 虹 張成蛟 孫啟龍

（1.南通大學(xué)，江蘇南通，226019；2.安全防護(hù)用特種纖維復(fù)合材料研發(fā)國(guó)家地方聯(lián)合工程研究中心，江蘇南通，226019）

消防、石油化工、電力等行業(yè)的作業(yè)人員面臨的高溫高熱環(huán)境復(fù)雜多變，火焰、高溫、沖擊波及有毒氣體易透過(guò)服裝使工作人員的身體受到大面積燒傷甚至喪失生命，給個(gè)人、家庭、企業(yè)和社會(huì)造成巨大的損失。熱防護(hù)服裝作為最有效的功能防護(hù)裝備，對(duì)保護(hù)相關(guān)作業(yè)人員的生命安全及提高作業(yè)效率有著十分重要的作用［1?5］。

目前，關(guān)于熱防護(hù)服裝的性能研究多針對(duì)其熱防護(hù)性能，但織物開(kāi)發(fā)使用過(guò)程中其性能受多重因素影響［6］。其中，混紡紗中各纖維的混紡比和織物單位面積質(zhì)量的組合作用對(duì)織物熱防護(hù)性能的影響有必要進(jìn)行系統(tǒng)研究。本研究制備了16種熱防護(hù)面料，系統(tǒng)研究了4種紗線(xiàn)混紡比和4種單位面積質(zhì)量的織物透氣性能、力學(xué)性能、阻燃性能和熱防護(hù)性能，為開(kāi)發(fā)高品質(zhì)熱防護(hù)織物提供參考。

1 試驗(yàn)

1.1 織物規(guī)格

熱防護(hù)面料采用芳綸1313、阻燃粘膠、芳綸1414和導(dǎo)電纖維混紡紗織造而成，混紡紗混紡比有4種，分別為93/0/5/2、70/23/5/2、46/47/5/2和23/70/5/2。芳綸1313可以提高面料的強(qiáng)度，保證其優(yōu)良的熱穩(wěn)定性和阻燃性能；阻燃粘膠舒適耐用，可以提高織物的舒適性；芳綸1414熱穩(wěn)定性良好，可以減少織物的熱收縮率；導(dǎo)電纖維可以消除織物上積聚的靜電。

紗線(xiàn)線(xiàn)密度有兩種，分別為16.9 tex×2和22.7 tex×2?？椢飭挝幻娣e質(zhì)量有4種，分別為180 g/m2、210 g/m2、240 g/m2、270 g/m2。為研究原料配比及單位面積質(zhì)量對(duì)織物熱防護(hù)性能的影響規(guī)律，在相同織造工藝下制備了共計(jì)16種熱防護(hù)織物，具體規(guī)格見(jiàn)表1。其中，同一編號(hào)的織物經(jīng)緯紗相同，均為2合股紗線(xiàn)；混紡比中a表示芳綸1313，b表示阻燃粘膠，c表示芳綸1414，d表示導(dǎo)電纖維。

表1 熱防護(hù)織物規(guī)格

1.2 織物性能測(cè)試

按照GB/T 5453—1997《紡織品 織物透氣性的測(cè)定》，采用YG（B）461E型數(shù)字式織物透氣性能測(cè)定儀測(cè)試。試樣面積20 cm2，壓強(qiáng)100 Pa，同一織物不同位置測(cè)試5次，結(jié)果取平均值。

力學(xué)性能主要通過(guò)拉伸性能和撕破性能表征。采用YG?026D型多功能電子織物強(qiáng)力機(jī)測(cè)試。拉伸性能按照GB/T 3923.1—2013《紡織品織物拉伸性能第2部分：斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率的測(cè)定（條樣法）》，試樣尺寸200 mm×50 mm，每塊試樣經(jīng)緯向各測(cè)試5塊，結(jié)果取平均值。撕破性能測(cè)試按照GB/T 3917.3—2009《紡織品 織物撕破性能第3部分：梯形試樣撕破強(qiáng)力的測(cè)定》，試樣尺寸200 mm×50 mm，每塊試樣經(jīng)緯向各測(cè)試5塊，結(jié)果取平均值。

按照GB/T 5455—2014《紡織品 燃燒性能垂直方向損毀長(zhǎng)度、陰燃和續(xù)燃時(shí)間的測(cè)定》測(cè)試，每塊試樣經(jīng)緯向各測(cè)試3塊，記錄陰燃時(shí)間、續(xù)燃時(shí)間和損毀長(zhǎng)度，結(jié)果取平均值。

按照GA 10—2014《消防員滅火防護(hù)服》，采用熱防護(hù)性能測(cè)試儀測(cè)試。試樣尺寸150 mm×150 mm，每塊試樣測(cè)試5塊，記錄熱流量值和達(dá)到二級(jí)燒傷時(shí)間，計(jì)算T P P值。T P P值=熱流量值×達(dá)到二級(jí)燒傷時(shí)間。測(cè)試結(jié)果取平均值。

2 測(cè)試結(jié)果與討論

2.1 透氣性能

透氣性能對(duì)熱防護(hù)面料的舒適性有很重要的影響，16種織物的透氣性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 各熱防護(hù)織物透氣性對(duì)比

由圖1可知，在原料配比不變的條件下，隨著單位面積質(zhì)量的增加，熱防護(hù)織物的透氣性能總體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)；這是因?yàn)殡S著織物單位面積質(zhì)量的增加，單位面積內(nèi)織物中的纖維含量增加，織物緊度增加，空氣不易透過(guò)織物，從而使透氣性能降低；當(dāng)織物單位面積質(zhì)量為240 g/m2時(shí)，織物的透氣性有所增加，這是因?yàn)榭椢锏慕?jīng)密、緯密減小，織物間孔隙增大；另外，在織物單位面積質(zhì)量相同條件下，隨著芳綸1313含量的降低，熱防護(hù)織物的透氣性能沒(méi)有明顯的變化趨勢(shì)。

2.2 力學(xué)性能

力學(xué)性能是研究熱防護(hù)織物的重要性能。本研究對(duì)熱防護(hù)織物的拉伸性能和撕破性能進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)圖2和圖3。

圖3 各熱防護(hù)織物撕破強(qiáng)力對(duì)比

由圖2可知，在原料配比不變的條件下，隨著單位面積質(zhì)量的增加，熱防護(hù)織物的斷裂強(qiáng)力增加，這是因?yàn)殡S著單位面積質(zhì)量增加，單位長(zhǎng)度內(nèi)承受拉伸的紗線(xiàn)增加，從而使拉伸性能提高。另外，在單位面積質(zhì)量不變的條件下，隨著芳綸1313含量的降低，熱防護(hù)織物的斷裂強(qiáng)力也有所降低，這是因?yàn)榉季]1313具有優(yōu)異的力學(xué)性能，隨著芳綸1313含量的減少，織物的強(qiáng)力降低，從而使拉伸性能減弱。

圖2 各熱防護(hù)織物斷裂強(qiáng)力對(duì)比

由圖3可知，在原料配比不變的條件下，隨著單位面積質(zhì)量的增加，熱防護(hù)織物的經(jīng)向撕破強(qiáng)力不斷增加，緯向撕破強(qiáng)力先增加后減小。這是因?yàn)殡S著單位面積質(zhì)量增加，織物越緊密，從而使撕破性能提高，織物的緯向撕破強(qiáng)力在單位面積質(zhì)量240 g/m2時(shí)達(dá)到最大；另外，在單位面積質(zhì)量不變的條件下，隨著芳綸1313含量的降低，熱防護(hù)織物的撕破強(qiáng)力也隨之降低。這是因?yàn)殡S著芳綸1313含量的減少，織物的強(qiáng)力降低，從而使撕破性能減弱。

2.3 阻燃性能

16種熱防護(hù)織物的阻燃性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。由表2可以看出，16種熱防護(hù)織物都不存在續(xù)燃、陰燃現(xiàn)象，而且損毀長(zhǎng)度遠(yuǎn)小于150 mm。在原料配比不變的條件下，隨著單位面積質(zhì)量的增加，織物的損毀長(zhǎng)度沒(méi)有明顯的變化趨勢(shì)；但是，在織物單位面積質(zhì)量不變的條件下，隨著芳綸1313含量的降低，織物的損毀長(zhǎng)度有所增加，這是因?yàn)榉季]1313的阻燃性能遠(yuǎn)好于阻燃粘膠等纖維；芳綸1313含量越高，熱防護(hù)織物高溫下形成的碳化層越緊密，碳化物越容易附著在織物上，可以阻止空氣和易燃?xì)怏w的進(jìn)入，從而提高織物的阻燃性能［7］。

表2 各熱防護(hù)織物阻燃性能測(cè)試結(jié)果

2.4 熱防護(hù)性能

熱防護(hù)性能是指透過(guò)織物引起人體二度燒傷的熱能值。熱防護(hù)性能的T P P值越高，織物的熱防護(hù)性能就越強(qiáng)。16塊熱防護(hù)織物的T P P值測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖4。

由圖4可見(jiàn)，在原料配比不變的條件下，隨著單位面積質(zhì)量的增加，熱防護(hù)織物的T P P值增加，這是因?yàn)殡S著單位面積質(zhì)量增加，單位面積織物中紗線(xiàn)增加，熱量不易透過(guò)織物對(duì)人體造成傷害，故熱防護(hù)性能提高。另外，在單位面積質(zhì)量不變的條件下，隨著芳綸1313含量的降低，熱防護(hù)織物的T P P值也有所降低，這是因?yàn)殡S著芳綸1313含量的減少，織物的耐高溫性能降低，碳化層結(jié)構(gòu)比較稀疏，不能很好地阻擋熱輻射和熱能傳導(dǎo)，增加了反饋給織物的熱量［8］。

圖4 各熱防護(hù)織物的T P P值對(duì)比

3 雙因素方差分析

為了進(jìn)一步評(píng)估原料配比和單位面積質(zhì)量對(duì)熱防護(hù)織物性能影響的重要程度，采用雙因素方差分析原料配比及單位面積質(zhì)量對(duì)透氣性能、力學(xué)性能、阻燃性能及熱防護(hù)性能指標(biāo)的影響顯著水平。當(dāng)P值小于0.001時(shí)，該因素有極顯著影響；當(dāng)P值小于0.01時(shí)，該因素有顯著影響；當(dāng)P值小于0.05時(shí)，該因素有影響。結(jié)果表明：織物的原料配比對(duì)織物的拉伸性能、撕破性能、緯向損毀長(zhǎng)度以及熱防護(hù)性能有極顯著影響，對(duì)經(jīng)向損毀長(zhǎng)度有顯著影響；織物的單位面積質(zhì)量對(duì)織物的透氣性能、拉伸性能以及熱防護(hù)性能有極顯著影響，對(duì)織物的撕破性能以及緯向損毀長(zhǎng)度有顯著影響。

4 結(jié)論

本研究對(duì)原料配比和單位面積質(zhì)量不同的16種熱防護(hù)織物的透氣性能、力學(xué)性能、阻燃性能和熱防護(hù)性能進(jìn)行了測(cè)試分析，并采用雙因素方差分析法探討了原料配比和單位面積質(zhì)量對(duì)其性能的影響，得到以下結(jié)論。

（1）單位面積質(zhì)量對(duì)熱防護(hù)織物的透氣性能有極顯著影響，這是因?yàn)殡S著單位面積質(zhì)量的增加，織物的緊度增加，空氣不易透過(guò)織物；原料配比對(duì)織物的透氣性能沒(méi)有顯著影響。

（2）原料配比對(duì)熱防護(hù)織物的拉伸性能和撕破性能都有極顯著影響，這是因?yàn)殡S著芳綸1313混紡比的增加，織物的強(qiáng)力明顯增加；單位面積質(zhì)量對(duì)熱防護(hù)織物的拉伸性能有極顯著影響，對(duì)撕破性能有顯著影響，這是因?yàn)殡S著單位面積質(zhì)量增加，織物的緊密程度增加，強(qiáng)力增大。

（3）原料配比對(duì)熱防護(hù)織物的損毀長(zhǎng)度有極顯著影響，這是因?yàn)殡S著芳綸1313混紡比的增加，織物燃燒形成的碳化層更緊密，附著在織物上不易脫落，進(jìn)而阻止了空氣和易燃?xì)怏w的進(jìn)入；單位面積質(zhì)量對(duì)熱防護(hù)織物的經(jīng)向損毀長(zhǎng)度沒(méi)有顯著影響，但是對(duì)緯向損毀長(zhǎng)度有顯著影響；原料配比及單位面積質(zhì)量對(duì)熱防護(hù)織物的續(xù)燃時(shí)間和陰燃時(shí)間沒(méi)有影響。

（4）原料配比和單位面積質(zhì)量對(duì)熱防護(hù)織物的熱防護(hù)性能都有極顯著影響，這是因?yàn)榭椢锏膯挝幻娣e質(zhì)量越大，單位面積織物內(nèi)紗線(xiàn)越多，織物越緊密，熱量不易透過(guò)織物；當(dāng)芳綸1313混紡比增加，織物高溫下形成的碳化層更緊密，能很好地阻擋熱輻射和熱傳導(dǎo)。