基于Borda法的阻燃織物與應(yīng)用領(lǐng)域適配性分析

沈卓穎， 金艷蘋*,2， 龍夏磊

(1. 浙江理工大學(xué) 服裝學(xué)院，浙江 杭州 310018； 2. 義烏工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院 創(chuàng)意設(shè)計(jì)學(xué)院，浙江 義烏 322000)

隨著社會(huì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，人們對(duì)紡織品的需求已不再局限于服用等基本功能[1]，具有抗菌、阻燃、芳香等功能性紡織品應(yīng)運(yùn)而生。阻燃紡織品可以在一定程度上降低其可燃燒性，已被廣泛運(yùn)用于軍事、工業(yè)、家紡等多個(gè)領(lǐng)域。目前，紡織品的阻燃整理方法分為混紡阻燃纖維法和織物后整理法，其中后整理方法有浸軋法、浸漬法、涂布法等[2-5]。阻燃整理方法在賦予織物阻燃性能的同時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致其力學(xué)性能和舒適性等其他服用性能下降[6-8]。

消防、工業(yè)生產(chǎn)、室內(nèi)裝飾等不同應(yīng)用領(lǐng)域?qū)ψ枞伎椢镄阅艿囊蟛煌?。如消防服用織物需要具備?yōu)異的熱防護(hù)性和熱濕舒適性，以確保消防員的生命安全[9]；針對(duì)焊接過程中常出現(xiàn)熔融金屬噴濺現(xiàn)象，焊接防護(hù)服用織物需兼顧阻燃性和力學(xué)性[10]；同樣，窗簾等家紡產(chǎn)品所用面料需要具有良好的力學(xué)性能和阻燃性能[11]；國(guó)家對(duì)汽車內(nèi)飾面料的燃燒性能有強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)要求，選擇阻燃劑時(shí)要考慮阻燃整理對(duì)面料表面質(zhì)量的影響[12]。因此，織物在進(jìn)行阻燃功能性整理時(shí)，需要與織物應(yīng)用領(lǐng)域的需求相結(jié)合。目前，阻燃整理方式較多，但是各類阻燃織物在不同領(lǐng)域的適用性尚不明確，因此在未完全實(shí)現(xiàn)功能性和服用性兼顧的情況下，研究阻燃織物加工方法與其適用領(lǐng)域之間的關(guān)系具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。文中通過測(cè)定目前市場(chǎng)上常見的12種不同阻燃整理方式制得阻燃織物的性能，分析其優(yōu)劣，研究阻燃整理方式與阻燃織物性能之間的關(guān)系，從而為不同阻燃整理方法所得織物的適用性提供一定參考。

1 材料與方法

1.1 原料與儀器

1.1.1樣品 按阻燃整理方式的不同，選取市場(chǎng)上常見的12種阻燃織物。其中T類樣品(T1，T2，T3，T4)為涂層整理工藝所得織物，H類樣品(H1，H2，H3，H4)為浸軋整理工藝所得織物，C類樣品(C1，C2，C3，C4)為混紡再織造工藝所得織物?？椢飿悠肪唧w規(guī)格見表1。

1.1.2儀器 YG(B)815D-I 阻燃性能測(cè)試儀，YG(B)216-Ⅱ 織物透濕量測(cè)試儀，皆由溫州大榮紡織儀器有限公司制造；YG026PC-250 萬(wàn)能強(qiáng)力儀，溫州方圓儀器有限公司制造；YG522N 耐磨性測(cè)試儀，寧波紡織儀器廠制造；FX 3300 IV透氣性測(cè)試儀，上海灝興科技有限公司制造。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

每組實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次，測(cè)試結(jié)果取平均值。

1.2.1阻燃性能測(cè)試 根據(jù)GB/T 5455—2014《紡織品 阻燃性能垂直方向損毀長(zhǎng)度、陰燃和續(xù)燃時(shí)間的測(cè)定》，采用阻燃性能測(cè)試儀測(cè)試12種面料的續(xù)燃時(shí)間、陰燃時(shí)間和損毀長(zhǎng)度。測(cè)試條件：溫度20±10 ℃,相對(duì)濕度55%±25%。

1.2.2力學(xué)性能測(cè)試 根據(jù)GB/T 3923.1—2013《紡織品 織物拉伸性能 第1部分：斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率的測(cè)定(條樣法)》，采用萬(wàn)能強(qiáng)力儀測(cè)試12種面料的斷裂強(qiáng)力和伸長(zhǎng)率。

根據(jù)GB/T 21196.1—2007《紡織品 馬丁代爾法織物耐磨性的測(cè)定 第1部分:馬丁代爾耐磨試驗(yàn)儀》，采用耐磨性測(cè)試儀測(cè)定12種面料的耐磨性能。測(cè)試條件：溫度25±5 ℃,相對(duì)濕度65%±5%。

1.2.3透氣性測(cè)試 按照GB/T 5453—1997《紡織品 織物透氣性的測(cè)定》，采用透氣性測(cè)試儀對(duì)12種織物的透氣率進(jìn)行測(cè)定。測(cè)試條件:溫度25±5 ℃,濕度65%±5%，恒溫恒濕條件下調(diào)濕24 h以上。

1.2.4透濕性測(cè)試 按照GB/T12704.1—2009《紡織品 織物透濕性試驗(yàn)方法 第1部分：吸濕法》，采用透濕量測(cè)試儀對(duì)12種織物的透濕率進(jìn)行測(cè)定。試樣在溫度25±5 ℃,相對(duì)濕度65%±5%條件下調(diào)濕24 h以上。測(cè)試條件:溫度38±2 ℃,濕度90%±4%。透濕率的計(jì)算公式如下：

(1)

式中：vWVT為透濕率，單位g/(m2·d)；Δm為同一實(shí)驗(yàn)組合體兩次稱量之差，單位g；S為有效實(shí)驗(yàn)面積(本次實(shí)驗(yàn)裝置面積為28.3 cm2),單位cm2；t為實(shí)驗(yàn)時(shí)間，單位d。

1.3 適用性評(píng)價(jià)方法

文中采用模糊Borda組合評(píng)價(jià)法(Borda法)，評(píng)價(jià)各樣品在阻燃防護(hù)用品、交通工具內(nèi)飾用織物、裝飾用織物3大領(lǐng)域中的適配性。

Borda法是對(duì)論域U={u1,u2,u3, …,um}中的m個(gè)元素進(jìn)行評(píng)價(jià)，從而獲得新的序列Li，計(jì)算U中每個(gè)元素的Borda數(shù)，即

(2)

式中，X∈U，Bi(X)表示在序列Li中位于X之后的元素個(gè)數(shù)。

Borda數(shù)越大，表明元素的綜合效果越佳。為提高決策效果，聯(lián)合采用加權(quán)計(jì)算法，即

(3)

式中:ωi(X)為序列Li的權(quán)系數(shù)。

論域U={U1,U2,U3,U4,U5,U6,U7,U8,U9}。

2 結(jié)果與討論

2.1 阻燃性能

12種織物的阻燃性能測(cè)試結(jié)果見表2所示。

表2 織物垂直燃燒法測(cè)試結(jié)果

由表2可以看出，不同阻燃整理方式對(duì)織物的阻燃性能影響不同，即使在阻燃整理方式相同的情況下，由于使用的阻燃劑或阻燃纖維不同，織物的阻燃性能也有差異。對(duì)照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[13-15]，T1,T2和H2織物的續(xù)燃時(shí)間未達(dá)到要求。這是可能因?yàn)門1，T2和H2織物中阻燃劑用量少，起不到阻燃效果。

T3和T4織物的陰燃時(shí)間相近，且與B1級(jí)阻燃織物的要求以及A級(jí)防護(hù)服、焊接服的要求相符；兩種織物的續(xù)燃時(shí)間雖有一定差距，但也均符合B1級(jí)阻燃織物的要求；兩種織物的損毀長(zhǎng)度均達(dá)到B1級(jí)裝飾類和飛機(jī)輪船內(nèi)飾用織物的阻燃標(biāo)準(zhǔn)，且符合C級(jí)阻燃服和焊接服的要求。

H1和H3織物的續(xù)燃和陰燃時(shí)間相近，且與B1級(jí)阻燃織物的要求以及A級(jí)的防護(hù)服、焊接服的要求相符。從阻燃性能上判斷，H1和H3織物中所使用的阻燃劑均能極大地提高棉織物的阻燃性能。由于棉織物手感柔軟，所制成的服裝穿著舒適性較好，因此H1和H3織物可以作為阻燃服和焊接服面料的備選織物。H4織物的阻燃性能優(yōu)于H1和H3織物，符合A級(jí)阻燃服和焊接服的標(biāo)準(zhǔn)。

C1與C4織物在阻燃纖維占比上存在細(xì)微差距，但兩者的阻燃效果相近，續(xù)燃時(shí)間和陰燃時(shí)間達(dá)到了A級(jí)阻燃服和焊接服的標(biāo)準(zhǔn)；但其損毀長(zhǎng)度只能滿足裝飾類織物和飛機(jī)、輪船內(nèi)飾用織物的要求,以及C級(jí)阻燃服和焊接服的要求。C2和C3同為聚丙烯腈氨綸混紡織物，但混紡纖維成分與占比不同，兩者的阻燃效果有著明顯的差距。C2織物的陰燃時(shí)間和損毀長(zhǎng)度較長(zhǎng)，屬于B2級(jí)裝飾類織物和飛機(jī)、輪船內(nèi)飾用織物;C3織物符合B1級(jí)飛機(jī)、輪船內(nèi)飾用織物和裝飾類織物標(biāo)準(zhǔn),以及A級(jí)阻燃服和焊接服的標(biāo)準(zhǔn)，作為飛機(jī)、輪船內(nèi)飾用織物和裝飾類織物的優(yōu)先級(jí)更高。

2.2 力學(xué)測(cè)試

2.2.1拉伸性能 織物斷裂強(qiáng)力和伸長(zhǎng)率測(cè)試結(jié)果見表3和表4。

表4 織物斷裂伸長(zhǎng)率測(cè)試結(jié)果

由文獻(xiàn)[9-11]可知，阻燃防護(hù)服用織物斷裂強(qiáng)力應(yīng)不低于450 N,座椅用織物斷裂強(qiáng)力應(yīng)不低于250 N，其他領(lǐng)域斷裂強(qiáng)力最低為180 N。因此，12種織物的斷裂強(qiáng)力均能夠滿足阻燃防護(hù)用品對(duì)斷裂強(qiáng)力的要求。

由表3可以看出，T2，T3織物的斷裂強(qiáng)力明顯大于T1，T4織物的。這是因?yàn)镻A涂層具有較好的黏著力，PU涂層有較好的拉伸性能，PUA材料同時(shí)具有兩者的共同點(diǎn)。因此，當(dāng)涂層黏著力較好時(shí)，織物受到力的作用，涂層易被拉破;而PU涂層具有較好的拉伸性能，使其斷裂需要更大的作用力。

對(duì)比同為全棉的H1和H3織物，H1織物的斷裂強(qiáng)力大于H3織物的。這是因?yàn)镠1織物使用的化學(xué)阻燃劑是三聚氰胺，可一定程度提高棉織物的斷裂強(qiáng)力。H2和H4織物使用了同種阻燃劑進(jìn)行阻燃整理，兩者的斷裂強(qiáng)力相近，但伸長(zhǎng)率差距較大。這說明將棉纖維與其他非阻燃纖維混紡對(duì)織物的斷裂強(qiáng)力影響較小，但對(duì)伸長(zhǎng)率有一定的影響。

比較C1和C4織物可以看出，不同種類纖維混紡的織物，其中芳綸纖維的種類和比例對(duì)織物的拉伸性能影響較小。對(duì)比C2和C3織物可以發(fā)現(xiàn)，C2織物的斷裂強(qiáng)力比C3織物的小，但其伸長(zhǎng)率高于C3織物的。由此推斷，阻燃纖維的種類和混紡比例對(duì)混紡的阻燃織物的拉伸性能有一定的影響。

2.2.2耐磨性 各種織物耐磨性測(cè)試結(jié)果如圖1所示。由圖1可看出，同樣為100%滌綸織物，T1，T2，T3織物的耐磨性明顯高于T4織物的。這是因?yàn)榕cPA和PU涂層相比，PUA涂層厚度較小，故用其作為阻燃劑制備的涂層織物T4的耐磨性較差。

H1和H3織物均是棉織物，但耐磨性存在一定差距，這是因?yàn)樗牧u甲基氯化磷阻燃劑對(duì)棉織物的耐磨性影響較大。同樣運(yùn)用四羥甲基氯化磷阻燃劑，H2織物的耐磨性優(yōu)于H4織物，說明棉含量低、酰胺含量高的織物耐磨性好。

圖1 織物耐磨性Fig.1 Wear resistance of fabrics

由圖1可知，采用混紡再織造工藝制備的4種織物中，C3的耐磨性略高于C4，C4的耐磨性明顯高于C1；結(jié)合表1可知，C1是由純芳綸1313紡制而成，C4是將芳綸1313、芳綸1414和防靜電纖維混紡而成，由此可以推斷，在芳綸1313中混紡芳綸1414和防靜電纖維可以提高織物耐磨性。同為芳綸1313和防靜電纖維混紡的C3和C4織物，C3織物中芳綸含量低，且有75%的聚丙烯腈氨綸纖維。芳綸1313耐磨性較差，而聚丙烯腈氨綸耐磨性較好，所以芳綸1313含量越低，聚丙烯腈氨綸越高，耐磨性越好。

2.3 透氣性能測(cè)試結(jié)果與分析

各織物透氣性測(cè)試結(jié)果如圖2所示。

圖2 織物透氣性Fig.2 Air permeability of fabrics

由圖2可以看出，涂層整理工藝處理的4種織物的透氣性明顯低于其他8種非涂層阻燃整理織物。這是因?yàn)橥繉诱砉に囍饕ㄟ^將涂層附著在織物表面來阻斷織物兩邊空氣的流通，經(jīng)過涂層整理后的織物透氣性能變差。

H1和H3織物同為棉織物，但是H1織物的透氣性比H3織物的差，這是因?yàn)槿矍璋纷枞紕┙埶玫目椢锿笟庑暂^差。H2和H4織物雖然使用了相同的阻燃劑進(jìn)行整理，但H4織物的透氣量比H2織物的大，這是因?yàn)镠4織物的含棉量更高，透氣性更好。

使用混紡再織造工藝制備的4種織物中，C4的透氣性最好；結(jié)合表1可知，C1，C3，C4成分中均含有芳綸1313，且C3和C4還共同含有防靜電纖維，而C4的透氣性最好。這說明，將芳綸1313與芳綸1414和防靜電纖維混紡可以改善織物的透氣性。

2.4 透濕性能測(cè)試結(jié)果與分析

各織物透濕性能測(cè)試結(jié)果如圖3所示。

圖3 織物透濕性Fig.3 Moisture permeability of fabrics

由圖3可以看出，4種涂層整理工藝類織物中，T1織物透濕率最低，T2織物和T3織物的透濕率較高，說明涂層阻燃劑不同導(dǎo)致織物透濕率不同。PU涂層由于其多孔性使之具有優(yōu)于其他兩種涂層的透濕性，因此改變涂層阻燃劑的種類可以提高織物的透濕率。

H3織物和H4織物的透濕率均高于H2織物，這是因?yàn)槠浜蘖枯^高，透濕性較好。H1織物的透濕率最低，說明三聚氰胺阻燃劑浸軋所得織物透濕性比四羥甲基氯化磷阻燃劑浸軋的織物差。

H2，H3和H4織物的透濕率差距較小，說明混紡纖維和混紡比例對(duì)織物的透濕率影響較小。且C1和C4、C2和C3織物的透濕率相近也為以上結(jié)論提供證明。

2.5 適配性評(píng)價(jià)結(jié)果與分析

由于T1，T2和H2織物的續(xù)燃時(shí)間未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，不再對(duì)其進(jìn)行討論。論域U={U1,U2,U3,U4,U5,U6,U7,U8,U9}={織物T3,織物T4,織物H1,織物H3,織物H4,織物C1,織物C2,織物C3,織物C4}。9種織物的性能測(cè)試結(jié)果見表5。

焊接服是焊接工人工作時(shí)所穿的具有防護(hù)性能的防護(hù)服裝，其對(duì)防護(hù)服用織物的阻燃性能、斷裂強(qiáng)力、透濕性均有一定要求，尤其是織物的阻燃性能。因此在計(jì)算過程中損毀長(zhǎng)度、斷裂強(qiáng)力和透濕率3個(gè)性能的加權(quán)的系數(shù)分配較大。損毀長(zhǎng)度、斷裂強(qiáng)力、耐磨性、透氣性、透濕性的加權(quán)系數(shù)分別為：0.4，0.2，0.1，0.1，0.2。

室內(nèi)裝飾用織物應(yīng)有一定的阻燃性，一旦發(fā)生火災(zāi)可以減緩火勢(shì)的蔓延，為消防員爭(zhēng)取救援和滅火的時(shí)間，在一定程度上減少火災(zāi)造成的財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡。裝飾用織物對(duì)斷裂強(qiáng)力、透氣性要求比其他性能高，因此在計(jì)算過程中斷裂強(qiáng)力、透氣率的加權(quán)的系數(shù)分配較大。損毀長(zhǎng)度、斷裂強(qiáng)力、耐磨性、透氣性、透濕性的加權(quán)系數(shù)分別為：0.2，0.3，0.1，0.3，0.1。

表5 織物性能測(cè)試結(jié)果

交通工具內(nèi)由于空間狹小、人口密度高，一旦發(fā)生火災(zāi)，會(huì)造成嚴(yán)重后果，因此其內(nèi)飾用織物需要較高的強(qiáng)力及耐磨性，所以在計(jì)算過程中斷裂強(qiáng)力和耐磨性的加權(quán)的系數(shù)分配較大。損毀長(zhǎng)度、斷裂強(qiáng)力、耐磨性、透氣性、透濕性的加權(quán)系數(shù)分別為：0.2，0.3，0.3，0.1，0.1。

根據(jù)不同領(lǐng)域?qū)ο嚓P(guān)性能的加權(quán)系數(shù)，可以計(jì)算得到各織物試樣在3個(gè)領(lǐng)域的適配性Borda 數(shù)，具體數(shù)值見表6。

表6 適配性測(cè)試

按各項(xiàng)指標(biāo)優(yōu)劣對(duì)U1至U9排序， C3織物較適合做阻燃服和焊接服的面料，T4織物適配性最低，C類織物和H類織物與裝飾用織物的適配性較高。裝飾用織物適用性較高的是C3、C4和H4織物，且通過混紡再織造工藝制得的織物與裝飾用織物的適配性較高。交通工具內(nèi)飾用織物的適用性最高的是C3，H1和C4織物；C3織物同樣最適合做交通工具內(nèi)飾用織物的面料，總體上3類織物均與交通工具內(nèi)飾用織物有較好的適配性。

3 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)12種織物性能測(cè)試發(fā)現(xiàn)，市面上所售的大部分阻燃織物均有較好的阻燃效果，達(dá)到研究領(lǐng)域阻燃織物的標(biāo)準(zhǔn)，但發(fā)現(xiàn)也有少部分未達(dá)到相關(guān)領(lǐng)域阻燃織物標(biāo)準(zhǔn)。在除T1，T2和H2織物外的9種織物中，C3損毀長(zhǎng)度最短，H1，H4，C3織物的阻燃性能均較好；T3織物斷裂強(qiáng)力最大，耐磨性最好；C4織物的透氣性能最好，H3和H4織物的透濕性能較好。

根據(jù)Borda法得出混紡再織造工藝制得的織物較適合阻燃防護(hù)服領(lǐng)域，混紡再織造工藝制得的織物和浸軋整理工藝得到的阻燃織物較適合裝飾用織物領(lǐng)域，各類阻燃織物均適合交通工具內(nèi)飾用織物領(lǐng)域，若考慮成本，則涂層整理工藝類阻燃織物更為合適。m(腈氯綸)∶m(芳綸1313)∶m(抗靜電纖維)=75∶23∶2的面料在各個(gè)領(lǐng)域都最為適用。