阻燃纖維/棉混紡紗線的力學性能分析

張喜昌，張海霞

(河南工程學院 紡織工程學院，河南 鄭州 450007)

隨著紡織技術(shù)的快速發(fā)展，阻燃紡織品在很多領(lǐng)域都有非常廣闊的應(yīng)用[1]。阻燃紡織品不僅要有較好的阻燃特性，而且需要具有天然纖維的透濕透氣性、吸濕性和柔軟性等各種特征[2-3]。目前，阻燃紡織纖維主要有阻燃滌綸纖維、阻燃黏膠纖維、阻燃腈綸纖維、芳綸纖維、維綸纖維、丙綸纖維、芳砜綸纖維和PBI纖維等[4]。在紡織企業(yè)使用的阻燃纖維中，阻燃腈綸有良好的阻燃性能，但其織物的舒適性較差；阻燃黏膠纖維的舒適性較好，但其極限氧指數(shù)較低。因此，在實際生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品的性能要求和用途，采用適當混紡比的阻燃腈綸纖維、阻燃黏膠纖維和棉纖維多組分混紡，這樣既能充分發(fā)揮混紡纖維的自身特點與性能優(yōu)勢，又能提高阻燃織物的舒適性，可達到擴大阻燃紡織品應(yīng)用領(lǐng)域的目的[5]。本研究主要對線密度均為18.45 tex的不同混紡比阻燃腈綸(A)/阻燃黏膠(R)/棉(C)混紡紗線及純阻燃黏膠紗線和純阻燃腈綸紗線的力學性能進行測試分析，以期為阻燃紡織品的開發(fā)和利用提供參考。

1 實驗

1.1 試樣

試樣為阻燃腈綸/阻燃黏膠/棉混紡紗線(RA70/C30)、阻燃腈綸/阻燃黏膠/棉混紡紗線(RA50/C50)、阻燃腈綸/阻燃黏膠/棉混紡紗線(RA30/C70)、純阻燃黏膠紗線和純阻燃腈綸紗線共5種，線密度均為18.45 tex，RA70 、RA50 、RA30分別表示阻燃黏膠纖維和阻燃腈綸纖維各占35%、25%、15%。

1.2 測試儀器與方法

紗線的一次拉伸斷裂性能使用HD021NS型電子單紗強力儀測試，拉伸速度設(shè)置為500 mm/min，夾持長度設(shè)置為500 mm，試樣的預(yù)加張力設(shè)置為0.5 cN/tex，每種紗線的實驗次數(shù)為50。

紗線的拉伸彈性和疲勞性能使用YG061F/PC型電子單紗強力儀測試，拉伸速度選擇50 mm/min，夾持長度設(shè)置為500 mm，預(yù)加張力為0.5 cN/tex，定伸長為15 mm，拉伸停置時間為30 s，回復(fù)停置時間為30 s，每種試樣測試2次。拉伸彈性實驗反復(fù)循環(huán)1次，疲勞性能測試反復(fù)循環(huán)5次。

紗線的蠕變性能使用電子萬能材料試驗機測試，隔距設(shè)置為500 mm，預(yù)加張力為0.5 cN/tex，時間為500 s，載荷為100 cN，拉伸速度為50 mm/s。

紗線的耐磨性能使用LFY-109B型電腦紗線耐磨儀測試，張力重錘質(zhì)量為5 g，砂紙型號為No.400，磨輥的往復(fù)速度設(shè)計為60次/min，每種紗線的實驗次數(shù)為30。

紗線的彎曲性能使用HD021NS型電子單紗強力儀測試，拉伸速度設(shè)置為500 mm/min，夾持紗線長度為500 mm，試樣的預(yù)加張力按0.5 cN/tex計算，每種紗線的實驗次數(shù)為50。

紗線的扭轉(zhuǎn)性能使用Y331N型紗線捻度儀測試，試樣長度為10 mm，速度為1 000 r/min，試樣捻向為Z捻，試樣預(yù)加張力按0.5 cN/tex計算，每種紗線的實驗次數(shù)為30，測得捻斷次數(shù)。捻斷次數(shù)是指單位長度的紗線同向加捻到斷裂時的回轉(zhuǎn)次數(shù)。

紗線的壓縮性能使用YG141D型數(shù)字式織物厚度儀和Y381型黑板機測試，黑板厚度為2.00 mm，砝碼取1 000 cN。將纏好紗線的黑板放在YG141D型數(shù)字式織物厚度儀上測試試樣厚度，加壓30 s后再一次測試試樣厚度，取下載荷休息10 min后第三次測試試樣厚度，紗線直徑為試樣厚度減去黑板厚度的二分之一。紗線的壓縮主要表現(xiàn)為徑向受壓，紗線在受壓方向被壓扁、在受力垂直方向變寬。紗線的壓縮性能指標包括以下兩個：

(1)加壓直徑變化率

(1)

式中：d0為紗線的原始直徑，mm；d為紗線壓縮后的直徑，mm。

(2)卸壓后直徑剩余變化率

(2)

式中：d0為紗線的原始直徑，mm；dn為紗線回復(fù)后的直徑，mm。

2 結(jié)果與分析

2.1 紗線的拉伸性能

2.1.1紗線的一次拉伸斷裂性能

紗線的一次拉伸斷裂性能測試結(jié)果如圖1所示。

圖1 紗線的一次拉伸斷裂性能結(jié)果Fig.1 Test results of yarn tensile breakage property

由圖1可知，5種紗線中純阻燃腈綸紗線的斷裂強度和斷裂伸長率最大，說明其拉伸斷裂性能最好，純阻燃黏膠紗線的斷裂強度和斷裂伸長率最小。3種混紡紗線中，RA50/C50的斷裂強度和斷裂伸長率最大，拉伸斷裂性能較好，RA70/C30和RA30/C70的斷裂強度和斷裂伸長率較小且比較接近。因此，從紗線的一次拉伸斷裂性能角度考慮，在混紡時建議選擇RA50/C50的混紡比。

2.1.2紗線的拉伸彈性和疲勞性能

紗線的拉伸彈性和疲勞性能測試結(jié)果分別見表1和表2。

表1 紗線的拉伸彈性測試結(jié)果Tab.1 Test results of yarn tensile elasticity property

表2 紗線的疲勞性能測試結(jié)果Tab.2 Test results of yarn fatigue property

由表1可知，純阻燃腈綸紗線和純阻燃黏膠紗線的塑性變形均大于3種混紡紗線，彈性回復(fù)率均小于3種混紡紗線，RA50/C50混紡紗線的塑性變形最小，彈性回復(fù)率最大，說明其拉伸彈性最好。

反復(fù)循環(huán)5次后的紗線疲勞性能測試結(jié)果見表2。由表2可知，5種紗線中RA30/C70混紡紗線的塑性變形最大，與純阻燃腈綸紗線和純阻燃黏膠紗線的塑性變形比較接近， RA50/C50混紡紗線的塑性變形最小，彈性回復(fù)率最大，說明其疲勞性能最好。另外，5種紗線的塑性變形較一次拉伸時普遍偏大，而彈性回復(fù)率普遍偏小。

2.1.3紗線的蠕變性能

紗線的蠕變曲線如圖2所示。

圖2 紗線的蠕變曲線Fig.2 Yarn creep curve

由圖2可知，5種紗線的位移隨著時間變化逐漸變大，然后趨于穩(wěn)定。在500 s時，純阻燃腈綸紗線的位移為57.61 mm，明顯高于其他紗線，說明純阻燃腈綸紗線更容易發(fā)生蠕變，其次是純阻燃黏膠紗線，位移為18.3 mm。3種混紡紗線中，RA70/C30的位移為13.17 mm， RA30/C70的位移為12.02 mm，RA50/C50的位移為11.19 mm。RA50/C50的位移最小，說明其蠕變性能最好，不容易發(fā)生蠕變，有利于保持織物尺寸的穩(wěn)定性。

2.2 紗線的耐磨性能

測試得到RA70/C30、RA50/C50和RA30/C70混紡紗線的磨斷次數(shù)分別為60、41和36，純阻燃黏膠紗線和純腈綸紗線的磨斷次數(shù)分別為29和88。由此可見，5種紗線中純阻燃腈綸紗線的耐磨性能最好，這是因為阻燃腈綸纖維的斷裂強度較高、摩擦系數(shù)較小。純阻燃黏膠紗線的磨斷次數(shù)在5種紗線中最小，耐磨性能最差。3種混紡紗線中，RA70/C30的磨斷次數(shù)最大，RA30/C70的磨斷次數(shù)最小。因此，阻燃黏膠和其他纖維混紡可以提高紗線的耐磨性能。

2.3 紗線的彎曲性能

紗線的勾接強度和打結(jié)強度測試結(jié)果分別見表3和表4。

由表3和表4可以看出：純阻燃腈綸紗線和純阻燃黏膠紗線的勾接強度、打結(jié)強度和斷裂伸長率高于3種混紡紗線，說明這兩種紗線的彎曲性能較好；3種混紡紗線中RA70/C30的勾接強度、打結(jié)強度和斷裂伸長率較大，RA30/C70的最小。

表3 紗線的勾接強度測試結(jié)果Tab.3 Test results of yarn hook joint strength

表4 紗線的打結(jié)強度測試結(jié)果Tab.4 Test results of yarn knot strength

2.4 紗線的扭轉(zhuǎn)性能

測試得到RA70/C30、 RA50/C50和RA30/C70混紡紗線的捻斷次數(shù)分別為132.2、130.6和144.8，純阻燃黏膠紗線和純腈綸紗線的捻斷次數(shù)分別為116.5和180.0。由此可見，5種紗線中純阻燃腈綸紗線的捻斷次數(shù)最大，說明其扭轉(zhuǎn)性能最強，紗線不容易扭轉(zhuǎn)斷裂，純阻燃黏膠紗線的捻斷次數(shù)最小，扭轉(zhuǎn)性能最差；3種混紡紗線的捻斷次數(shù)比較接近，RA30/70的捻斷次數(shù)略大，RA50/C50的捻斷次數(shù)略小。

2.5 紗線的壓縮性能

紗線的加壓直徑變化率和卸壓后直徑剩余變化率見表5。

表5 紗線的直徑變化率測試結(jié)果Tab.5 Test results of yarn diameter change rate

由表5可以看出，5種紗線中RA30/C70混紡紗線的加壓直徑變化率最大，高于純阻燃黏膠紗線和純阻燃腈綸紗線，卸壓后直徑剩余變化率最小，說明其壓縮性能在5種紗線中最好，其次是純阻燃黏膠紗線。

3 結(jié)論

紗線的拉伸實驗表明，純阻燃腈綸紗線的拉伸斷裂性能在5種紗線中最好，但其拉伸彈性較差，容易發(fā)生蠕變，RA50/C50混紡紗線的拉伸彈性最好，疲勞性能好，且不容易發(fā)生蠕變，3種混紡紗線中RA50/C50的拉伸斷裂性能較好。紗線的耐磨實驗表明，5種紗線中純阻燃腈綸紗線的耐磨性能最好，純阻燃黏膠紗線的耐磨性能最差，3種混紡紗線中RA70/C30的磨斷次數(shù)最大，RA30/C70的磨斷次數(shù)最小。紗線的彎曲實驗表明，純阻燃腈綸紗線和純阻燃黏膠紗線的彎曲性能優(yōu)于3種混紡紗線，3種混紡紗線中RA70/C30的勾接強度、打結(jié)強度和斷裂伸長率較大，彎曲性能較好。紗線的扭轉(zhuǎn)實驗表明，純阻燃腈綸紗線捻斷次數(shù)最大，扭轉(zhuǎn)性能較強，3種混紡紗線捻斷次數(shù)比較接近，但均優(yōu)于純阻燃黏膠紗線。5種紗線中RA30/C70混紡紗線的壓縮性能最好。