玄武巖長(zhǎng)絲/滌綸交織物阻燃性能測(cè)試與研究

張麗娟 任世環(huán) 李向紅

1. 唐山學(xué)院時(shí)尚設(shè)計(jì)系， 河北 唐山 064000；2. 河北科技大學(xué)紡織服裝學(xué)院， 河北 石家莊 050018

隨著人口數(shù)量的不斷增加和生活水平的提高，家用電器的使用率越來越高，同時(shí)陳舊小區(qū)日益增多，導(dǎo)致火災(zāi)發(fā)生率不斷增大。為使人們免受或少受火災(zāi)的危害，同時(shí)保護(hù)消防人員的人身安全，本文從玄武巖纖維的性能出發(fā)，研發(fā)了玄武巖/滌綸交織物，并對(duì)其阻燃性能進(jìn)行測(cè)試與分析。

1 玄武巖纖維的結(jié)構(gòu)與性能

連續(xù)玄武巖纖維以純天然的玄武巖礦石為原料，在粉碎、熔融玄武巖后經(jīng)漏板拉絲工藝制成。其形狀為圓柱形，表面光滑，主要成分為SiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、CaO、MgO、Na2O等氧化物，屬于硅鋁酸鹽系纖維。其中，最主要的成分SiO2保證了玄武巖纖維的化學(xué)穩(wěn)定性和優(yōu)異的力學(xué)性能；此外,質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高的Al2O3確保了纖維具有良好的力學(xué)性能、耐久性、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性[1]。

連續(xù)玄武巖纖維高溫下的尺寸穩(wěn)定性能較為突出，可使用的溫度為-260～650 ℃。溫度為400 ℃時(shí)，纖維的斷裂強(qiáng)力保持率約為85%；溫度為300 ℃時(shí)，纖維的斷裂強(qiáng)力保持率約為80%。玄武巖纖維具有較好的高溫尺寸穩(wěn)定性，且隔熱性和不燃性較高，高溫下沒有熔滴現(xiàn)象，環(huán)保，力學(xué)性能較好，將其用于制作防火隔熱服裝具有很大的發(fā)展空間，因此在防火隔熱領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景[2-3]。

2 玄武巖/滌綸交織物的研發(fā)

選用133.00 tex×3連續(xù)玄武巖長(zhǎng)絲(加捻)、22.22 tex高強(qiáng)滌綸長(zhǎng)絲和59.05 tex滌綸短纖紗等3種紗線，應(yīng)用半自動(dòng)式Y(jié)200 S型電子小樣織布機(jī)織造平紋、3/1斜紋、2/2方平等3種織物組織的玄武巖長(zhǎng)絲/滌綸長(zhǎng)絲和玄武巖長(zhǎng)絲/滌綸短纖紗交織物，共計(jì)6種織物。玄武巖長(zhǎng)絲/滌綸交織物規(guī)格如表1所示。

表1 玄武巖/滌綸交織物規(guī)格

3 織物厚度測(cè)試

3.1 厚度測(cè)試儀器及方法

將織物先放在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下調(diào)濕。參照GB/T 3820—1997《紡織品和紡織制品厚度的測(cè)定》進(jìn)行測(cè)試，6種織物沿經(jīng)、緯向各測(cè)5次求平均值[4]。試驗(yàn)中避開織物中的褶皺部分，自然狀態(tài)下放置在參考板上測(cè)定。

3.2 測(cè)試結(jié)果與分析

6種試樣厚度測(cè)試結(jié)果如表1所示。試驗(yàn)表明，對(duì)該試樣厚度產(chǎn)生的影響主要有：(1)滌綸短纖紗橫截面呈圓柱狀，滌綸長(zhǎng)絲呈扁平狀，兩者紗線線密度的差異造成織物厚度的不同；(2)織物組織中，平紋的紗線浮長(zhǎng)最短，因而相同條件下平紋織物最薄，浮長(zhǎng)最長(zhǎng)的3/1斜紋織物最厚；(3)滌綸長(zhǎng)絲與玄武巖長(zhǎng)絲間的摩擦較小，紗線有輕微滑移，進(jìn)而減小了紗線在織物中的屈曲程度，而玄武巖長(zhǎng)絲與滌綸短纖紗之間無此現(xiàn)象，這導(dǎo)致其織物厚度比玄武巖長(zhǎng)絲/滌綸長(zhǎng)絲交織物中同組織結(jié)構(gòu)的織物大。

4 織物阻燃性能測(cè)試與研究

4.1 垂直燃燒測(cè)試儀器及方法

在織物上用鋼尺分別量取300 mm×80 mm的測(cè)試試樣各5塊，裁取后按照GB 6529—2008《紡織品調(diào)濕和試驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)大氣》將試樣調(diào)濕24 h。參照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》進(jìn)行試驗(yàn)，打開YG(B)815 D-I型(垂直型)織物阻燃性能測(cè)試儀，按照標(biāo)準(zhǔn)控制室溫為(20±2)℃，相對(duì)濕度為(65±4)%。將試樣垂直夾在試樣夾上，確保試樣下端和試樣夾下端重合后再用4個(gè)夾子將試樣兩邊固定。然后點(diǎn)火，將火焰高度調(diào)至(40±2)mm并穩(wěn)定30 s后，按下啟動(dòng)開關(guān)。自動(dòng)火焰裝置在火焰燃燒試樣12 s后會(huì)自動(dòng)撤離，同時(shí)記錄續(xù)燃時(shí)間，注意待試樣開始無火焰燃燒時(shí)記錄陰燃時(shí)間。然后將試樣取出，沿織物上燃燒留下的黑色印記中心對(duì)折，在試樣下端(被燃燒端)距離布邊各6 mm處掛上與試樣面密度相符的重錘，根據(jù)織物的面密度選用453.6 g的重錘，試樣下端的另一邊用手緩緩抬起，將重錘懸在空中一段時(shí)間后放下，記錄試樣被拉斷的長(zhǎng)度，即損毀長(zhǎng)度[5]。整理數(shù)據(jù)匯總至表2。

表2 玄武巖長(zhǎng)絲/滌綸交織物垂直燃燒試驗(yàn)數(shù)據(jù)

4.2 水平燃燒測(cè)試儀器及方法

試驗(yàn)所用儀器包括YG(B)815 D-Ⅱ型(水平法)織物阻燃性測(cè)試儀、鋼尺(精度為0.1 mm)和剪子。試驗(yàn)按照FZ/T 01028—93《紡織織物燃燒性能測(cè)定水平法》進(jìn)行，沿著與經(jīng)向、緯向平行的方向，在織物上分別裁剪出尺寸為300 mm×100 mm的試樣各5塊。按照標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室條件，需滿足溫度為10～30 ℃，相對(duì)濕度為30%～80%。將試樣正面朝下夾在試樣夾上，然后依次將試樣夾沿導(dǎo)軌推入，打開儀器并點(diǎn)火，火焰灼燒試樣15 s后熄火，試樣上火焰燃燒到第一條標(biāo)記線時(shí)開始計(jì)時(shí)，直至燃燒至第三條標(biāo)記線時(shí)停止計(jì)時(shí)，記錄第一條標(biāo)記線到火焰熄滅最遠(yuǎn)處的距離。按照式(1)計(jì)算蔓延速率[6]。

(1)

式中：B為火焰蔓延速率，mm/min；L為火焰蔓延距離，mm；t為火焰蔓延距離L時(shí)的時(shí)間，s。因水平燃燒試驗(yàn)中織物上的火焰蔓延距離L為0，所以B為0，即織物在水平狀態(tài)下是不燃的。

4.3 垂直燃燒與水平燃燒測(cè)試結(jié)果分析

垂直燃燒試驗(yàn)中：織物經(jīng)緯向均有低于2 s的續(xù)燃時(shí)間；經(jīng)向有不同程度的損毀長(zhǎng)度，但緯向幾乎沒有損毀長(zhǎng)度；無陰燃時(shí)間。水平燃燒試驗(yàn)中，織物不燃。結(jié)合上面織物經(jīng)垂直燃燒和水平燃燒試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析得出，影響玄武巖長(zhǎng)絲/滌綸交織物燃燒性能的主要因素為原材料和織物厚度?？椢锱c火焰接觸處變黑，這是滌綸經(jīng)火焰灼燒后殘留在織物上的，相比玄武巖長(zhǎng)絲，滌綸較易燃燒，因此在經(jīng)向滌綸與火焰垂直時(shí)，織物有損毀長(zhǎng)度，而在緯向和水平燃燒試驗(yàn)中，火焰在燃燒滌綸時(shí)有玄武巖長(zhǎng)絲在中間阻隔，使得織物幾乎無損毀長(zhǎng)度，如圖1和圖2所示。由此可見，若將玄武巖長(zhǎng)絲/滌綸交織物用做阻燃織物，應(yīng)使玄武巖長(zhǎng)絲面向火源方向，或是水平放置。

圖1 織物經(jīng)向垂直燃燒試驗(yàn)布樣圖

圖2 織物緯向垂直燃燒試驗(yàn)布樣圖

5 總結(jié)

玄武巖長(zhǎng)絲/滌綸交織物的阻燃測(cè)試中：織物垂直燃燒時(shí)，陰燃時(shí)間為0 s，續(xù)燃時(shí)間均不超過2 s，損毀長(zhǎng)度為0～5 mm；織物水平燃燒時(shí)，火焰蔓延速率和蔓延距離均為0，織物不燃。由此可見，玄武巖長(zhǎng)絲/滌綸交織物在阻燃服裝中有一定的應(yīng)用前景。