消防服用棉型阻燃織物的風格測試與分析

李 龍，李 健，趙永旗，楊建忠，楊 柳

(1.陜西中天火箭技術股份有限公司，陜西西安710025;2.西安工程大學紡織與材料學院，陜西西安710048)

隨著科技的進步和我國對于特殊行業工作人員的人身安全的重視，阻燃纖維及阻燃織物種類日漸增多，阻燃劑的創新，后整理技術的改進，及各種材料的混紡、交織，阻燃織物的風格也在不斷變化［1］。織物風格與服裝的服用性能息息相關，并且影響相關部門選擇防護服產品適用性的評定［2］。美國消防安全協會(NFPA)的規范 NFPA—1971與歐洲標準規范EN—469，均要求熱防護服必須由四層組成，即防火外層、防水透濕層、隔熱防火層、舒適層。其中，防水透濕層為層壓于外層阻燃棉織物上的聚四氟乙烯(PTFE)膜，層壓過程中需用一定量的粘合劑將阻燃棉織物與PTFE膜進行粘合，如層壓后使得織物變得僵硬則會對消防作業中消防員活動造成阻礙，甚至拖延作業時間危及到消防員生命安全。因此，對防水透氣層進行彎曲性能的測試十分必要。舒適層即內層是最貼近服用者皮膚一層，在服用期間與服用者皮膚進行數次接觸與摩擦，因此需要對舒適層進行表面摩擦性能測試。作者通過選取外層用覆膜棉型阻燃織物和舒適層用棉型阻燃織物各3種，運用KES-FB織物風格儀進行織物風格的測試與分析，對消防服用阻燃織物的風格進行了評價。

1 實驗

1.1 試樣

阻燃織物面料:外層為阻燃棉織物，防水透濕層為層壓于阻燃棉織物上的PTFE膜，舒適層用阻燃織物為經過阻燃整理的棉織物或嵌入防靜電絲的織物，其織物規格如表1所示，均由上海伊貝娜紡織品有限公司提供。

表1 試樣的基本規格Tab.1 Specification of samples

1.2 儀器

KES-FB-AUTO-A織物風格儀:多臺多指標式的織物風格測試系統，系統分為拉伸、剪切試驗儀，純彎曲試驗儀，壓縮性試驗儀和表面性能試驗儀 4 臺試驗主機［4－5］，日本 KATO 公司制。

1.3 實驗方法

測試方法按照 FZ/T01054.1—1999《織物風格試驗方法總則》，試樣在溫度為(20±3)℃、相對濕度為(65±3%)的標準環境條件下預調濕48 h 后進行測試，試樣大小為 20 cm ×20 cm［2，6］。

拉伸性能:將一定尺寸的試樣在低應力下拉伸(試樣受到的最大負荷為490 cN/cm)，記錄拉伸循環中負荷-變形曲線，根據該拉伸曲線計算出拉伸性能指標［6］。

剪切性能:將試樣一端固定，另一端向與固定端相平行的方向移動，使試樣受到剪切力作用，測定單位寬度試樣上承受的剪切力與剪切變形角度的關系。

彎曲性能:首先向面料正面彎曲，曲率從0增加到2.5，而后變形回復到初始狀態(曲率為0)，再向面料的反面彎曲到曲率－2.5后，變形回復到初始狀態，則得到試樣的彎曲性能相關指標。

壓縮性能:將織物試樣平放在載物臺上，壓頭以勻速緩慢下降，垂直壓縮試樣表面，通過力傳感器及X-Y記錄儀，測得相關曲線［7］。

表面摩擦性能:用兩個測頭聯合測試面料的表面性能。第一個測頭稱為摩擦子，其模仿人的指紋由10根0.5 mm的細鋼絲排成的一個平面，測試時該平面與試樣表面在一定壓力作用下相對滑動，測得動摩擦系數曲線;第二測頭為一個矩形環，測試時矩形環在一定壓力作用下與面料接觸，并且沿環平面的垂直方向與面料發生相對運動，測得織物厚度(T)隨位移(x)的變化曲線［8］。

2 結果與討論

2.1 拉伸性能

由表2可看出，3#試樣的拉伸線性度(LT)均小于1#，2#試樣，說明覆膜阻燃帆布面料比棉錦面料和防撕裂織物柔軟。2#試樣的拉伸功(WT)明顯小于1#和3#試樣，說明覆膜阻燃防撕裂面料在抗變形能力上有明顯的優勢。而無覆膜面料中，6#試樣的LT明顯小于4#與5#試樣，因此未做阻燃后整理的全棉防靜電面料手感最為柔軟，而全棉阻燃防靜電面料與全棉阻燃面料的LT差異并不明顯。5#的拉伸功回復率(RT)最大，說明未嵌入防靜電金屬絲的全棉阻燃面料的彈性最好。在覆膜面料中，2#試樣的拉伸延伸率(EMT)稍小些，說明覆膜阻燃防撕裂棉面料的抗變形能力較好;而無覆膜面料中，5#試樣的EMT小于同組其它試樣，說明全棉阻燃面料具有良好的抗變形能力。

表2 試樣的拉伸性能Tab.2 Tensile properties of samples

2.2 剪切性能

由表3可見:在覆膜面料中，3#織物的剪切剛度(G)較大，說明阻燃帆布的抗剪切變形能力較強，即在面料搬運、制衣以及服用過程中不易產生緯斜和弓斜［9］;而無覆膜面料中，4#試樣的G最大，即全棉阻燃防靜電面料的抗剪切變形能力最強;而G最小的6#試樣懸垂性最好;對于覆膜面料，3#試樣的剪切變形角度0.5°下剪切滯后矩(2HG)最大，2#試樣的其次，1#試樣的較小，說明阻燃帆布面料的剪切回復性相對較差;但1#試樣的G也最小，說明覆膜棉錦阻燃面料的回復能力較好，且懸垂性最好。

表3 試樣的剪切性能Tab.3 Shearing properties of samples

2.3 彎曲性能

由表4可見，覆膜面料中3#試樣的平均彎曲剛度(B)較小，1#試樣的B與2#試樣的相接近，因此阻燃帆布面料手感相對較為柔軟，懸垂性好。3#試樣的彎曲滯后矩(2HB)數值稍大，說明阻燃帆布面料最有身骨，但彎曲變形后的回復能力相對較差。

表4 試樣的彎曲性能Tab.4 Bending properties of samples

無覆膜面料中，6#試樣的B均比4#，5#試樣的小，即全棉防靜電面料最為柔軟。若后續研究中，外層及隔熱層選取阻燃性能較好的材料(如聚對苯撐苯并二噁唑纖維織物作為外層，芳綸1313作隔熱層)［10］，可考慮用全棉防靜電面料作為內層以提高穿著舒適度。

從表4還可以看出，覆膜織物試樣的B，2HB整體高于無覆膜織物試樣，且其B與2HB呈正相關，即B越大2HB亦越大。一般情況下，在織物紗支與組織相同時，織物越緊密，織物的B和2HB相對越大。

2.4 壓縮性能

由表5可見，對于覆膜面料，3種織物的壓縮線性度(LC)差異不大，但1#和3#試樣的壓縮功(WC)大于2#試樣，說明阻燃棉錦與阻燃帆布的蓬松度要比阻燃防撕裂棉面料好;3#試樣壓縮回復率(RC)最大，說明阻燃帆布壓縮彈性最好，織物有良好豐厚感;6#試樣的WC大于4#、5#試樣，即未做阻燃后整理的全棉防靜電面料的蓬松度最好。而蓬松度越好，織物中的空氣層越厚，在火場中，空氣層可有效減緩熱量傳遞速度，因此織物的蓬松度好，對于阻燃效果會有一定的提高。5#試樣的穩定厚度(TM)及表觀厚度(T0)均為同組最小，其TM及T0分別為 0.291，0.569 mm，說明5#試樣較為輕薄。

表5 試樣的壓縮性能Tab.5 Compressive property of samples

2.5 表面摩擦性能

由表6可見，3種覆膜織物的摩擦因數平均差不勻率(MMD)差異不大;2#試樣表面粗糙度(SMD)小于1#和3#試樣，說明阻燃防撕裂棉面料的手感最細膩、滑糯;而無覆膜面料中，3種織物的MMD與SMD差異不大;而6#試樣的平均摩擦系數(MIU)小，因此全棉防靜電面料較其他兩種面料更為細膩。

表6 試樣的表面摩擦性能Tab.6 Surface friction properties of samples

3 結論

a.作為消防服中的防水透濕層，覆膜阻燃帆布具有良好的拉伸性能，面料較為柔軟且有身骨，彈性好，有較強的抗拉伸、剪切變形的能力。其中3#試樣覆膜阻燃帆布的織物風格最適合應用于消防服面料。

b.無覆膜面料中，未做阻燃后整理的6#試樣的服用性能佳，手感柔軟，壓縮彈性與豐厚感均優于其他兩種面料。阻燃后整理對于織物手感及彈性有一定的影響。

c.若后續研究時，建議外層及隔熱層選取阻燃性能較好的材料(如聚對苯二撐苯并二噁唑纖維織物作為外層，芳綸1313作隔熱層)，可考慮用全棉防靜電面料作為內層以提高穿著舒適度。

［1］ 王冬青.阻燃整理對純棉與純滌綸織物性能影響的研究［D］.青島:青島大學，2012.

［2］ 金艷蘋，陳曉琳，唐潔芳，等.阻燃織物的風格測試與分析［J］.浙江理工大學學報，2013，30(3):298.

［3］ 喻方莉，張建春.防護服對消防員傷害和舒適性的影響［J］.中國個體防護裝備，2001(2):15 －19.

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［7］ 郭玉鳳.Taly纖維結構性能及其加工技術的相關性研究［D］.上海:東華大學，2009.

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