聚酰亞胺消防服外層織物的性能測(cè)試

付立凡 謝春萍 劉新金 蘇旭中 樂榮慶

(1.江南大學(xué)，江蘇無(wú)錫，214122；2.南通雙弘紡織有限公司，江蘇南通，226000)

聚酰亞胺因其優(yōu)異的性能被廣泛應(yīng)用于航空航天等領(lǐng)域[1-2]。一直以來(lái)，聚酰亞胺由于其昂貴的價(jià)格，導(dǎo)致在紡織服裝領(lǐng)域中很少有應(yīng)用[3]。2011年，江蘇連云港奧神新材料有限公司采用東華大學(xué)的干法紡絲技術(shù)，使聚酰亞胺實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，聚酰亞胺的應(yīng)用也得到了快速的發(fā)展[4]。近年來(lái)，我國(guó)消防服行業(yè)存在兩方面不足。一方面，消防服領(lǐng)域中，低端產(chǎn)品為主戰(zhàn)市場(chǎng)。雖然我國(guó)的消防服行業(yè)已初具規(guī)模，但產(chǎn)品單一，多為防火性能較差、舒適性不高的阻燃后整理材料生產(chǎn)的低端消防服。中高端產(chǎn)品主要靠進(jìn)口，高端產(chǎn)品技術(shù)含量高，企業(yè)能力不足或不愿承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行研發(fā)。另一方面，與國(guó)外成熟商品相比，國(guó)內(nèi)消防服產(chǎn)品的品牌效應(yīng)不足，從而造成國(guó)內(nèi)消防服發(fā)展緩慢，產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力不足[5]。

近兩年，東華大學(xué)通過對(duì)聚酰亞胺的紡紗階段、組織結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及后整理等方面研究[6]，開發(fā)了滅火消防服外層織物。江蘇連云港奧神集團(tuán)有限公司也曾對(duì)聚酰亞胺進(jìn)行過研究，針對(duì)其優(yōu)異的熱學(xué)性能和良好的可紡性，進(jìn)行滅火消防服外層面料的開發(fā)[7]。利用聚酰亞胺生產(chǎn)消防服外層面料不僅具有纖維自身性能的天然優(yōu)勢(shì)，也能促進(jìn)我國(guó)滅火消防服行業(yè)的發(fā)展。

本文在聚酰亞胺純紡紗技術(shù)成熟的基礎(chǔ)上，參考滅火防護(hù)服行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的性能要求，設(shè)計(jì)開發(fā)滅火消防服外層面料[8-9]。首先使用聚酰亞胺14.8 tex紗生產(chǎn)織物，對(duì)其性能進(jìn)行測(cè)試分析，針對(duì)其性能缺陷，改變紗線線密度和織物組織，開發(fā)了另外兩款織物。

1 試驗(yàn)設(shè)備與試驗(yàn)方法

1.1 織物拉伸斷裂強(qiáng)力試驗(yàn)

使用YG026C型電子織物強(qiáng)力試驗(yàn)機(jī)，參考GB/T 3923.1—2013《織物拉伸性能 斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率的測(cè)定》。儀器設(shè)置參數(shù)：隔距200 mm，拉伸速度20 mm/min，預(yù)加張力2 N。織物經(jīng)、緯向裁剪成長(zhǎng)×寬300 mm×50 mm的條形片段。采用扯邊紗條樣法。

1.2 織物撕裂強(qiáng)力試驗(yàn)

采用YG026C型電子織物強(qiáng)力試驗(yàn)機(jī)，參考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》。儀器設(shè)置參數(shù)：隔距25 mm，拉伸速度100 mm/min，選擇合適的負(fù)荷范圍。織物經(jīng)、緯向裁剪成長(zhǎng)×寬150 mm×75 mm的條形片段，采用梯形撕破的試驗(yàn)方法對(duì)織物的經(jīng)緯向進(jìn)行撕破強(qiáng)力測(cè)定，每種樣布做5組試驗(yàn)，結(jié)果取平均值。

1.3 織物耐磨性試驗(yàn)

使用Y522型織物耐磨儀。試驗(yàn)中，將每種織物均裁剪成5塊直徑90 mm的試驗(yàn)樣布，通過稱量試驗(yàn)前后織物質(zhì)量，計(jì)算磨損質(zhì)量減少百分率。儀器設(shè)置參數(shù)：兩個(gè)250 g加壓重錘，碳化砂輪選用A150，圓盤速度70 r/min。

1.4 織物保暖性試驗(yàn)

使用YG606型織物保暖性試驗(yàn)儀，參考GB/T 11048—1989《紡織品保暖性能的試驗(yàn)方法》。試驗(yàn)中，將每種織物裁剪成長(zhǎng)×寬30 cm×30 cm各1塊，按照試驗(yàn)流程分別對(duì)織物樣布進(jìn)行測(cè)試，每組做3次，結(jié)果取平均值。

1.5 織物透氣性試驗(yàn)

使用YG461E-2型織物透氣儀，參考GB/T 5453—1997《紡織品 織物透氣性的測(cè)定》。使用的織物透氣儀是測(cè)量在一定壓力差下，單位時(shí)間通過織物的空氣量，推求織物的透氣性。儀器設(shè)置參數(shù)：測(cè)試壓差200 Pa，測(cè)試面積20 cm2。對(duì)每組織物測(cè)試10組，結(jié)果取平均值。

1.6 織物透濕性試驗(yàn)

使用YG601-Ⅱ型電腦式織物透濕儀測(cè)定織物在恒定的水蒸氣下，規(guī)定時(shí)間內(nèi)通過單位面積織物的水蒸氣質(zhì)量，以此判定織物透濕性，參考GB/T 12704—1991《織物透濕量測(cè)定方法 透濕杯法》。儀器設(shè)置參數(shù)：溫度38 ℃，相對(duì)濕度90%，樣品為直徑70 mm的樣布，每個(gè)樣品準(zhǔn)備3組，測(cè)試結(jié)果取平均值。

1.7 垂直燃燒法試驗(yàn)

使用YG815型垂直法織物阻燃性能測(cè)試儀。織物裁剪成長(zhǎng)×寬300 mm×80 mm的條形樣布，分別對(duì)洗滌前后的樣布進(jìn)行阻燃性能測(cè)試，結(jié)果取5次測(cè)試的平均值。

2 聚酰亞胺平紋織物的性能測(cè)試

使用聚酰亞胺14.8 tex紗進(jìn)行平紋織物的開發(fā)，織物經(jīng)密488根/10 cm，緯密315根/10 cm，對(duì)織物的力學(xué)性能、熱學(xué)性能以及服用性能等進(jìn)行測(cè)試。經(jīng)測(cè)試，織物經(jīng)向拉伸斷裂強(qiáng)力584.45 N，緯向拉伸斷裂強(qiáng)力505.8 N；織物經(jīng)向撕裂強(qiáng)力39.17 N，緯向撕裂強(qiáng)力28.56 N；耐磨性試驗(yàn)中，織物質(zhì)量減少率0.58%，磨盤轉(zhuǎn)數(shù)152 r；織物保溫率41.37%，克羅值0.3；織物透濕率9 511.7 g/(m2·d)，織物透氣率345.2 mm/s；織物在阻燃測(cè)試中表現(xiàn)出了優(yōu)異的阻燃性能，洗滌前織物經(jīng)向損毀長(zhǎng)度11.37 mm，緯向損毀長(zhǎng)度13.67 mm，洗滌后織物經(jīng)向損毀長(zhǎng)度13.14 mm，緯向損毀長(zhǎng)度15.38 mm，試驗(yàn)過程中織物續(xù)燃時(shí)間和陰燃時(shí)間都為0 s。

分析以上結(jié)果認(rèn)為，該聚酰亞胺平紋織物的力學(xué)性能較差，不能滿足滅火消防服行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)織物拉伸強(qiáng)力大于650 N、撕裂強(qiáng)力大于100 N的要求。在阻燃性能測(cè)試中發(fā)現(xiàn)，該織物的損毀長(zhǎng)度較短，續(xù)燃時(shí)間和陰燃時(shí)間都是0 s，表明該織物的阻燃性能較優(yōu)異。為此，我們從兩方面對(duì)織物進(jìn)行改進(jìn)，一方面提高織物紗線線密度，另一方面改善織物組織結(jié)構(gòu)，以提高織物力學(xué)性能[10]。

3 聚酰亞胺織物的優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1 織物規(guī)格

我們?cè)谛涌棛C(jī)上分別紡制了聚酰亞胺29.6 tex平紋織物(以下簡(jiǎn)稱織物A)、聚酰亞胺14.8 tex×2平紋織物(以下簡(jiǎn)稱織物B)以及聚酰亞胺14.8 tex×2四上四下方平織物(以下簡(jiǎn)稱織物C)。三種織物經(jīng)密均為315根/10 cm，緯密均為276根/10 cm。織物A、織物B和織物C的厚度依次為0.34 mm、0.35 mm、0.42 mm，單位面積質(zhì)量依次為190.55 g/m2、183.27 g/m2、192.43 g/m2。織物單位面積質(zhì)量采用EL204型電子天平稱量，織物厚度采用YG141型織物厚度儀測(cè)試。

3.2 織物性能測(cè)試

3.2.1 織物拉伸斷裂強(qiáng)力

經(jīng)測(cè)試，織物A、織物B和織物C的經(jīng)向拉伸斷裂強(qiáng)力分別為844.86 N、989.16 N和1 205.13 N；緯向拉伸斷裂強(qiáng)力分別為649.13 N、831.71 N和1 098.37 N。從測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出，三種織物的拉伸斷裂強(qiáng)力都滿足了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。

可以分析：相對(duì)于織物A，織物B和織物C的拉伸斷裂強(qiáng)力更加優(yōu)異，一方面由于單紗的條干均勻度不及雙股線，另一方面由于其緯向織物密度相比經(jīng)向小很多，所以單紗織物的斷裂強(qiáng)力相對(duì)較低，其緯向拉伸斷裂強(qiáng)力稍低于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。從織物B和織物C的斷裂強(qiáng)力測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出，其拉伸斷裂的力學(xué)性能已經(jīng)完全滿足了滅火消防服外層織物的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，這與雙股線較高的紗線強(qiáng)力以及良好的條干均勻度有很大關(guān)系；同織物A對(duì)比，其拉伸斷裂強(qiáng)力優(yōu)勢(shì)明顯。另外，織物C的特殊組織結(jié)構(gòu)使得其拉伸斷裂強(qiáng)力比織物A和織物B也有著較大的提高。

3.2.2 織物撕破強(qiáng)力

經(jīng)測(cè)試，織物A、織物B和織物C的經(jīng)向撕破強(qiáng)力分別為62.86 N、69.10 N和112.38 N，緯向撕破強(qiáng)力分別為39.18 N、58.13 N和108.21 N。可以看出，織物A和織物B的經(jīng)向、緯向撕破強(qiáng)力數(shù)據(jù)均不能滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.2.3 織物耐磨性

經(jīng)測(cè)試，三種織物均未出現(xiàn)破洞，僅有部分纖維出現(xiàn)斷裂。每組樣布做5次試驗(yàn)，結(jié)果取平均值。結(jié)果顯示，織物A、織物B和織物C的平均質(zhì)量減少率依次為0.40%、0.49%和0.51%，磨盤轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)依次為439 r、410 r和325 r。

織物A和織物B磨損所需要的平均磨盤轉(zhuǎn)數(shù)差別不大，相比于織物C的耐磨次數(shù)要大很多。這是由于，織物C的表面暴露纖維更加松散，組織交織沒有平紋織物緊密，所以織物C的耐磨性有所降低。

3.2.4 織物保暖性試驗(yàn)

三種織物的保暖性測(cè)試結(jié)果平均值見表1。

表1織物的保暖性測(cè)試表

試樣保溫率/%熱傳系數(shù)/W·(m2·℃)-1克羅值織物A織物B織物C51.2539.9542.3814.6423.1417.530.440.380.45

從表1可以看出，三種織物的保暖性均較好。查找相關(guān)資料，以常見服裝的織物保暖性克羅值數(shù)據(jù)作為參考，一般外套的克羅值在0.18～0.37之間。從表1可以看出，三種織物的克羅值均處于0.3以上，表明其保暖性良好，而織物A和織物C因其厚度原因，其保暖性能更好。

3.2.5 織物透氣性

經(jīng)測(cè)試， 織物A透氣率190.2 mm/s，織物B透氣率512.3 mm/s，織物C透氣率324.8 mm/s。可以看出，三種織物的透氣率相差較大。一般來(lái)講，紗線線密度越小，織物經(jīng)緯密越大，透氣率越小；另外，不同的組織結(jié)構(gòu)也會(huì)對(duì)織物的透氣率有較大的影響。

3.2.6 織物透濕性

試驗(yàn)測(cè)試要求稱重時(shí)精確至0.001 g，每個(gè)樣品稱量時(shí)間不超過30 s。計(jì)算公式：織物每平方米每天的透濕量WVT=24×△m/St，其中S為試樣試驗(yàn)面積，t為試驗(yàn)時(shí)間，△m為同一試驗(yàn)組合體兩次稱量之差。經(jīng)計(jì)算，織物A透濕量8 577.9 g/(m2·d)，織物B透濕量9 172.4 g/(m2·d)，織物C透濕量9 002.58 g/(m2·d)。三種織物的透濕性數(shù)據(jù)差別不是很大，織物B的透濕性能相對(duì)較好一點(diǎn)，織物A的最差。

3.2.7 垂直燃燒法

作為滅火消防服外層織物，最重要的要求在于其阻燃性能。查閱相關(guān)文獻(xiàn)得知，聚酰亞胺屬于不可燃纖維[11]。考慮到成衣后，織物結(jié)構(gòu)及織造過程中的處理對(duì)織物阻燃性能造成的影響，有必要對(duì)織物進(jìn)行阻燃性能測(cè)試。

試驗(yàn)過程中，將三種織物均裁剪成長(zhǎng)×寬300 mm×80 mm的條狀樣布，分別對(duì)洗滌前后的樣布進(jìn)行阻燃性測(cè)試。結(jié)果顯示：織物A、織物B和織物C洗滌前的經(jīng)向損毀長(zhǎng)度依次為7.91 mm、6.27 mm和5.38 mm，洗滌后的經(jīng)向損毀長(zhǎng)度分別為8.24 mm、8.10 mm和6.35 mm；洗滌前的緯向損毀長(zhǎng)度分別為9.13 mm、9.07 mm和6.17 mm，洗滌后的緯向損毀長(zhǎng)度分別為11.29 mm、10.26 mm和9.13 mm。三種織物洗滌前后的續(xù)燃時(shí)間和陰燃時(shí)間都為0 s。

從以上結(jié)果可以看出，三種織物都屬于不可燃織物。在測(cè)試階段，三種織物都沒有熔融、滴落現(xiàn)象，均滿足滅火消防服的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)阻燃指標(biāo)。可以看出，織物B的燃燒損毀長(zhǎng)度不論是洗滌前還是洗滌后，都較織物A偏短一點(diǎn)；這是因?yàn)閮煞N織物的線密度雖然接近，織物緊度也相似，但雙股線毛羽較少，紗線條干均勻度好，所以織物B的阻燃性能略優(yōu)于織物A；織物C由于其特殊的方平組織結(jié)構(gòu)，使其織物厚度最大，且織物也是由毛羽更少的雙股線織造，因此其燃燒后的織物損毀長(zhǎng)度更小，因此織物C的阻燃性能最好。

4 結(jié)論

(1)力學(xué)性能測(cè)試中，織物A和織物B均滿足了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的織物拉伸斷裂強(qiáng)力要求，但撕破強(qiáng)力性能都不能滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求；織物C的強(qiáng)力性能均能滿足滅火消防服外層織物的要求，但耐磨性較織物A和織物B稍差。

(2)保暖性測(cè)試結(jié)果表明，三種織物的克羅值均在0.3以上，其保暖性良好；織物C厚度最大，其保暖性能更加優(yōu)異；透氣性試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表明，織物C的透氣性最好；透濕性試驗(yàn)結(jié)果表明，三種織物的透濕性能一般，差異不大。

(3)垂直燃燒法測(cè)試結(jié)果表明，織物C因?yàn)榉狡浇M織結(jié)構(gòu)的原因，其燃燒的損毀長(zhǎng)度最小，織物A和織物B的燃燒損毀長(zhǎng)度大致接近。