阻燃纖維混紡紗的紡制及其織物性能評價

齊杏杏 黃筑玉 王詩潔 郭 瀅 朱 軍

（南通大學，江蘇南通，226019）

在各類火災救援過程中穿著合適的熱防護服可以保護人體免受或者少受傷害，從而為人提供寶貴的反應時間。熱防護服可以避免人體皮膚與金屬熔融噴濺物、火焰等直接接觸，隔絕傷害源并減弱外界傳遞到人體的熱量，從而起到熱防護作用［1?3］。常用于阻燃防護服面料的纖維主要有芳綸、阻燃粘膠、腈氯綸、阻燃滌綸等。目前，服裝的熱防護性能的評估主要是采用織物熱防護性能測評和燃燒假人系統測評。其中，織物熱防護服性能測評是將熱防護織物暴露在熱流量可控的模擬火場，通過放置在織物后面的熱流傳感器測量皮膚達到二度燒傷所需的時間，用該條件下所采用的熱流量與燒傷時間的乘積表征織物的熱防護性能（Thermal Protective Performance，以 下 簡 稱TPP值）［4?5］。TPP值越高，織物的隔熱性能越好。本文采用芳綸1313、阻燃粘膠和腈氯綸，在環錠紡紗系統上紡制不同混紡比的紗線并進行織造，分析不同混紡比及其織物力學性能和熱防護性能。

1 試驗

1.1 纖維原料及紗線準備

試驗所用的芳綸1313 細度1.66 dtex，長度51 mm，斷裂強度3.94 cN/dtex，斷裂伸長率27.6%，回潮率6.28%。阻燃粘膠細度2.22 dtex，長度51 mm，斷裂強度2.5 cN/dtex，斷裂伸長率15%，回潮率10%。腈氯綸細度1.66 dtex，長度38 mm，斷裂強度3.2 cN/dtex，斷裂伸長率25%，回潮率2%。

試驗設計了5 種不同混紡比。混紡比1 為芳綸1313/阻燃粘膠57/43；混紡比2 為芳綸1313/阻燃粘膠40/60；混紡比3 為芳綸1313/阻燃粘膠/腈氯綸32/43/25；混紡比4 為芳綸1313/阻燃粘膠/腈氯綸25/43/32；混紡比5 為芳綸1313/阻燃粘膠/腈氯綸17/43/40。

按不同混紡比將纖維稱重混和，經FKW?350HS 型微型開清聯合機、FB201A 型梳棉機、FA305C 型并條機（兩道）和FA422 型粗紗機后，在EJM128K 型細紗機上紡紗，單紗線密度為21 tex。細紗工序設計5 種捻系數，分別為300、320、340、360、380。考慮到最終產品用途，每種混紡比都取斷裂強度最大的一組單紗在DSD?01型數字式并紗機上并線合股，最終的股線用于后道織造。為保證股線強力，股線與單紗捻系數比值為 1.414 倍，捻向相反，即 S 捻。在 Y200S 型電子織機織造，每種股線均織平紋和一上二下左斜紋（以下簡稱斜紋）試樣，筘號60 齒/10 cm。

1.2 試驗方法

所有紗線和織物樣品在測試前均在標準溫濕度條件下，即溫度（20±2）℃、相對溫度（65±2）%平衡24 h。采用100 m 稱重法，測試3 次，確定紗線的實際線密度；采用退捻加捻法，在Y331N 型紗線捻度機上測試實際捻度，測試10 次；在YG061 型電子單紗強力儀上測試紗線斷裂強度、斷裂伸長率，夾持長度為500 mm，拉伸速度為500 mm/min，測試 20 次；在 Y171L/PC 型紗線毛羽測試儀上測試毛羽，以3 mm 毛羽表征毛羽指標，每次測10 m，每種樣品測10 次。織造完成后，使用YG142 型測厚儀測試織物厚度，每塊布樣測5 次，求平均值；在 YG（B）461E 型數字式織物透氣性能測試儀上測試織物透氣性，測試5 次；采用Instron 型萬能材料試驗機測試織物拉伸斷裂性能，試樣尺寸5 cm×25 cm，夾持間距為20 cm，拉伸速度為150 mm/min，經緯向各測試3 次；采用RFH?Ⅲ型熱防護性能測試儀測定織物的TPP值，每種試樣測試3 次。

2 測試結果與討論

2.1 紗線性能測試與分析

不同混紡比及捻度時單紗的斷裂強度測試結果如圖1 所示。5 種單紗實測線密度及其股線的性能測試結果見表1。其中，實測單紗線密度偏差及其捻度偏差均較小，實測捻度略小于設計捻度，這與機械加捻效率及捻度分布不勻有關。

圖1 不同混紡比及捻度下單紗的斷裂強度

表1 5 種單紗實測線密度及其股線的性能

由圖1 可知，混紡比相同時，對混紡比1 和混紡比2 來說，捻度對單紗的斷裂強度影響不是很大，但對其他三種混紡比的成紗斷裂強度的影響卻比較明顯；這主要是因為混紡比3、混紡比4 和混紡比5 中添加了纖維長度相對較短的腈氯綸。同樣捻度條件下，混紡比1 的單紗斷裂強度普遍較高，主要因為纖維強度較高的芳綸1313 含量比較高。雖然阻燃腈氯綸的斷裂強度尚可，但長度較短，而長度達51 mm 的阻燃粘膠斷裂強度又比較小，最終無論是芳綸1313 與阻燃粘膠混和，還是兩者與阻燃腈氯綸混和成紗，隨著芳綸1313 含量的增加，成紗斷裂強度明顯增加，而混紡比5 中含有的腈氯綸最多，因此成紗斷裂強度最低。混紡比3、混紡比4 和混紡比5 的單紗斷裂強度相差相對較小。考慮到產品性能需求，我們主要關注成紗斷裂強度，因而最終選擇每個混紡比中平均斷裂強度最高的一組紗進行合股織造，即混紡比1 和混紡比3 選擇340 捻系數的紗，其他三個混紡比選擇360 捻系數的紗。

2.2 織物性能測試結果與分析

2.2.1 織物的厚度、經緯密和透氣性

表2 為不同織物的厚度、經密緯密和透氣率的測試結果。由表2 可以看出，相同混紡比的股線在同樣的織造工藝下得到的斜紋織物實測厚度和經密緯密均比平紋織物的略大，斜紋織物的透氣率則明顯大于平紋織物的透氣率。這是因為平紋織物中紗線間的交織點多，在織物經密緯密相差不大的情況下，平紋織物顯得較為緊密。

2.2.2 織物的拉伸性能

圖2 和圖3 分別給出了不同混紡比的平紋和斜紋織物經緯向斷裂強力測試結果。織物的斷裂強力與織物組織、經密緯密以及經緯紗的斷裂強度都有關系。結合圖1、圖2 和圖3 可以看出，織物組織相同時，不同混紡比的織物經緯向斷裂強力變化趨勢都與其紗線的斷裂強度變化趨勢相似，芳綸1313 含量較高的混紡比1 織物斷裂強力最大，混紡比5 的織物斷裂強力最小，與其他三個混紡比織物斷裂強力的差異也較明顯，且經向斷裂強力普遍都比緯向的大，混紡比1 的織物經向斷裂強力最大。另外，對同一混紡比，平紋織物的斷裂強力明顯比斜紋的高。

圖2 平紋織物的斷裂強力

表2 不同混紡比織物的厚度、經密緯密和透氣性測試結果

2.2.3 織物的TPP值

圖4 為不同混紡比的平紋和斜紋織物的TPP值測試結果。TPP值越大，表明試樣熱防護性能越好。從圖4 可看出，同一混紡比時，斜紋織物的TPP值都比平紋的大，說明斜紋織物具有更好的熱防護性能。同種織物組織、不同混紡比織物相比較時，都是混紡比3 的TPP值最大，混紡比5 的TPP值最小。整體來看，含腈氯綸的混紡比3、混紡比4 比只含芳綸1313 和阻燃粘膠的試樣具有更好的熱防護性能，腈氯綸含量較高的混紡比5 最差。實際測試中發現，含腈氯綸的試樣在TPP值測試后布面都無明顯破損現象，而不含腈氯綸的試樣都出現了較嚴重的破損現象，如圖5 所示。

圖4 織物的TPP 值

圖5 測試后的部分試樣

3 結論

采用芳綸1313、阻燃粘膠和腈氯綸為原料紡制了5 種混紡比的紗線，并織成平紋和斜紋試樣。通過測試分析成紗及其織物的主要性能指標，可以得出以下結論。

（1）不同混紡比、相同織物組織時，織物經向斷裂強力普遍都比緯向的大，織物的經緯向斷裂強力變化趨勢都與紗線的斷裂強度變化趨勢相似，即隨著芳綸1313 含量降低而降低，混紡比1 的斷裂強力最大，混紡比5 的最小，其他3 種的差異較小，這與單紗的斷裂強度變化趨勢一致。另外，相同混紡比時，平紋織物的斷裂強力明顯高于斜紋織物。

（2）相同混紡比時，斜紋織物的TPP值都比平紋的大，說明斜紋織物具有更好的熱防護性能。不同混紡比比較時，無論平紋還是斜紋織物，混紡比3 試樣的TPP值均為最大。

（3）在同樣條件下所得的斜紋織物實測厚度和經密緯密比平紋略大，透氣性更好。