織物規格對熱防護織物性能的影響

朱 雯 唐 虹 張成蛟 孫啟龍

（1.南通大學，江蘇南通，226019；2.安全防護用特種纖維復合材料研發國家地方聯合工程研究中心，江蘇南通，226019）

消防、石油化工、電力等行業的作業人員面臨的高溫高熱環境復雜多變，火焰、高溫、沖擊波及有毒氣體易透過服裝使工作人員的身體受到大面積燒傷甚至喪失生命，給個人、家庭、企業和社會造成巨大的損失。熱防護服裝作為最有效的功能防護裝備，對保護相關作業人員的生命安全及提高作業效率有著十分重要的作用［1?5］。

目前，關于熱防護服裝的性能研究多針對其熱防護性能，但織物開發使用過程中其性能受多重因素影響［6］。其中，混紡紗中各纖維的混紡比和織物單位面積質量的組合作用對織物熱防護性能的影響有必要進行系統研究。本研究制備了16種熱防護面料，系統研究了4種紗線混紡比和4種單位面積質量的織物透氣性能、力學性能、阻燃性能和熱防護性能，為開發高品質熱防護織物提供參考。

1 試驗

1.1 織物規格

熱防護面料采用芳綸1313、阻燃粘膠、芳綸1414和導電纖維混紡紗織造而成，混紡紗混紡比有4種，分別為93/0/5/2、70/23/5/2、46/47/5/2和23/70/5/2。芳綸1313可以提高面料的強度，保證其優良的熱穩定性和阻燃性能；阻燃粘膠舒適耐用，可以提高織物的舒適性；芳綸1414熱穩定性良好，可以減少織物的熱收縮率；導電纖維可以消除織物上積聚的靜電。

紗線線密度有兩種，分別為16.9 tex×2和22.7 tex×2。織物單位面積質量有4種，分別為180 g/m2、210 g/m2、240 g/m2、270 g/m2。為研究原料配比及單位面積質量對織物熱防護性能的影響規律，在相同織造工藝下制備了共計16種熱防護織物，具體規格見表1。其中，同一編號的織物經緯紗相同，均為2合股紗線；混紡比中a表示芳綸1313，b表示阻燃粘膠，c表示芳綸1414，d表示導電纖維。

表1 熱防護織物規格

1.2 織物性能測試

按照GB/T 5453—1997《紡織品 織物透氣性的測定》，采用YG（B）461E型數字式織物透氣性能測定儀測試。試樣面積20 cm2，壓強100 Pa，同一織物不同位置測試5次，結果取平均值。

力學性能主要通過拉伸性能和撕破性能表征。采用YG?026D型多功能電子織物強力機測試。拉伸性能按照GB/T 3923.1—2013《紡織品織物拉伸性能第2部分：斷裂強力和斷裂伸長率的測定（條樣法）》，試樣尺寸200 mm×50 mm，每塊試樣經緯向各測試5塊，結果取平均值。撕破性能測試按照GB/T 3917.3—2009《紡織品 織物撕破性能第3部分：梯形試樣撕破強力的測定》，試樣尺寸200 mm×50 mm，每塊試樣經緯向各測試5塊，結果取平均值。

按照GB/T 5455—2014《紡織品 燃燒性能垂直方向損毀長度、陰燃和續燃時間的測定》測試，每塊試樣經緯向各測試3塊，記錄陰燃時間、續燃時間和損毀長度，結果取平均值。

按照GA 10—2014《消防員滅火防護服》，采用熱防護性能測試儀測試。試樣尺寸150 mm×150 mm，每塊試樣測試5塊，記錄熱流量值和達到二級燒傷時間，計算T P P值。T P P值=熱流量值×達到二級燒傷時間。測試結果取平均值。

2 測試結果與討論

2.1 透氣性能

透氣性能對熱防護面料的舒適性有很重要的影響，16種織物的透氣性能測試結果見圖1。

圖1 各熱防護織物透氣性對比

由圖1可知，在原料配比不變的條件下，隨著單位面積質量的增加，熱防護織物的透氣性能總體呈現下降趨勢；這是因為隨著織物單位面積質量的增加，單位面積內織物中的纖維含量增加，織物緊度增加，空氣不易透過織物，從而使透氣性能降低；當織物單位面積質量為240 g/m2時，織物的透氣性有所增加，這是因為織物的經密、緯密減小，織物間孔隙增大；另外，在織物單位面積質量相同條件下，隨著芳綸1313含量的降低，熱防護織物的透氣性能沒有明顯的變化趨勢。

2.2 力學性能

力學性能是研究熱防護織物的重要性能。本研究對熱防護織物的拉伸性能和撕破性能進行了測試，結果見圖2和圖3。

圖3 各熱防護織物撕破強力對比

由圖2可知，在原料配比不變的條件下，隨著單位面積質量的增加，熱防護織物的斷裂強力增加，這是因為隨著單位面積質量增加，單位長度內承受拉伸的紗線增加，從而使拉伸性能提高。另外，在單位面積質量不變的條件下，隨著芳綸1313含量的降低，熱防護織物的斷裂強力也有所降低，這是因為芳綸1313具有優異的力學性能，隨著芳綸1313含量的減少，織物的強力降低，從而使拉伸性能減弱。

圖2 各熱防護織物斷裂強力對比

由圖3可知，在原料配比不變的條件下，隨著單位面積質量的增加，熱防護織物的經向撕破強力不斷增加，緯向撕破強力先增加后減小。這是因為隨著單位面積質量增加，織物越緊密，從而使撕破性能提高，織物的緯向撕破強力在單位面積質量240 g/m2時達到最大；另外，在單位面積質量不變的條件下，隨著芳綸1313含量的降低，熱防護織物的撕破強力也隨之降低。這是因為隨著芳綸1313含量的減少，織物的強力降低，從而使撕破性能減弱。

2.3 阻燃性能

16種熱防護織物的阻燃性能測試結果見表2。由表2可以看出，16種熱防護織物都不存在續燃、陰燃現象，而且損毀長度遠小于150 mm。在原料配比不變的條件下，隨著單位面積質量的增加，織物的損毀長度沒有明顯的變化趨勢；但是，在織物單位面積質量不變的條件下，隨著芳綸1313含量的降低，織物的損毀長度有所增加，這是因為芳綸1313的阻燃性能遠好于阻燃粘膠等纖維；芳綸1313含量越高，熱防護織物高溫下形成的碳化層越緊密，碳化物越容易附著在織物上，可以阻止空氣和易燃氣體的進入，從而提高織物的阻燃性能［7］。

表2 各熱防護織物阻燃性能測試結果

2.4 熱防護性能

熱防護性能是指透過織物引起人體二度燒傷的熱能值。熱防護性能的T P P值越高，織物的熱防護性能就越強。16塊熱防護織物的T P P值測試結果見圖4。

由圖4可見，在原料配比不變的條件下，隨著單位面積質量的增加，熱防護織物的T P P值增加，這是因為隨著單位面積質量增加，單位面積織物中紗線增加，熱量不易透過織物對人體造成傷害，故熱防護性能提高。另外，在單位面積質量不變的條件下，隨著芳綸1313含量的降低，熱防護織物的T P P值也有所降低，這是因為隨著芳綸1313含量的減少，織物的耐高溫性能降低，碳化層結構比較稀疏，不能很好地阻擋熱輻射和熱能傳導，增加了反饋給織物的熱量［8］。

圖4 各熱防護織物的T P P值對比

3 雙因素方差分析

為了進一步評估原料配比和單位面積質量對熱防護織物性能影響的重要程度，采用雙因素方差分析原料配比及單位面積質量對透氣性能、力學性能、阻燃性能及熱防護性能指標的影響顯著水平。當P值小于0.001時，該因素有極顯著影響；當P值小于0.01時，該因素有顯著影響；當P值小于0.05時，該因素有影響。結果表明：織物的原料配比對織物的拉伸性能、撕破性能、緯向損毀長度以及熱防護性能有極顯著影響，對經向損毀長度有顯著影響；織物的單位面積質量對織物的透氣性能、拉伸性能以及熱防護性能有極顯著影響，對織物的撕破性能以及緯向損毀長度有顯著影響。

4 結論

本研究對原料配比和單位面積質量不同的16種熱防護織物的透氣性能、力學性能、阻燃性能和熱防護性能進行了測試分析，并采用雙因素方差分析法探討了原料配比和單位面積質量對其性能的影響，得到以下結論。

（1）單位面積質量對熱防護織物的透氣性能有極顯著影響，這是因為隨著單位面積質量的增加，織物的緊度增加，空氣不易透過織物；原料配比對織物的透氣性能沒有顯著影響。

（2）原料配比對熱防護織物的拉伸性能和撕破性能都有極顯著影響，這是因為隨著芳綸1313混紡比的增加，織物的強力明顯增加；單位面積質量對熱防護織物的拉伸性能有極顯著影響，對撕破性能有顯著影響，這是因為隨著單位面積質量增加，織物的緊密程度增加，強力增大。

（3）原料配比對熱防護織物的損毀長度有極顯著影響，這是因為隨著芳綸1313混紡比的增加，織物燃燒形成的碳化層更緊密，附著在織物上不易脫落，進而阻止了空氣和易燃氣體的進入；單位面積質量對熱防護織物的經向損毀長度沒有顯著影響，但是對緯向損毀長度有顯著影響；原料配比及單位面積質量對熱防護織物的續燃時間和陰燃時間沒有影響。

（4）原料配比和單位面積質量對熱防護織物的熱防護性能都有極顯著影響，這是因為織物的單位面積質量越大，單位面積織物內紗線越多，織物越緊密，熱量不易透過織物；當芳綸1313混紡比增加，織物高溫下形成的碳化層更緊密，能很好地阻擋熱輻射和熱傳導。