V. Mane, M.Y. Gudiyawar

D.K.T.E.S紡織工程學(xué)院(印度)

聚丙烯織物的熱性能與阻燃性能

V. Mane, M.Y. Gudiyawar

D.K.T.E.S紡織工程學(xué)院(印度)

摘要：聚丙烯(PP)的熱性能很差，很多研究都致力于提高其熱性能。采用空氣噴射變形機將PP長絲與黏膠長絲進行混紡，將混紡后的紗線制成織物，并對織物的耐熱性和阻燃性進行研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：通過與黏膠長絲混紡，可以提高PP的導(dǎo)熱性能；以黏膠為皮層、PP為芯層的紗線的耐熱性也較PP有所提高；與黏膠長絲混紡后,PP的阻燃性能略有提高。

關(guān)鍵詞：聚丙烯；黏膠；混紡絲；熱性能；阻燃性能

服裝熱阻是用以度量服裝阻礙穿著者體內(nèi)熱量散失到外界環(huán)境中的一種物理量，它受多種影響因素(如服裝熱阻、皮膚與服裝間的空氣層，以及織物內(nèi)層與外層間的空氣層等)綜合作用的影響?？椢锏臒嶙杌蚨嗷蛏倥c其厚度成正比。近年來，空氣變形聚丙烯(PP)長絲因其功能與經(jīng)濟上的優(yōu)勢引起研究者的廣泛興趣。PP織物在紡織業(yè)中廣泛應(yīng)用。但PP的主要缺點是熱穩(wěn)定性、吸濕性與染色性差，并且其織物的折皺回復(fù)性差。為了克服這些缺點，嘗試將PP纖維與其他纖維混紡，這不僅可提高PP織物的舒適性，還能提高其熱穩(wěn)定性。阻燃織物要考慮難燃性和自熄性兩方面。當(dāng)受到過熱或火焰時，這類織物應(yīng)能阻止火焰?zhèn)鞑?，而?dāng)著火時，需在離開火源后能自熄。這類織物還要求可用于熱防護領(lǐng)域，如可以阻止熱量從織物表面轉(zhuǎn)移到穿戴者身上。同時，還要求纖維在接近火焰和高溫時有一定的耐磨性。PP是近來能實現(xiàn)重要商業(yè)價值的合成纖維，在所有商用紡織纖維中PP的隔熱性最好，并且質(zhì)輕。PP纖維主要用于非織造地毯、簇絨、機織地毯、非織造衛(wèi)生材料、裝飾織物、毛毯、服裝及產(chǎn)業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域等。一般而言，PP纖維具有很好的耐酸性、耐強堿性及耐蟲性。它的低吸濕性導(dǎo)致水分的輸送速度快。PP的另一個優(yōu)點是具有多種纖維形態(tài)，包括短纖、雙組分短纖、單絲、復(fù)絲、裂膜絲、原纖化裂膜、合成紙漿等。它可以制成繩索、地毯底布、地毯面紗、裝飾布、土工布、過濾材料、園藝/農(nóng)業(yè)材料、車用織物、清理材料及一次性尿布等。

PP絲具有良好的拉伸性能和較差的熱性能。本文對PP及其混紡紗與織物的熱穩(wěn)定性和阻燃性能進行研究。主要研究PP與黏膠混紡紗及織物的生產(chǎn)，以改善PP的熱性能和阻燃性能。文中混紡紗的生產(chǎn)和研究有利于PP在地毯、家用紡織品領(lǐng)域的應(yīng)用。

1試驗

1.1材料

采用PP全拉伸絲與黏膠全拉伸絲為原材料，其規(guī)格參數(shù)如表1所示。

表1　紗線規(guī)格參數(shù)

1.2方法

1.2.1紗的生產(chǎn)

采用Himson HJT-1000型空氣噴射變形機制作如下的空氣變形紗試樣：

——100%PP空氣變形紗；

——100%黏膠空氣變形紗；

——PP(芯層)/黏膠(皮層)混紡紗；

——PP(皮層)/黏膠(芯層)混紡紗。

所有空氣變形紗試樣在紡絲速度為300 m/min、空氣壓力為0.8 MPa、每小時噴水量為1 L、加熱管溫度穩(wěn)定為100 ℃條件下制得。

所得空氣變形紗的規(guī)格參數(shù)如表2所示。

1.2.2織物的織造

通過機織工藝將上述紗線制成織物，織物的規(guī)格參數(shù)如表3所示。

表2　空氣變形紗的規(guī)格參數(shù)

1.3測試

1.3.1紗的性能

——線密度。紗線線密度的測定參照ASTM D 1907標準。

——拉伸性能。紗線拉伸性能如斷裂強度與斷裂斷裂伸長率的測試參照ASTM D 2256標準，采用Instron萬能試驗機進行測試，設(shè)定夾距為500 mm，速度拉伸為300 mm/min。

——收縮性能。紗線收縮是指紗線處于受熱且未拉伸狀態(tài)下長度的減小。在一些情況，紗線的長度會增大，稱為負收縮或拉伸。紗線的收縮率是一個很重要的參數(shù)，因為它與結(jié)晶度和取向度相關(guān)，影響紗線的加工性能。紗線收縮率的計算如式(1)所示。

(1)

式中：ε——收縮率；

L0——試樣的初始長度；

L——試樣收縮后的長度。

——物理體積。采用杜邦公司的方法(ASTM D 4031-07) 測定變形紗的物理體積。在相同應(yīng)力下，將100 g變形前后的紗線卷繞在紗管上。變形紗物理體積的計算式如式(2)和(3)所示。

(2)

(3)

式中：v——變形紗物理體積；

P1——初始紗的卷裝密度,g/cm3；

P2——變形紗的卷裝密度, g/cm3；

m2——滿管的質(zhì)量，g；

m1——空管的質(zhì)量，g；

l——紗的卷裝長度，cm；

r2——滿管的半徑，cm；

r1——空管的半徑，cm。

1.3.2織物的性能

——熱阻測試。根據(jù)ISO 11902/EN 31092標準，測試標準穩(wěn)態(tài)條件下織物的耐熱和耐水蒸氣性能(氣防護熱板法)。該方法為測試紡織原料與服裝、枕芯、睡袋、裝飾等材料的耐熱和耐水蒸氣性能提供指導(dǎo)。

——可燃性測試?？椢锏拇怪比紵郎y試參照ASTM D 568標準。將10 cm長的織物試樣放置在垂直測試儀上進行測試?？椢镌嚇右怨潭ǖ木嚯x與火焰接觸，使織物持續(xù)接觸火焰5 s，記錄織物燃燒的長度。

——面密度測試。采用克重裁切刀精確測定織物的面密度。試驗采用圓形克重裁切刀，可以切割出均勻的圓形織物?？酥夭们械肚谐龅臉颖久娣e為100 cm2。 該儀器配有4片可更換刀片及常用的切割墊。

——透氣性測試。根據(jù)ASTM D 737-04標準，采用Shirley空氣滲透性測試儀對織物試樣的透氣性進行測試。結(jié)果可用196 Pa(2 cm水壓)下每秒通過1 cm2織物的空氣的體積表示?？諝鉂B透率的計算是以196 Pa(2 cm水壓)下測試區(qū)以L/s讀取的流量值除以測試儀器的面積(5.07 cm2)得到。將平衡過的試驗試樣放置在盤子與下部夾子之間，并對織物施加足夠的應(yīng)力以消除折皺。施加足夠的壓力，防止織物滑動，阻止夾子表面的空氣泄漏。

2結(jié)果與討論

按照試驗設(shè)計，采用小樣機分別將4種空氣變形紗織制成織物試樣?？椢锏男阅苋绫?所示。

表4　織物的性能

2.1紗的性能

PP變形紗的熱性能如表2所示。不同溫度和時間對變形紗斷裂強度和斷裂伸長率的影響如表5～表7所示?？梢钥闯觯煌瑴囟群蜁r間下，變形紗的斷裂強度大不相同。這就意味著溫度對紗線的性能有一定的影響。

表5　溫度對空氣變形紗拉伸性能的影響(時間：30 min)

表6　溫度對空氣變形紗拉伸性能的影響(時間：60 min)

表7　溫度對空氣變形紗拉伸性能的影響(時間：90 min)

由試驗結(jié)果可以看出，PP及其混紡紗的斷裂強度隨著溫度的升高而減小，且以PP為芯層的混紡紗的斷裂強度較高。因此，與以PP為皮層的混紡紗相比，以PP為芯層的混紡紗具有更好的熱穩(wěn)定性。PP及其混紡紗的斷裂伸長率隨著溫度的升高而增大。紗線斷裂強度的降低和斷裂伸長率的增加，表明在較高溫度下紗線內(nèi)部無定形區(qū)域的增加。另外，紗線斷裂強度和斷裂伸長率變化在溫度為120 ℃時最為顯著。

2.2織物的性能

織物的熱收縮性能如表4所示。由表4可以看出，不同溫度下織物的熱收縮率明顯不同。PP織物及其混紡織物的熱收縮性能類似。在120 ℃時，織物具有穩(wěn)定的熱收縮性能。當(dāng)溫度高于120 ℃時，織物的熱收縮率明顯增大。

2.2.1織物的熱性能

100%PP織物的熱導(dǎo)率較低，黏膠織物的熱導(dǎo)率稍高于PP織物。而PP與黏膠混紡紗的熱導(dǎo)率較PP織物有所提高?；旒徏喼蠵P、黏膠所處位置對織物的熱導(dǎo)率也有影響?？椢镌诓煌瑴囟认碌睦煨阅苋绫?所示。

表8　溫度對拉伸性能的影響(時間：30 min)

由表8可以看出，不同溫度下，織物的斷裂強力與斷裂伸長率差異明顯。在溫度升高至80 ℃時，織物的斷裂強力和斷裂伸長率變化不明顯，但80 ℃后， 織物的斷裂強力和斷裂伸長率發(fā)生明顯變化，PP及其混紡織物的斷裂強力逐漸下降，斷裂伸長率逐漸增加。說明溫度高于80 ℃后，纖維內(nèi)的分子解取向增加。

2.2.2織物的阻燃性能

織物垂直燃燒的試驗結(jié)果如表9所示。

表9　垂直燃燒測試結(jié)果

由表9可以看出，與100%黏膠織物相比，100%PP織物的點燃時間更短，PP(芯層)/黏膠(皮層)混紡織物的點燃時間較長，與100%黏膠織物相比，100%PP織物的燃燒時間更長。含黏膠組分的PP織物的燃燒時間與100%PP織物相似。

3結(jié)論

PP空氣變形紗的斷裂強度和斷裂伸長率在溫度高于120 ℃后發(fā)生急劇變化，斷裂強度減小，斷裂伸長率增大。在溫度為140 ℃下，將PP紗加熱1 h，其將呈完全熔融態(tài)。通過與纖維素纖維(如黏膠)混紡，PP織物的熱導(dǎo)率增大。

當(dāng)溫度高于120 ℃，PP織物的熱收縮率明顯增大。隨著溫度的升高，所有PP織物的斷裂強力均減小，斷裂伸長率增大，且溫度高于80 ℃后，織物的斷裂強力和斷裂伸長率就會發(fā)生急劇變化。

鐘曉慧 譯王依民 校

Thermal and flame-resistance behavior of polypropylene fabrics

VivekMane,M.Y.Gudiyawar

D.K.T.E. Society’s Textile and Engineering Institute，Icgalkaranji/India

Abstract:Polypropylene(PP)is widely known for its poor thermal characteristics. Many attempts have been made to improve its thermal behavior. In this study, PP filament yarns were blended with viscose filament yarns using an air-jet texturing machine. The blended yarns of PP and viscose were converted into fabrics and the fabrics thermal resistance and flame-resistance characteristics were studied. It was found that the thermal conductivity of PP can be improved by blending it with viscose yarn. Thermal resistance of PP can be improved by having viscose sheath and PP core yarn. Flame-resistance of PP also can be marginally improved by blending it with viscose filament yarn.

Key words:polypropylene; viscose; blended yarn; thermal behavior; flame-resistance behavior