劉 超 范永剛 趙紀(jì)衛(wèi) 史華剛 李 穎

（新型環(huán)保復(fù)合面料湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢，441002）

隨著經(jīng)濟(jì)和社會的飛速發(fā)展，影響人們生命財(cái)產(chǎn)和安全的不確定因素也在增多，尤其是在金屬冶煉、石油化工、消防救援等領(lǐng)域，阻燃隔熱防護(hù)服裝對面臨著高溫、易燃易爆和燃燒等較為惡劣工作環(huán)境的人員十分重要?？萍嫉陌l(fā)展為服裝面料的功能性改善提供了基礎(chǔ)條件，同時也對阻燃防護(hù)服的舒適性、防靜電等綜合性能提出了更高的要求，單一成分的阻燃纖維制成的面料難以滿足綜合服用性能的要求。

我們結(jié)合前人對阻燃織物的研究，在充分聽取消防、冶金等行業(yè)人員的實(shí)際體驗(yàn)和建議后，從眾多的本質(zhì)阻燃纖維和改性阻燃纖維中選取合適的搭配組合，優(yōu)選混紡比、織物組織、經(jīng)緯密等參數(shù)，開發(fā)了系列阻燃織物并測試了其相關(guān)性能，介紹如下。

1 原料的性能指標(biāo)

1.1 纖維的選擇及特性

聚酰亞胺纖維指分子主鏈上含有聚酰亞胺環(huán)的一類高分子聚合物，綜合性能優(yōu)異，具有突出的隔熱、耐高溫性以及優(yōu)秀的機(jī)械性能。

芳綸1313即聚間苯二甲酰間苯二胺，具有優(yōu)異的耐熱性以及優(yōu)良的高溫下尺寸穩(wěn)定性、電絕緣性，玻璃化溫度為270℃，在350℃以下不會發(fā)生明顯的分解和炭化；當(dāng)溫度超過400℃時，纖維逐漸發(fā)脆、炭化直至分解，但不會產(chǎn)生熔滴。

芳綸1414即聚對苯二甲酰對苯二胺，主鏈結(jié)構(gòu)具有高度的規(guī)則性，大分子呈十分伸展的狀態(tài)，具有耐高溫、防火、耐化學(xué)腐蝕及優(yōu)異的力學(xué)性能和耐疲勞性；熱穩(wěn)定性好，在150℃下不收縮，在260℃下仍可保持原強(qiáng)度的65%。

阻燃腈綸、阻燃錦綸、阻燃維綸是在紡絲原液中混入新型氮磷系膨脹阻燃劑，通過紡絲制成阻燃改性纖維，在保留了原纖維強(qiáng)力、伸長和可紡性的基礎(chǔ)上大大改善了纖維的阻燃性能。

阻燃粘膠是以纖維素為載體，加入新型硅氮系長效阻燃劑后實(shí)現(xiàn)阻燃改性，其干濕強(qiáng)力和回潮與普通粘膠無異，可與任意比例的棉、麻和化學(xué)纖維混紡，改善織物的服用舒適性［1］。

1.2 纖維的主要指標(biāo)

選用的各纖維物理性能指標(biāo)見表1。

表1纖維的物理性能指標(biāo)

由表1可以看出，芳綸1313、芳綸1414、聚酰亞胺和阻燃錦綸66都具有優(yōu)異的力學(xué)性能，芳綸1414的斷裂強(qiáng)度最高，達(dá)到了16.38 cN/dtex，阻燃錦綸66的斷裂伸長率最大，達(dá)到了43.27%。纖維質(zhì)量比電阻在1.0×107Ω?g/cm2以上，在生產(chǎn)加工過程中經(jīng)過反復(fù)摩擦易產(chǎn)生靜電，造成纖維條、粗紗等半制品發(fā)毛、卷繞成形不良、紗線毛羽增加等問題；從表1可以看出，僅阻燃粘膠的質(zhì)量比電阻相對較小，不易產(chǎn)生靜電。因此，采用以上纖維加工制成的成品服裝面料多次摩擦后容易起靜電，吸附大量灰塵，不耐臟。在石油化工等特殊的工作場合，靜電現(xiàn)象嚴(yán)重時，衣服表面聚集大量電荷，靜電壓較高，一旦產(chǎn)生放電和火花，易造成火災(zāi)和爆炸等極端后果。

極限氧指數(shù)表示纖維材料的燃燒難易程度，極限氧指數(shù)小于22%的材料屬于易燃材料，極限氧指數(shù)在22%至27%之間的材料屬可燃材料，極限氧指數(shù)大于27%的材料屬難燃材料。從表1中可以看出，阻燃腈綸和阻燃粘膠的極限氧指數(shù)相比其他纖維較小，但是均超過了27%；聚酰亞胺的阻燃性能最好，極限氧指數(shù)超過了38%［2］。

纖維的力學(xué)性能和阻燃性是織物各項(xiàng)物理指標(biāo)和阻燃性能的基礎(chǔ)，首先要選擇合適的纖維原料，然后再進(jìn)行紗線和織物規(guī)格的設(shè)計(jì)。

2 紗線和織物規(guī)格的設(shè)計(jì)

2.1 紗線規(guī)格和質(zhì)量指標(biāo)以及分析

根據(jù)面料的服用性和阻燃性能設(shè)計(jì)紗線的規(guī)格，同時兼顧不同纖維原料的可紡性和成本。我們設(shè)計(jì)了4組紗線，每組紗線有兩種規(guī)格。其中，A1紗線為芳綸1313/阻燃粘膠/阻燃錦綸66 60/30/10 17.4 tex×2環(huán) 錠 紡 股線，A2紗 線為芳綸1313/阻燃粘膠/芳綸1414 60/30/10 17.4 tex×2環(huán)錠紡股線，B1紗線為阻燃粘膠/芳綸1414/阻燃錦綸66/導(dǎo)電纖維63/23/12/2 17.4 tex×2環(huán)錠紡股線，B2紗線為阻燃粘膠/芳綸1414/阻燃錦綸66 65/25/10 34.8 tex環(huán)錠紡單紗，C1紗線為阻燃粘膠/阻燃腈綸/萊賽爾/導(dǎo)電纖維45/40/13/2 14.8 tex×2環(huán)錠紡股線，C2紗線為阻燃粘膠/阻燃腈綸/JC/導(dǎo)電纖維45/40/13/2 14.8 tex賽絡(luò)集聚紗，D1紗線為阻燃粘膠/阻燃維綸/芳綸1414 50/40/10 17.4 tex×2環(huán)錠紡股線，D2紗線為阻燃粘膠/聚酰亞胺/芳綸1414 50/40/10 17.4 tex×2環(huán)錠紡股線。

經(jīng)過小批量試紡、批量生產(chǎn)等階段后，按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行紡紗，紡紗完成后測試每種紗線的指標(biāo)，具體見表2。

表2紗線的質(zhì)量指標(biāo)

由表2可以看出，雖然A1紗和A2紗中芳綸1313和阻燃粘膠的占比相同，捻度和細(xì)度也相同，但A2紗的斷裂強(qiáng)力比A1紗的斷裂強(qiáng)力大；這是因?yàn)锳2紗線中有10%的芳綸1414，而A1紗中含有10%的阻燃錦綸66。對比B1和B2紗線可以發(fā)現(xiàn)，雖然紗線號數(shù)相同，但環(huán)錠紡股線的強(qiáng)力高于環(huán)錠紡單紗的強(qiáng)力。在8組紗線中，A2紗的強(qiáng)力最高，C1紗和C2紗沒有含有芳綸和聚酰亞胺等強(qiáng)力較高的纖維，成紗強(qiáng)力指標(biāo)較差。

2.2 織物規(guī)格的設(shè)計(jì)

為便于對比分析不同原料和規(guī)格織物的性能差異，結(jié)合纖維和紗線的種類以及混紡比、斷裂強(qiáng)力等指標(biāo)，前述8種紗線分別作經(jīng)緯紗生產(chǎn)了對應(yīng)的8種織物，即紗線A1作經(jīng)緯紗生產(chǎn)織物A1，紗線A2作經(jīng)緯紗生產(chǎn)織物A2，以此類推。設(shè)計(jì)的8種織物規(guī)格見表3。

表3織物設(shè)計(jì)規(guī)格

3 織造過程中的生產(chǎn)技術(shù)

3.1 絡(luò)筒蒸紗

生產(chǎn)中所使用的纖維，如芳綸1313、芳綸1414、聚酰亞胺等高性能纖維，纖維彎曲模量大，生產(chǎn)的股線在絡(luò)筒后、整經(jīng)前要進(jìn)行真空調(diào)濕定形，并放置24 h后再使用。其目的是減小紗線內(nèi)部應(yīng)力，避免在整經(jīng)過程中出現(xiàn)小辮子紗而影響后道工序及布面質(zhì)量［3］。使用AOSMART 1200型真空調(diào)濕定形機(jī)，蒸紗定捻主要工藝參數(shù)：定捻溫度85℃，持續(xù)時間25 min，壓力1.8 MPa。

3.2 整經(jīng)工序

采用KY6081型高速分批整經(jīng)機(jī)。本次生產(chǎn)的織物防靜電處理方式有兩種，一種是將適量的導(dǎo)電纖維與其他纖維進(jìn)行混和；導(dǎo)電纖維含量在2%左右其織物便可獲得良好的導(dǎo)電性能（導(dǎo)電纖維與其他纖維混和均勻是關(guān)鍵）［4］。另一種方式是在織物中每隔一定根數(shù)的經(jīng)紗加一根導(dǎo)電絲，經(jīng)紗與導(dǎo)電絲按照規(guī)定比例排列，布面上每20 mm有一根導(dǎo)電絲，導(dǎo)電絲在整經(jīng)工序上紗前要做好排列。本文以織物D2為例，介紹生產(chǎn)工藝。整經(jīng)工序經(jīng)軸設(shè)計(jì)生產(chǎn)10個，分A紗和B紗兩種紗線，A紗為阻燃粘膠/聚酰亞胺/芳綸1414 50/40/10 17.4 tex×2股線，B紗是10.2 tex導(dǎo)電絲，前9個 軸 為A紗，662根×9個，第10個 軸為（A紗+B紗），具體為（652A+72B），經(jīng)軸中間的經(jīng)紗每隔9根A紗排列1根B紗，邊部紗線按照順序排列，整經(jīng)工序?qū)щ娊z排列如圖1所示。其中，紅色方塊表示B紗，乘號方塊表示A紗。在生產(chǎn)第10個經(jīng)軸時，下軸前要使用絞線將導(dǎo)電絲分開，便于漿紗過程對導(dǎo)電絲分開處理。

3.3 漿紗生產(chǎn)過程

漿紗工序使用HS40型漿紗機(jī)。漿料配方：12.5 kg PVA 1799，62.5 kg磷酸酯淀粉，15 kg丙烯酸，3 kg抗靜電劑DH-KP，3 kg滲透劑JFC。調(diào)漿體積850 L，漿液含固量8.1%，漿液黏度6.0 s～7.5 s，上漿率7.5%～8.0%。由于經(jīng)紗的強(qiáng)力較高，可滿足織造拉伸強(qiáng)力需求，因此漿紗重點(diǎn)是貼伏紗線表面毛羽，避免布面棉球疵點(diǎn)。在漿紗起機(jī)后，需要在漿紗機(jī)車頭筘齒前用標(biāo)尺將導(dǎo)電絲按照2 cm的距離分開，避免在穿筘工序因排列不整齊而導(dǎo)致絞頭嚴(yán)重影響織機(jī)織造。

3.4 織造生產(chǎn)過程

采用ZAX-E型噴氣織機(jī)生產(chǎn)。根據(jù)經(jīng)紗的特性和織物設(shè)計(jì)特點(diǎn)，織造過程中首先要確?？椏谇逦浯我乐箤?dǎo)電絲外漏、雙緯、緯縮等織疵。對開口時間、綜框高度、織機(jī)車速以及后梁高度、停經(jīng)架高度等工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，使產(chǎn)品風(fēng)格飽滿，質(zhì)量和開臺效率達(dá)到最佳［5］。

開口時間初始設(shè)置為290°，根據(jù)品種的不同和實(shí)際織造情況可做3°～5°微調(diào)，以改善緯紗入口處經(jīng)紗的開口不良，保證織物風(fēng)格。第1頁至第4頁綜框高度依次為47 mm、63 mm、63 mm、63 mm，第1頁較其他綜框高度低16 mm，有利于織口穩(wěn)定、振動減小。

后梁高度50 mm，前后1格。為了防止導(dǎo)電絲外漏，采用特殊的穿綜方式。地組織中有導(dǎo)電絲的每筘3入，無導(dǎo)電絲的每筘2入；邊組織每筘3入。第一頁綜框穿導(dǎo)電絲，可以使相鄰的經(jīng)紗較好地包裹導(dǎo)電絲，也有利于解決導(dǎo)電絲外漏問題。

4 織物主要指標(biāo)的測試分析

4.1 主要物理指標(biāo)的測試及分析

將下機(jī)后的面料進(jìn)行性能指標(biāo)的測試。按照GB/T 3923.1—2013《紡織品 織物拉伸性能第一部分：斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率的測定條樣法》與GB/T 12703—2009《紡織品 靜電性能的評定 第2部分：電荷面密度》，對8種織物的經(jīng)緯向斷裂強(qiáng)力和電荷面密度進(jìn)行了測試，結(jié)果見表4。

表4織物物理性能指標(biāo)測試

由表4可以知道，在組織結(jié)構(gòu)和經(jīng)緯密相近的情況下，經(jīng)緯紗的強(qiáng)力指標(biāo)對面料的經(jīng)緯向斷裂強(qiáng)力起到主要的影響作用；使用芳綸1313、芳綸1414、聚酰亞胺等高強(qiáng)度纖維后，顯著增加了織物的強(qiáng)力，因此織物A1和織物A2的經(jīng)緯向斷裂強(qiáng)力指標(biāo)最好。阻燃粘膠、萊賽爾和棉纖維在織物中的混和比例越大，織物的斷裂強(qiáng)力下降越多，因此織物C1和織物C2的經(jīng)緯向斷裂強(qiáng)力較其他織物小。GA 10—2014《消防員滅火防護(hù)服》對外層材料的經(jīng)、緯向干態(tài)斷裂強(qiáng)力要求不應(yīng)小于650 N；對照表4可以看出，除織物C1和織物C2外，其他織物都滿足此要求。

面料的防靜電性方面，經(jīng)緯紗中加入導(dǎo)電纖維或者在織物中加入適當(dāng)比例的導(dǎo)電絲，可以有效改善織物的防靜電性能。GB/T 12703.2—2009《紡織品 靜電性能的評定 第2部分：電荷面密度》中規(guī)定，耐久性防靜電織物的電荷面密度不超過7.0μC/m2。除織物A1、織物A2和織物B2外，使用導(dǎo)電纖維或者導(dǎo)電長絲的其他5種織物防靜電性能均符合該指標(biāo)，可以適用于作業(yè)時靜電易聚集電荷而引起燃爆的相關(guān)行業(yè)和領(lǐng)域的防護(hù)服裝［6］。

4.2 主要阻燃性能指標(biāo)的測試及分析

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(xù)燃時間的測定》要求，對8種織物水洗12次后的經(jīng)、緯向阻燃性能進(jìn)行測試，結(jié)果見表5。

表5織物阻燃性能測試結(jié)果

由表5的測試結(jié)果可以看出，織物A1、織物A2和織物D2的續(xù)燃時間在8種面料中表現(xiàn)較好，織物C1和織物C2中不含芳綸和聚酰亞胺等高性能纖維，阻燃續(xù)燃時間均超過了19 s，陰燃時間和損毀長度方面較其他織物有明顯差別。這說明高性能阻燃纖維在織物中起到主要作用，其含量越高，織物的阻燃性能表現(xiàn)越好［7］。8種織物的燃燒狀態(tài)都為炭化，未出現(xiàn)熔融、滴落現(xiàn)象。按照GB/T 17591—2006《阻燃織物》中的阻燃防護(hù)服用織物的B1級性能要求：損毀長度≤150 mm，續(xù)燃時間≤5 s，陰燃時間≤5 s，無熔融、滴落現(xiàn)象；織物A2和織物D2均可滿足該標(biāo)準(zhǔn)的要求，具有較好的阻燃性能［8］。

5 結(jié)語

基于多年生產(chǎn)阻燃防護(hù)織物的生產(chǎn)實(shí)踐，我們開發(fā)了系列阻燃織物，并對含有不同阻燃纖維的織物經(jīng)緯向斷裂強(qiáng)力、防靜電性能和阻燃性能進(jìn)行了測試和對比分析。結(jié)果表明：紗線中使用一定比例的導(dǎo)電纖維或者在織造過程中加入導(dǎo)電絲可以有效改善織物的防靜電性能；芳綸1313、芳綸1414和聚酰亞胺等高性能阻燃纖維在織物中比例的增加會明顯改善織物阻燃性能。根據(jù)測試的阻燃性能數(shù)據(jù)，可以將符合國家標(biāo)準(zhǔn)的織物應(yīng)用到不同領(lǐng)域，滿足高溫、易燃易爆等工作環(huán)境對阻燃防護(hù)織物的要求。