用于工業防護服的進口和國產芳綸水刺非織造布的性能對比分析

2014-01-15 10:02:46嘉興學院材料與紡織工程學院嘉興314001

產業用紡織品 2014年9期

錢程 (嘉興學院材料與紡織工程學院，嘉興，314001)

芳綸1313大分子由間苯二胺和間苯二甲酰氯縮聚而成［1］，是由酰胺橋鍵連接芳基所構成的線性大分子，其晶體中的氫鍵在兩個平面內排列成三維結構，這種強烈的氫鍵作用使其化學結構異常穩定［2］，賦予了芳綸1313優越的耐熱性、高強力、阻燃性和耐化學腐蝕等性能［3］，因而廣泛用于制作電子與通信行業的電絕緣防護服、爐前工作服、防輻射工作服及高壓屏蔽服等一系列工業防護服領域［4-5］。

芳綸1313在20世紀60年代末由美國杜邦公司首先實現商業化生產，現全球產能已超過3.7萬t/a。國外代表性生產企業主要有杜邦公司，產能約為全球總產能的75% 以上。我國在20世紀60年代初也開始了研究性開發，至今產能已超過1.1萬t/a，生產企業主要有煙臺氨綸、廣東彩艷和蘇州圣歐［6-7］。芳綸1313的大分子鏈呈柔性結構，其模量與常規的聚酯和聚酰胺相當，現已以芳綸1313為原料成功地開發出芳綸水刺非織造布。芳綸水刺非織造布具有質量輕、表面整齊均勻、強力高、耐高溫和電絕緣性能好等諸多優勢［8-9］。為此，本文針對用于工業防護服的進口和國產芳綸及其水刺非織造布的性能進行了測試和初步對比分析。

1 試驗部分

1.1 材料

試驗所用國產和進口芳綸的長度為38 mm，線密度為 1.67 dtex。1#、2#、3#和 4#樣品對應的芳綸商品名分別為Nomex、Huvis、紐士達和彩芳斯。其中，1#和2#為進口芳綸，3#和4#為國產芳綸。

1.2 芳綸水刺非織造布的制備

芳綸水刺非織造布的制備工藝如下：

芳綸原料→開松→混合→梳理成網→交叉鋪網→多輥牽伸→圓鼓水刺→后整理→穿透烘干→成卷→分切→成品。

1.3 儀器設備和試驗方法

1.3.1 纖維橫截面

采用Y172型哈氏切片器制作纖維截面切片，用LLY-27型纖維細度分析儀觀察并拍攝纖維截面照片。

1.3.2 纖維強伸特性

采用LLY-06電子單纖維強力儀，按照標準GB/T14337—2008測試纖維的拉伸性能。

1.3.3 芳綸非織造布力學性能

采用YG(B)026H-250型電子織物強力機，按照標準FZ/T60005—1991測試芳綸水刺非織造布的力學性能。

1.3.4 芳綸非織造布水洗縮率

剪取10 cm×10 cm的非織造布樣品5塊，使用YG701D型全自動織物縮水率試驗機，依據標準ISO 6330—2000在60℃水溫條件下測試，按照公式(1)計算樣品的縮水率。每一種樣品測試5塊，取平均值。

1.3.5 芳綸非織造布熱縮率

剪取10 cm×10 cm的非織造布樣品5塊，用DHG-9075A型鼓風干燥機測試樣品的熱縮率。烘箱溫度為180℃，樣品置于烘箱內5 min，取出樣品冷卻30 min后，分別測量熱收縮處理前、后樣品的縱向和橫向長度，按照公式(2)計算熱收縮率。每一種樣品測試5塊，取平均值。

1.3.6 芳綸非織造布介電常數

剪取直徑為28 mm的芳綸水刺非織造布圓片，用夾具夾緊，采用WCJSTD-A型介質損耗及介電常數測試儀(0.1 μH～1 H，共7檔，頻率調整范圍25 kHz～10 MHz)，測試樣品的電容量，并按照公式(3)和公式(4)計算介電常數和介電損耗角正切。

式中：C——樣品的電容量(pF);

C1——未放樣品時的測量電容;

C2——放樣品時的測量電容;

ε——介電常數;

d——樣品厚度(mm);

φ——樣品直徑(mm)。

式中：tg δ——介電損耗角正切;

Q1——未放樣品時測量的電感;

Q2——放樣品時測量的電感。

1.3.7 芳綸非織造布擊穿電壓強度

選用CS2671型耐壓測試儀，根據標準GB/T3333—1999在交流電壓條件下，采用連續快速升壓的方式對樣品施加工頻電壓，測試芳綸水刺非織造布樣品發生擊穿時的電壓，然后按照公式(5)計算：

式中：E——測試樣品的電壓擊穿強度(kV/mm);

V——擊穿電壓(V)。

2 結果與討論

2.1 芳綸的截面特征

圖1 是在顯微鏡下觀察到的 1#、2#、3#和 4#樣品的橫截面形態。

圖1 在顯微鏡下觀察到的芳綸橫截面

從圖1可以看出，1#和4#樣品橫截面呈腰圓形，2#和3#樣品橫截面呈圓形，均屬于實心體。這是由于芳綸屬于液晶紡絲，其表層與內層結構基本沒有差異，即沒有明確的表層結構。很明顯，腰圓形截面纖維的比表面積要大于圓形截面纖維，增加了纖維間的覆蓋能力。一方面，在織造加工過程中因截面異形化增加了纖維間的抱合力，更容易獲得高強力的非織造布;另一方面，由于纖維截面的異形結構，會在非織造布中形成較多的孔隙，因而能提高服用透氣性。此外，由于纖維截面呈非圓形態，會在布面產生獨特的反光效應［10］，這就是1#和4#樣品具有較好光澤的緣故。

2.2 芳綸的強伸特性

四種芳綸樣品的強伸性能測試結果見表1。

從表1可以看出，四種芳綸樣品斷裂強度的排序是1#＞3#＞2#＞4#。纖維的強度是表示其堅牢耐用程度的重要指標，這一結果表明1#樣品更能承受后續非織造加工中受到的機械作用。表1還顯示四種芳綸樣品均有較高的斷裂伸長率。斷裂伸長率反映了纖維的柔韌性，在合理范圍內其值大，所制成的非織造布具有較柔軟的手感，在后續加工時可以更好地緩沖所受到的外力。斷裂比功是量度纖維韌性的指標，可以有效評定纖維的強韌性和耐磨性，斷裂比功大的纖維材料承受沖擊破壞的能力強。表1顯示出四種芳綸樣品斷裂比功的排序是1#＞3#=4#＞2#，表明進口芳綸1#樣品具有較好的承受沖擊破壞的能力。

表1 四種芳綸拉伸性能測試結果

2.3 芳綸水刺非織造布的性能

2.3.1 基本性能

根據表1的測試結果，選擇1#和3#芳綸分別制備水刺非織造布，編號為5#和6#樣品。

對5#和6#兩種芳綸水刺非織造布的厚度、斷裂性能和撕破性能分別進行測試，結果見表2。

表2 芳綸水刺非織造布的基本性能

從表2可以看出，無論是縱向(MD)還是橫向(CD)，與6#樣品相比，5#樣品具有較好的斷裂強力和撕破強力。主要原因是5#樣品采用的原料1#芳綸強力高于6#樣品的原料3#芳綸。

2.3.2 水洗縮率和熱收縮率

兩種芳綸水刺非織造布的水洗縮率和熱縮率測試結果見表3。

從表3可知：5#芳綸水刺非織造布橫向未發現任何縮水跡象，6#芳綸非織造布的橫向縮水率為0.12%，也比較小;6#樣品的縱向縮水率比5#樣品大32.1%;兩種芳綸水刺非織造布的縱向縮水率相對橫向要大，可能的原因是在生產芳綸水刺非織造布過程中，經過交叉鋪網后，縱向又經過了多級小倍數牽伸，纖維沿縱向滑移量要大于纖維之間橫向產生的滑移，因而在經過水洗后發生縮水現象，部分纖維滑移區會產生回縮，導致縱向縮水率大于橫向縮水率。水洗縮率越小表示產品的洗后變形越小，所以5#芳綸水刺非織造布的尺寸穩定性好于6#芳綸水刺非織造布。

表3 芳綸水刺非織造布水洗縮率和熱縮率測試結果

從表3可以看出，5#樣品的橫向熱縮率為0.23%，縱向收縮率為0.59%，6#樣品橫向和縱向熱縮率分別比5#樣品大73.9%和23.7%，說明國產芳綸非織造布的熱收縮率大于進口芳綸非織造布。主要原因可能是在紡絲成形工藝中，為改善纖維的力學性能，受到了比較強烈的拉伸作用，在纖維內殘留了過多的內應力，當纖維遇到熱作用時就會產生明顯收縮。表3還顯示，兩種樣品的縱向熱收縮率均大于橫向，推測其原因與水洗縮率一樣，是因為縱向施加了多級小倍率牽伸。

2.3.3 介電性能

兩種芳綸水刺非織造布的介電性質測試結果見表4。

表4 芳綸水刺非織造布介電性質

從表4可以看出，5#和6#樣品具有近似的介電常數、介質損耗因數和介電強度。介電常數是衡量介電現象強弱的物理量，是指芳綸水刺非織造布在外加電場作用下，內部分子形成電極化的現象，表示其在電場中貯存靜電能的相對能力。測得的介電常數越大，芳綸水刺非織造布的絕緣能力越強［11-12］。介電強度是所制備的樣品作為絕緣體時的電強度的量度，是當樣品發生擊穿時的電壓除以測試樣品的厚度得到電壓擊穿強度，表示了單位厚度承受的最大電壓。介電強度越大，樣品作為絕緣體的質量越好［13］。因此，5#和6#樣品具有相近的電氣絕緣性能。