阻燃多層織物的設計與性能測試

高 樂 劉君妹

(1.陜西省現代建筑設計研究院，陜西西安，710048；2.河北科技大學，河北石家莊，050018)

功能性紡織品通常指常規紡織產品除具有保暖、遮蓋和美化功能之外還具有其他特殊功能的紡織品，其特殊功能主要通過使用各種功能性纖維，或對纖維、紗線、織物和紡織產品進行物理或化學的功能性加工等方法獲得[1]。目前國內外對具有防護功能性的紡織品研究比較重視，如防靜電、防電磁波輻射、防熱、阻燃等紡織品。阻燃織物由于其特有的阻燃性能，廣泛應用于很多行業和領域當中，如消防、軍事、焊工等工作用的服裝和手套。阻燃纖維是在國家“863”計劃研究成果基礎上開發的一種具有阻燃抗熔滴性能的高技術纖維新材料。目前按阻燃纖維的載體成分可分為阻燃粘膠纖維、阻燃滌綸纖維、阻燃腈綸纖維、阻燃芳綸纖維等。

在原料相同的條件下，紡織品的阻燃性能與織物的厚度、單位面積質量、織物組織等有關。當織物的厚度基本相同時，單位面積質量越大，熱阻值越大，織物的阻燃性能越好，因此織物必須具有一定的單位面積質量才能滿足軍事、消防用紡織品的要求[2]。本文開發的產品主要用于軍用手套，在滿足用戶對單位面積質量及燃燒性能要求的前提下，保證織物具有一定的舒適性。由于所要求的織物單位面積質量較大，故采用多層織物的組織結構設計方案。通過測試對比幾種織物的性能，為相關產品開發提供參考。

1 多層織物規格設計及織制

1.1 原料性能

以阻燃腈綸/棉68/32 62.5 tex紗為原料。紗線強力626.75 cN，強度10.03 cN/tex，最低強度9.37 cN/tex，斷裂伸長率10.46%，強力CV值17.0%。

1.2 織物密度的計算

在紗線線密度相同的條件下，織物的組織結構、經緯密、單位面積質量及織物厚度等均會影響織物力學性能、舒適性及阻燃性能[3]。為研究織物組織對織物性能的影響，試驗設計相同的經緯密度。緯密設計為240根/10 cm，根據用戶提出的織物單位面積質量不低于450 g/m2的要求，推算經密。經緯紗的線密度均為62.5 tex，由織物單位面積質量的計算公式可知，經密與緯密的和達到720根/10 cm才能滿足織物單位面積質量的要求，因此在確定緯密240根/10 cm條件下，經密應不小于為480根/10 cm。

1.3 織物組織的設計

試驗用原料的線密度較大，能滿足織物單位面積質量要求的單層織物的舒適性較差，故選用接結雙層和接結三層組織織物。基礎組織設計為二上二下右斜紋組織、二上二下方平組織、五枚三飛經面緞紋組織。雙層斜紋織物表里層組織均為二上二下右斜紋，表里層經緯紗排列比1∶1；雙層緞紋織物表里層組織均為五枚三飛經面緞，表里層經緯紗排列比1∶1；雙層方平織物表里層組織均為二上二下方平，表里層經緯紗排列比1∶1；三層斜紋織物表中里層組織均為二上二下右斜紋，表中里層經緯紗排列比1∶1∶1。

1.4 織物的織制

1.4.1 筘號與總經根數的計算

通過查閱資料，選擇織物的緯紗縮率4.0%，鋼筘的筘號=[經密×(1-緯紗縮率)/地經穿入數]=[480×(1-0.04)/4]=115.2(齒/10 cm)。根據實驗室現有的鋼筘筘號，最終選取筘號為118齒/10 cm。

織物在Y200S型電子小樣織機上完成織造。設計織物的幅寬20 cm，布邊組織為二上二下緯重平，每邊4根，共計8根，故每種織物的總經根數=織物幅寬×經紗密度/10+邊紗根數=20×480/10+8=968(根)。

1.4.2 織物上機設計

穿綜圖采用分區穿的方式，4種織物的上機圖如圖1～圖4所示。

圖1 斜紋雙層織物上機圖

圖2 方平雙層織物上機圖

圖3 緞紋雙層織物上機圖

圖4 斜紋三層織物上機圖

1.5 織物的實際規格

織造完成后，首先測試了織物的實際經緯密和單位面積質量。按照GB/T 3820—1997《紡織品和紡織品厚度的測定》，利用YG141型織物厚度儀測試各種織物厚度。測試結果見表1。

由表1可知，織物的經緯密與設計的誤差不大，4種織物單位面積質量均能滿足用戶要求。

表1多層織物的實際規格

織物種類經密/根·(10 cm)-1緯密/根·(10 cm)-1織物厚度/mm單位面積質量/g·m-2雙層斜紋織物雙層緞紋織物雙層方平織物三層斜紋織物4864704885042682482642821.8891.6741.7631.978469452466478

2 織物的性能測試

根據GB/T 3923.1—1997《織物斷裂強力和斷裂伸長率的測定》、GB/T 3923.2—1997《織物斷裂強力和斷裂伸長率的測定》，采用YG028A型織物拉伸測試儀測試織物的強伸性能。試樣規格150 mm×50 mm，拉伸速度200 mm/min。

根據GB/T 4802.1—2008《紡織品 織物起毛起球性能的評定 第一部分：圓軌跡法》，采用YG522型織物耐磨儀測試織物的起毛起球性能。試樣規格D140 mm，砂輪型號A-280型，選擇125 cN的壓力加壓，設定摩擦圈數300圈。

根據GB/T 5453—1997《紡織品 織物透氣性的測定》，采用YG461E/Ⅱ型數字式透氣量儀對織物透氣性能進行測試。試樣面積20 cm2,壓差設定100 Pa，透氣量設定200 mm/s。

根據GB/T 10297—2015《非金屬固體材料導熱系數的測定 熱線法》，采用TC3000E型便攜式導熱系數儀測試織物的熱傳導性能。試樣厚度≥0.3 mm，邊長≥25 mm，每塊樣品的質量小于1 kg。

根據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》，采用YG(B)D-Ⅰ型織物阻燃性能測試儀測試織物的阻燃性能。試樣規格300 mm×89 mm，剪取試樣時距布邊至少100 mm，測量損毀長度選用340.2 g的重錘。

3 結果與討論

3.1 強伸性能

各織物強伸性能測試結果見表2。由表2可知，在織物經緯密和基本相同的條件下，三層斜紋織物斷裂強力最大，與雙層方平織物的斷裂強力接近，但斷裂伸長率最小。這是由于三層織物在表組織和中組織、中組織和里組織之間都有接結點，其接結點的數量為雙層斜紋和雙層方平的兩倍，因此三層斜紋織物的斷裂強力最大，但也導致三層斜紋織物的斷裂伸長率最小。雙層織物中，雙層方平織物與雙層斜紋的強伸性較接近，均比雙層緞紋織物大很多，這是因為雙層緞紋織物的浮長線最長，經緯紗線之間的交織次數最少，因而斷裂強力最小，除此之外，雙層斜紋和雙層方平織物的接結點數量比雙層緞紋織物多，導致雙層緞紋織物的斷裂強力最小。

表2織物強伸性能測試結果

織物種類斷裂強力/N斷裂伸長率/%拉伸長度/mm雙層斜紋織物雙層緞紋織物雙層方平織物三層斜紋織物1 022.3 610.01 264.01 313.661.644.969.943.030.222.536.221.5

3.2 織物耐磨性

手套類產品經常與周圍的接觸物產生摩擦，導致磨損甚至損壞，其耐磨性對使用壽命必然有影響，所以檢測其耐磨性還是非常有必要的[4]。4種織物磨損前后的質量損失率見表3。

表3織物耐磨性能的測試結果

織物種類測試前質量/g測試后質量/g質量損失率/%雙層斜紋織物雙層緞紋織物雙層方平織物三層斜紋織物5.5574.3235.3936.2735.5354.2715.3716.2180.401.200.410.88

由表3可知，在織物經緯密和纖維材料相同的情況下，織物組織結構是影響織物耐磨性的重要因素。雙層斜紋織物和雙層方平織物的耐磨性較好，均優于雙層緞紋織物，這是因為兩種織物表面承受磨損的浮長線相同，所以其耐磨性相差不大。而雙層緞紋織物的浮長線最長，交織次數最少，所以其耐磨性最差。在織物經緯密和與組織相同的條件下，雙層斜紋織物的耐磨性優于三層斜紋織物，主要原因是三層斜紋織物每層的密度小于雙層斜紋織物，從而導致其耐磨性能小于雙層斜紋織物。

3.3 織物透氣性

測得雙層斜紋織物、雙層緞紋織物、雙層方平織物和三層斜紋織物的透氣量分別為146.97 mm/s、443.03 mm/s、146.81 mm/s和202.37 mm/s[5]。由此可知，雙層織物中雙層緞紋織物的透氣性最好，三層斜紋織物的透氣性要好于雙層斜紋織物，雙層方平織物的透氣性最差。影響織物透氣性的主要因素是織物中空隙的數量與大小。在織物經緯密和相同的條件下，三層織物單層密度小于雙層織物單層密度，所以其透氣性好；緞紋織物表面浮長線較長，紗線間空隙較大，透氣性較好。從織物厚度考慮，厚度最薄的雙層緞紋織物的透氣性最大，但厚度最大的三層斜紋織物的透氣量僅在其后，厚度低于三層斜紋織物的雙層斜紋和雙層方平織物的透氣量卻低于三層斜紋的透氣量，這就說明織物的透氣性與織物厚度并沒有明確的關系。

3.4 織物導熱性能

測得雙層斜紋織物、雙層緞紋織物、雙層方平織物和三層斜紋織物的導熱系數分別為0.068 5 W/m·K、0.076 3 W/m·K、0.063 6 W/m·K和0.063 3 W/m·K[6]。由此可知，雙層緞紋織物的導熱系數最高，而其余三種織物的導熱系數基本一致。在纖維種類、紗線特數及織物經緯密和相同的條件下，影響織物熱傳導的主要因素為織物的厚度與織物組織。三層斜紋織物的厚度最厚，故而其導熱系數也是最小的；雙層緞紋織物的厚度最薄，其導熱系數是最大的，可以認為織物厚度對導熱系數的影響較大。其次從組織來分析，雙層緞紋織物的導熱系數最大，這是因為織物中紗線的交織次數最少，織物空隙大導致的。雙層方平與雙層斜紋織物的交織次數相同，但雙層方平織物的厚度較小，故雙層方平織物的導熱系數較小，略低于雙層斜紋織物。

3.5 織物阻燃性能

采用垂直燃燒法來測定織物的阻燃性能。結果見表4。

從表4可知，4種織物續燃時間都是0 s，且均沒有出現續燃現象，4種織物的損毀長度均能滿足用戶對阻燃性的要求。總體來看，三層斜紋織物的阻燃性能最好，這是因為在織物經緯密和相同的情況下，三層織物的厚度最大，紗線間的空隙較小，致使織物中氧氣的可及性差，織物燃燒困難。

表4織物垂直燃燒法測試結果

織物種類續燃時間/s陰燃時間/s損毀長度/cm雙層斜紋織物雙層緞紋織物雙層方平織物三層斜紋織物00003.087.443.101.023.604.384.823.48

4 結論

(1)在經緯紗線密度、經緯密和相同的條件下，雙層織物的耐磨性優于三層織物，雙層斜紋織物和方平織物的耐磨性優于雙層緞紋織物；三層織物的斷裂強力大于雙層織物，但斷裂伸長率較低，雙層方平織物的斷裂強力高于雙層斜紋和雙層緞紋織物的，且斷裂伸長率較大。

(2)在經緯紗線密度、經緯密和、織物層數相同的條件下，交織次數最少的雙層緞紋織物的透氣性最好，此外織物的層數影響織物的透氣性，三層織物的透氣性大于雙層織物。

(3)織物厚度對其導熱系數影響較大，厚度最大的三層斜紋織物的導熱系數小于雙層織物；織物層數相同的條件下，交織次數最少的緞紋織物的導熱系數最大。

(4)織物經緯密和相同時，織物層數是影響其阻燃性的主要因素，三層織物的陰燃時間和損毀長度最短，阻燃性能優于雙層織物；織物層數相同時，交織次數最少的雙層緞紋織物的阻燃性能最差。