織物結構參數對芳綸織物阻燃性能的影響

顏夢佳 唐潔芳 丁笑君 金艷蘋

摘要：根據GA10—2014《消防員滅火防護服》行業標準對滅火防護服外層面料的性能要求，采用同一規格的NomexⅢA紗線設計織造了滿足標準的15種不同織物結構參數的芳綸織物，通過垂直燃燒法測定其阻燃性能，并應用灰色關聯度分析法探究各織物結構參數對NomexⅢA芳綸織物阻燃性能的影響程度。結果表明：覆蓋系數對NomexⅢA織物阻燃性能影響最顯著;其次為厚度、單位面積質量;再是單位體積質量;織物組織對織物阻燃性能影響最小。15種織物中，織物組織為2/1斜紋、經密為320根/10 cm、緯密為280根/10 cm，厚度為0.520 mm，單位面積質量為207 g/m2，單位體積質量為0.398 g/cm3，覆蓋系數為90.6%的織物阻燃性能最好。

關鍵詞：NomexⅢA;織物結構參數;阻燃性能;灰色關聯分析

中圖分類號：TS101.1

文獻標志碼：A

文章編號：1009-265X（2019）01-0027-05

消防防護服作為消防員進行火場滅火和搶險救援作業時必備防護裝備之一，普遍采用多層織物組合，由外及內依次為阻燃外層、防水透氣層、隔熱層和舒適層。其中，阻燃外層需要直接接觸火焰和高溫，因此阻燃性能是外層織物的基本要求[1]。目前消防服阻燃外層織物的加工一般有3種途徑：a）織物的阻燃整理;b）制備阻燃纖維;c）阻燃纖維和阻燃整理相結合[2]。然而阻燃整理后的織物因反復洗滌會使其阻燃效果逐漸減弱，阻燃纖維因其自身的化學結構決定它具有永久的阻燃性能。近年來，隨著新材料的不斷出現和新技術的不斷發展，防護服裝的性能不斷得到提高，其中芳綸纖維的應用，是個體防護服裝領域最重要的進展之一。芳綸纖維是一種有機合成的高科技纖維，分為間位芳綸和對位芳綸兩類[3]。芳綸纖維除了出色的阻燃性能外，同時還具有令人滿意的綜合物理性能、耐惡劣環境的工作性能以及優良的可加工性能[4]，因此，目前該類纖維被大量運用到消防防護服等高性能阻燃防護服中。

研究表明[5—8]：阻燃織物的結構參數，包括紗線結構、織物組織、織物密度、單位面積質量、覆蓋系數等，不僅會影響織物的綜合物理性能，還會對產品的阻燃性能產生重要的影響。因此，本文為探究織物結構參數對芳綸阻燃織物阻燃性能的影響，采用同一規格的NomexⅢA紗線設計并織造15種不同組織結構參數的芳綸織物，其15種織物均滿足GA10—2014《消防員滅火防護服》行業標準中對滅火防護服阻燃外層的要求。通過測定織物的阻燃性能，分析各織物結構參數對其阻燃性能的影響程度，為芳綸阻燃織物的開發與設計提供一定的借鑒和參考。

1實驗

1.1紗線的選擇

織物紗線選擇NomexⅢA，紗線成分由93%Nomex（芳綸1313）纖維、5%Kevlar（芳綸1414）纖維和2%P—140的導電碳纖維組成。Nomex與Kevlar纖維混紡，使織物具有良好阻燃性的同時，可獲得較高的強力和耐磨性;與導電碳纖維混紡，使面料具有良好抗靜電的性能[9]。紗線的經緯規格均為16 tex×2 750捻/m，紗線直徑為0.23 mm，其斷裂強力為6.19 N，斷裂應變為23.4%。

1.2織物的設計與織造

行業標準中對防火防護服最外層織物的要求有：經、緯向干態拉伸斷裂強力不應小于650 N;單位面積質量應在（200±10）g/m2。根據機織物單位面積質量估算公式，得出經向密度加緯向密度的數值在558～604根/10 cm之間;根據機織物斷裂強力估算公式，得出經緯向密度均大于211根/10 cm。因此，織物經密設定為320根/10 cm，緯密設定為3個水平，分別為248根/10 cm，264根/10 cm，280根/10 cm。另外，綜合考慮真實復雜的火場環境，滅火防護服阻燃外層面料的質地應在滿足各服用性能的基礎上，保證組織相對緊密。根據市場調研和學者研究，織物組織設計為2/2方平、2/1斜紋、2/2斜紋、2/1斜紋以及斜紋加強筋5種，圖1為斜紋加強筋組織圖。織物采用SGA 598型全自動劍桿織樣機進行織造。

1.3織物結構參數測試與計算

試樣均在標準大氣下調試24 h，采用YG（B）141D數字式織物厚度儀測試其厚度、采用JA3003B電子天平測試單位面積質量，并計算其組織系數、單位體積質量、覆蓋系數。其中，織物組織系數C是描述織物組織松緊程度的指標，C值越小則織物越緊密。表1為試樣的具體結構參數。

1.4織物性能測試

測試試樣的熱穩定性能、縮水率、表面抗濕性能、斷裂強力、撕破強力、色牢度以及阻燃性能，判斷織物是否符合行業標準。

織物的熱穩定性能采用干燥箱對試樣加熱，測試織物的尺寸變化率;縮水率參照GB/T 8629—2001《紡織品試驗用家庭洗滌和干燥程序》洗滌，計算5次洗滌后的縮水率;表面抗濕性能采用YG 813型織物沾水測定儀進行測定;斷裂強力、撕破強力實驗儀器分別為Instron萬能強力儀和YG026PC—250電子強力機;色牢度參照GB/T 3920—2008《紡織品色牢度試驗耐摩擦色牢度》、GB/T 3921—2008《紡織品色牢度試驗耐皂洗色牢度》、GB/T 8427—2008《紡織品色牢度試驗耐人造光色牢度：氙弧》進行等級測試與判斷。各性能測試結果見表2。阻燃性能使用垂直燃燒法，采用YG（B）815D—I型垂直法阻燃性能測試儀，參照GB/T 5455—1997《紡織品燃燒性能試驗垂直法》進行測試。

2結果與討論

2.1織物性能分析

織物各性能測試結果見表2，由表2可以看出，15種織物的色牢度、撕破強力、斷裂強力、表面抗濕性能、縮水率、熱穩定性能均達到行業標準，符合消防防護服最外層面料的要求。

織物阻燃性能測試結果見表3，表3顯示，各織物試樣的續燃時間、陰燃時間、損毀長度均滿足消防服行業標準中的阻燃要求，即防護服外層材料損毀長度不應大于100 mm，續燃時間不應大于2 s，且無熔融、滴落現象。

同時從表3可知，隨著織物的組織、緯密、厚度、單位面積質量、單位體積質量、覆蓋系數變化時，織物損毀長度相應變化，損毀長度越短，表示其阻燃性能越好。織物組織方面，相同經緯密條件下，毀長度2/1斜紋組織<斜紋加強筋組織<2/2方平組織<3/1斜紋組織<2/2斜紋組織，這是由于織物組織系數越小，織物經緯紗線交織越頻繁，空隙減少，致使織物透氣性變差，維持燃燒所需氧氣不足，燃燒困難;織物覆蓋系數方面，緯密決定覆蓋系數，從而影響阻燃性能，一是單位面積內阻燃紗線的數量增多，織物阻燃性能顯著[10]，二是織物越緊密，氧氣的可及性低，故阻燃性能佳;織物厚度方面，織物越厚，織物阻燃性能更佳;織物單位面積質量方面，單位面積質量越大，單位面積內纖維數量越多，織物內部所含氧氣越少，織物燃燒困難;織物單位體積質量方面，當單位體積質量增加，織物維持燃燒所需的助燃物增加，即燃燒時氧氣的需求量增加，但是一定空間內的空氣在一定時間內提供的氧氣含量保持相對平衡，加劇了燃燒困難程度，阻燃性隨之變強。

3結語

通過對以上15種由同一規格NomexⅢA紗線設計織造的不同織物結構參數芳綸織物的性能測試與數據分析，發現：試樣的熱穩定性能、縮水率、表面抗濕性能、斷裂強力、撕破強力、色牢度以及阻燃性能等均達到GA10—2014《消防員滅火防護服》標準中對滅火防護服外層織物的要求，其中織物阻燃性能與織物結構具有密切關聯，織物的組織、厚度、單位面積質量、單位體積質量、覆蓋系數等均對阻燃性能產生影響。經灰色關聯分析法分析得到，在各個結構參數中織物的覆蓋系數對NomexⅢA芳綸織物阻燃性能影響最顯著，覆蓋系數越大，織物阻燃性能越好，其次為厚度、單位面積質量，再是單位體積質量，而織物組織對織物的阻燃性能影響最小。15種織物中阻燃性能最好的織物結構參數分別是：織物組織為2/1斜紋、經密為320根/10 cm、緯密為280根/10 cm，厚度為0.520 mm，單位面積質量為207 g/m2，單位體積質量為0.398 g/cm3，覆蓋系數為90.6%。

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