幾種多組分阻燃防護織物的研制

劉 超 范永剛 趙紀衛 史華剛 李 穎

（新型環保復合面料湖北省重點實驗室，湖北武漢，441002）

隨著經濟和社會的飛速發展，影響人們生命財產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、消防救援等領域，阻燃隔熱防護服裝對面臨著高溫、易燃易爆和燃燒等較為惡劣工作環境的人員十分重要。科技的發展為服裝面料的功能性改善提供了基礎條件，同時也對阻燃防護服的舒適性、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。

我們結合前人對阻燃織物的研究，在充分聽取消防、冶金等行業人員的實際體驗和建議后，從眾多的本質阻燃纖維和改性阻燃纖維中選取合適的搭配組合，優選混紡比、織物組織、經緯密等參數，開發了系列阻燃織物并測試了其相關性能，介紹如下。

1 原料的性能指標

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的一類高分子聚合物，綜合性能優異，具有突出的隔熱、耐高溫性以及優秀的機械性能。

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

芳綸1414即聚對苯二甲酰對苯二胺，主鏈結構具有高度的規則性，大分子呈十分伸展的狀態，具有耐高溫、防火、耐化學腐蝕及優異的力學性能和耐疲勞性；熱穩定性好，在150℃下不收縮，在260℃下仍可保持原強度的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，在保留了原纖維強力、伸長和可紡性的基礎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現阻燃改性，其干濕強力和回潮與普通粘膠無異，可與任意比例的棉、麻和化學纖維混紡，改善織物的服用舒適性［1］。

1.2 纖維的主要指標

選用的各纖維物理性能指標見表1。

表1纖維的物理性能指標

由表1可以看出，芳綸1313、芳綸1414、聚酰亞胺和阻燃錦綸66都具有優異的力學性能，芳綸1414的斷裂強度最高，達到了16.38 cN/dtex，阻燃錦綸66的斷裂伸長率最大，達到了43.27%。纖維質量比電阻在1.0×107Ω?g/cm2以上，在生產加工過程中經過反復摩擦易產生靜電，造成纖維條、粗紗等半制品發毛、卷繞成形不良、紗線毛羽增加等問題；從表1可以看出，僅阻燃粘膠的質量比電阻相對較小，不易產生靜電。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，靜電現象嚴重時，衣服表面聚集大量電荷，靜電壓較高，一旦產生放電和火花，易造成火災和爆炸等極端后果。

極限氧指數表示纖維材料的燃燒難易程度，極限氧指數小于22%的材料屬于易燃材料，極限氧指數在22%至27%之間的材料屬可燃材料，極限氧指數大于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，極限氧指數超過了38%［2］。

纖維的力學性能和阻燃性是織物各項物理指標和阻燃性能的基礎，首先要選擇合適的纖維原料，然后再進行紗線和織物規格的設計。

2 紗線和織物規格的設計

2.1 紗線規格和質量指標以及分析

根據面料的服用性和阻燃性能設計紗線的規格，同時兼顧不同纖維原料的可紡性和成本。我們設計了4組紗線，每組紗線有兩種規格。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 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環錠紡股線，B1紗線為阻燃粘膠/芳綸1414/阻燃錦綸66/導電纖維63/23/12/2 17.4 tex×2環錠紡股線，B2紗線為阻燃粘膠/芳綸1414/阻燃錦綸66 65/25/10 34.8 tex環錠紡單紗，C1紗線為阻燃粘膠/阻燃腈綸/萊賽爾/導電纖維45/40/13/2 14.8 tex×2環錠紡股線，C2紗線為阻燃粘膠/阻燃腈綸/JC/導電纖維45/40/13/2 14.8 tex賽絡集聚紗，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環錠紡股線。

經過小批量試紡、批量生產等階段后，按照設計要求進行紡紗，紡紗完成后測試每種紗線的指標，具體見表2。

表2紗線的質量指標

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，捻度和細度也相同，但A2紗的斷裂強力比A1紗的斷裂強力大；這是因為A2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紗線可以發現，雖然紗線號數相同，但環錠紡股線的強力高于環錠紡單紗的強力。在8組紗線中，A2紗的強力最高，C1紗和C2紗沒有含有芳綸和聚酰亞胺等強力較高的纖維，成紗強力指標較差。

2.2 織物規格的設計

為便于對比分析不同原料和規格織物的性能差異，結合纖維和紗線的種類以及混紡比、斷裂強力等指標，前述8種紗線分別作經緯紗生產了對應的8種織物，即紗線A1作經緯紗生產織物A1，紗線A2作經緯紗生產織物A2，以此類推。設計的8種織物規格見表3。

表3織物設計規格

3 織造過程中的生產技術

3.1 絡筒蒸紗

生產中所使用的纖維，如芳綸1313、芳綸1414、聚酰亞胺等高性能纖維，纖維彎曲模量大，生產的股線在絡筒后、整經前要進行真空調濕定形，并放置24 h后再使用。其目的是減小紗線內部應力，避免在整經過程中出現小辮子紗而影響后道工序及布面質量［3］。使用AOSMART 1200型真空調濕定形機，蒸紗定捻主要工藝參數：定捻溫度85℃，持續時間25 min，壓力1.8 MPa。

3.2 整經工序

采用KY6081型高速分批整經機。本次生產的織物防靜電處理方式有兩種，一種是將適量的導電纖維與其他纖維進行混和；導電纖維含量在2%左右其織物便可獲得良好的導電性能（導電纖維與其他纖維混和均勻是關鍵）［4］。另一種方式是在織物中每隔一定根數的經紗加一根導電絲，經紗與導電絲按照規定比例排列，布面上每20 mm有一根導電絲，導電絲在整經工序上紗前要做好排列。本文以織物D2為例，介紹生產工藝。整經工序經軸設計生產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），經軸中間的經紗每隔9根A紗排列1根B紗，邊部紗線按照順序排列，整經工序導電絲排列如圖1所示。其中，紅色方塊表示B紗，乘號方塊表示A紗。在生產第10個經軸時，下軸前要使用絞線將導電絲分開，便于漿紗過程對導電絲分開處理。

3.3 漿紗生產過程

漿紗工序使用HS40型漿紗機。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%。由于經紗的強力較高，可滿足織造拉伸強力需求，因此漿紗重點是貼伏紗線表面毛羽，避免布面棉球疵點。在漿紗起機后，需要在漿紗機車頭筘齒前用標尺將導電絲按照2 cm的距離分開，避免在穿筘工序因排列不整齊而導致絞頭嚴重影響織機織造。

3.4 織造生產過程

采用ZAX-E型噴氣織機生產。根據經紗的特性和織物設計特點，織造過程中首先要確保織口清晰，其次要防止導電絲外漏、雙緯、緯縮等織疵。對開口時間、綜框高度、織機車速以及后梁高度、停經架高度等工藝參數進行優化調整，使產品風格飽滿，質量和開臺效率達到最佳［5］。

開口時間初始設置為290°，根據品種的不同和實際織造情況可做3°～5°微調，以改善緯紗入口處經紗的開口不良，保證織物風格。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，有利于織口穩定、振動減小。

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

4 織物主要指標的測試分析

4.1 主要物理指標的測試及分析

將下機后的面料進行性能指標的測試。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種織物的經緯向斷裂強力和電荷面密度進行了測試，結果見表4。

表4織物物理性能指標測試

由表4可以知道，在組織結構和經緯密相近的情況下，經緯紗的強力指標對面料的經緯向斷裂強力起到主要的影響作用；使用芳綸1313、芳綸1414、聚酰亞胺等高強度纖維后，顯著增加了織物的強力，因此織物A1和織物A2的經緯向斷裂強力指標最好。阻燃粘膠、萊賽爾和棉纖維在織物中的混和比例越大，織物的斷裂強力下降越多，因此織物C1和織物C2的經緯向斷裂強力較其他織物小。GA 10—2014《消防員滅火防護服》對外層材料的經、緯向干態斷裂強力要求不應小于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，經緯紗中加入導電纖維或者在織物中加入適當比例的導電絲，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，使用導電纖維或者導電長絲的其他5種織物防靜電性能均符合該指標，可以適用于作業時靜電易聚集電荷而引起燃爆的相關行業和領域的防護服裝［6］。

4.2 主要阻燃性能指標的測試及分析

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燃時間的測定》要求，對8種織物水洗12次后的經、緯向阻燃性能進行測試，結果見表5。

表5織物阻燃性能測試結果

由表5的測試結果可以看出，織物A1、織物A2和織物D2的續燃時間在8種面料中表現較好，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越好［7］。8種織物的燃燒狀態都為炭化，未出現熔融、滴落現象。按照GB/T 17591—2006《阻燃織物》中的阻燃防護服用織物的B1級性能要求：損毀長度≤150 mm，續燃時間≤5 s，陰燃時間≤5 s，無熔融、滴落現象；織物A2和織物D2均可滿足該標準的要求，具有較好的阻燃性能［8］。

5 結語

基于多年生產阻燃防護織物的生產實踐，我們開發了系列阻燃織物，并對含有不同阻燃纖維的織物經緯向斷裂強力、防靜電性能和阻燃性能進行了測試和對比分析。結果表明：紗線中使用一定比例的導電纖維或者在織造過程中加入導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。根據測試的阻燃性能數據，可以將符合國家標準的織物應用到不同領域，滿足高溫、易燃易爆等工作環境對阻燃防護織物的要求。