玄武巖長絲/滌綸交織物阻燃性能測試與研究

張麗娟 任世環 李向紅

1. 唐山學院時尚設計系， 河北 唐山 064000；2. 河北科技大學紡織服裝學院， 河北 石家莊 050018

隨著人口數量的不斷增加和生活水平的提高，家用電器的使用率越來越高，同時陳舊小區日益增多，導致火災發生率不斷增大。為使人們免受或少受火災的危害，同時保護消防人員的人身安全，本文從玄武巖纖維的性能出發，研發了玄武巖/滌綸交織物，并對其阻燃性能進行測試與分析。

1 玄武巖纖維的結構與性能

連續玄武巖纖維以純天然的玄武巖礦石為原料，在粉碎、熔融玄武巖后經漏板拉絲工藝制成。其形狀為圓柱形，表面光滑，主要成分為SiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、CaO、MgO、Na2O等氧化物，屬于硅鋁酸鹽系纖維。其中，最主要的成分SiO2保證了玄武巖纖維的化學穩定性和優異的力學性能；此外,質量分數較高的Al2O3確保了纖維具有良好的力學性能、耐久性、熱穩定性和化學穩定性[1]。

連續玄武巖纖維高溫下的尺寸穩定性能較為突出，可使用的溫度為-260～650 ℃。溫度為400 ℃時，纖維的斷裂強力保持率約為85%；溫度為300 ℃時，纖維的斷裂強力保持率約為80%。玄武巖纖維具有較好的高溫尺寸穩定性，且隔熱性和不燃性較高，高溫下沒有熔滴現象，環保，力學性能較好，將其用于制作防火隔熱服裝具有很大的發展空間，因此在防火隔熱領域有著廣闊的發展前景[2-3]。

2 玄武巖/滌綸交織物的研發

選用133.00 tex×3連續玄武巖長絲(加捻)、22.22 tex高強滌綸長絲和59.05 tex滌綸短纖紗等3種紗線，應用半自動式Y200 S型電子小樣織布機織造平紋、3/1斜紋、2/2方平等3種織物組織的玄武巖長絲/滌綸長絲和玄武巖長絲/滌綸短纖紗交織物，共計6種織物。玄武巖長絲/滌綸交織物規格如表1所示。

表1 玄武巖/滌綸交織物規格

3 織物厚度測試

3.1 厚度測試儀器及方法

將織物先放在標準大氣條件下調濕。參照GB/T 3820—1997《紡織品和紡織制品厚度的測定》進行測試，6種織物沿經、緯向各測5次求平均值[4]。試驗中避開織物中的褶皺部分，自然狀態下放置在參考板上測定。

3.2 測試結果與分析

6種試樣厚度測試結果如表1所示。試驗表明，對該試樣厚度產生的影響主要有：(1)滌綸短纖紗橫截面呈圓柱狀，滌綸長絲呈扁平狀，兩者紗線線密度的差異造成織物厚度的不同；(2)織物組織中，平紋的紗線浮長最短，因而相同條件下平紋織物最薄，浮長最長的3/1斜紋織物最厚；(3)滌綸長絲與玄武巖長絲間的摩擦較小，紗線有輕微滑移，進而減小了紗線在織物中的屈曲程度，而玄武巖長絲與滌綸短纖紗之間無此現象，這導致其織物厚度比玄武巖長絲/滌綸長絲交織物中同組織結構的織物大。

4 織物阻燃性能測試與研究

4.1 垂直燃燒測試儀器及方法

在織物上用鋼尺分別量取300 mm×80 mm的測試試樣各5塊，裁取后按照GB 6529—2008《紡織品調濕和試驗用標準大氣》將試樣調濕24 h。參照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》進行試驗，打開YG(B)815 D-I型(垂直型)織物阻燃性能測試儀，按照標準控制室溫為(20±2)℃，相對濕度為(65±4)%。將試樣垂直夾在試樣夾上，確保試樣下端和試樣夾下端重合后再用4個夾子將試樣兩邊固定。然后點火，將火焰高度調至(40±2)mm并穩定30 s后，按下啟動開關。自動火焰裝置在火焰燃燒試樣12 s后會自動撤離，同時記錄續燃時間，注意待試樣開始無火焰燃燒時記錄陰燃時間。然后將試樣取出，沿織物上燃燒留下的黑色印記中心對折，在試樣下端(被燃燒端)距離布邊各6 mm處掛上與試樣面密度相符的重錘，根據織物的面密度選用453.6 g的重錘，試樣下端的另一邊用手緩緩抬起，將重錘懸在空中一段時間后放下，記錄試樣被拉斷的長度，即損毀長度[5]。整理數據匯總至表2。

表2 玄武巖長絲/滌綸交織物垂直燃燒試驗數據

4.2 水平燃燒測試儀器及方法

試驗所用儀器包括YG(B)815 D-Ⅱ型(水平法)織物阻燃性測試儀、鋼尺(精度為0.1 mm)和剪子。試驗按照FZ/T 01028—93《紡織織物燃燒性能測定水平法》進行，沿著與經向、緯向平行的方向，在織物上分別裁剪出尺寸為300 mm×100 mm的試樣各5塊。按照標準實驗室條件，需滿足溫度為10～30 ℃，相對濕度為30%～80%。將試樣正面朝下夾在試樣夾上，然后依次將試樣夾沿導軌推入，打開儀器并點火，火焰灼燒試樣15 s后熄火，試樣上火焰燃燒到第一條標記線時開始計時，直至燃燒至第三條標記線時停止計時，記錄第一條標記線到火焰熄滅最遠處的距離。按照式(1)計算蔓延速率[6]。

(1)

式中：B為火焰蔓延速率，mm/min；L為火焰蔓延距離，mm；t為火焰蔓延距離L時的時間，s。因水平燃燒試驗中織物上的火焰蔓延距離L為0，所以B為0，即織物在水平狀態下是不燃的。

4.3 垂直燃燒與水平燃燒測試結果分析

垂直燃燒試驗中：織物經緯向均有低于2 s的續燃時間；經向有不同程度的損毀長度，但緯向幾乎沒有損毀長度；無陰燃時間。水平燃燒試驗中，織物不燃。結合上面織物經垂直燃燒和水平燃燒試驗數據分析得出，影響玄武巖長絲/滌綸交織物燃燒性能的主要因素為原材料和織物厚度。織物與火焰接觸處變黑，這是滌綸經火焰灼燒后殘留在織物上的，相比玄武巖長絲，滌綸較易燃燒，因此在經向滌綸與火焰垂直時，織物有損毀長度，而在緯向和水平燃燒試驗中，火焰在燃燒滌綸時有玄武巖長絲在中間阻隔，使得織物幾乎無損毀長度，如圖1和圖2所示。由此可見，若將玄武巖長絲/滌綸交織物用做阻燃織物，應使玄武巖長絲面向火源方向，或是水平放置。

圖1 織物經向垂直燃燒試驗布樣圖

圖2 織物緯向垂直燃燒試驗布樣圖

5 總結

玄武巖長絲/滌綸交織物的阻燃測試中：織物垂直燃燒時，陰燃時間為0 s，續燃時間均不超過2 s，損毀長度為0～5 mm；織物水平燃燒時，火焰蔓延速率和蔓延距離均為0，織物不燃。由此可見，玄武巖長絲/滌綸交織物在阻燃服裝中有一定的應用前景。