消防服用棉型阻燃织物的风格测试与分析

李 龙，李 健，赵永旗，杨建忠，杨 柳

(1.陕西中天火箭技术股份有限公司，陕西西安710025;2.西安工程大学纺织与材料学院，陕西西安710048)

随着科技的进步和我国对于特殊行业工作人员的人身安全的重视，阻燃纤维及阻燃织物种类日渐增多，阻燃剂的创新，后整理技术的改进，及各种材料的混纺、交织，阻燃织物的风格也在不断变化［1］。织物风格与服装的服用性能息息相关，并且影响相关部门选择防护服产品适用性的评定［2］。美国消防安全协会(NFPA)的规范 NFPA—1971与欧洲标准规范EN—469，均要求热防护服必须由四层组成，即防火外层、防水透湿层、隔热防火层、舒适层。其中，防水透湿层为层压于外层阻燃棉织物上的聚四氟乙烯(PTFE)膜，层压过程中需用一定量的粘合剂将阻燃棉织物与PTFE膜进行粘合，如层压后使得织物变得僵硬则会对消防作业中消防员活动造成阻碍，甚至拖延作业时间危及到消防员生命安全。因此，对防水透气层进行弯曲性能的测试十分必要。舒适层即内层是最贴近服用者皮肤一层，在服用期间与服用者皮肤进行数次接触与摩擦，因此需要对舒适层进行表面摩擦性能测试。作者通过选取外层用覆膜棉型阻燃织物和舒适层用棉型阻燃织物各3种，运用KES-FB织物风格仪进行织物风格的测试与分析，对消防服用阻燃织物的风格进行了评价。

1 实验

1.1 试样

阻燃织物面料:外层为阻燃棉织物，防水透湿层为层压于阻燃棉织物上的PTFE膜，舒适层用阻燃织物为经过阻燃整理的棉织物或嵌入防静电丝的织物，其织物规格如表1所示，均由上海伊贝娜纺织品有限公司提供。

表1 试样的基本规格Tab.1 Specification of samples

1.2 仪器

KES-FB-AUTO-A织物风格仪:多台多指标式的织物风格测试系统，系统分为拉伸、剪切试验仪，纯弯曲试验仪，压缩性试验仪和表面性能试验仪 4 台试验主机［4－5］，日本 KATO 公司制。

1.3 实验方法

测试方法按照 FZ/T01054.1—1999《织物风格试验方法总则》，试样在温度为(20±3)℃、相对湿度为(65±3%)的标准环境条件下预调湿48 h 后进行测试，试样大小为 20 cm ×20 cm［2，6］。

拉伸性能:将一定尺寸的试样在低应力下拉伸(试样受到的最大负荷为490 cN/cm)，记录拉伸循环中负荷-变形曲线，根据该拉伸曲线计算出拉伸性能指标［6］。

剪切性能:将试样一端固定，另一端向与固定端相平行的方向移动，使试样受到剪切力作用，测定单位宽度试样上承受的剪切力与剪切变形角度的关系。

弯曲性能:首先向面料正面弯曲，曲率从0增加到2.5，而后变形回复到初始状态(曲率为0)，再向面料的反面弯曲到曲率－2.5后，变形回复到初始状态，则得到试样的弯曲性能相关指标。

压缩性能:将织物试样平放在载物台上，压头以匀速缓慢下降，垂直压缩试样表面，通过力传感器及X-Y记录仪，测得相关曲线［7］。

表面摩擦性能:用两个测头联合测试面料的表面性能。第一个测头称为摩擦子，其模仿人的指纹由10根0.5 mm的细钢丝排成的一个平面，测试时该平面与试样表面在一定压力作用下相对滑动，测得动摩擦系数曲线;第二测头为一个矩形环，测试时矩形环在一定压力作用下与面料接触，并且沿环平面的垂直方向与面料发生相对运动，测得织物厚度(T)随位移(x)的变化曲线［8］。

2 结果与讨论

2.1 拉伸性能

由表2可看出，3#试样的拉伸线性度(LT)均小于1#，2#试样，说明覆膜阻燃帆布面料比棉锦面料和防撕裂织物柔软。2#试样的拉伸功(WT)明显小于1#和3#试样，说明覆膜阻燃防撕裂面料在抗变形能力上有明显的优势。而无覆膜面料中，6#试样的LT明显小于4#与5#试样，因此未做阻燃后整理的全棉防静电面料手感最为柔软，而全棉阻燃防静电面料与全棉阻燃面料的LT差异并不明显。5#的拉伸功回复率(RT)最大，说明未嵌入防静电金属丝的全棉阻燃面料的弹性最好。在覆膜面料中，2#试样的拉伸延伸率(EMT)稍小些，说明覆膜阻燃防撕裂棉面料的抗变形能力较好;而无覆膜面料中，5#试样的EMT小于同组其它试样，说明全棉阻燃面料具有良好的抗变形能力。

表2 试样的拉伸性能Tab.2 Tensile properties of samples

2.2 剪切性能

由表3可见:在覆膜面料中，3#织物的剪切刚度(G)较大，说明阻燃帆布的抗剪切变形能力较强，即在面料搬运、制衣以及服用过程中不易产生纬斜和弓斜［9］;而无覆膜面料中，4#试样的G最大，即全棉阻燃防静电面料的抗剪切变形能力最强;而G最小的6#试样悬垂性最好;对于覆膜面料，3#试样的剪切变形角度0.5°下剪切滞后矩(2HG)最大，2#试样的其次，1#试样的较小，说明阻燃帆布面料的剪切回复性相对较差;但1#试样的G也最小，说明覆膜棉锦阻燃面料的回复能力较好，且悬垂性最好。

表3 试样的剪切性能Tab.3 Shearing properties of samples

2.3 弯曲性能

由表4可见，覆膜面料中3#试样的平均弯曲刚度(B)较小，1#试样的B与2#试样的相接近，因此阻燃帆布面料手感相对较为柔软，悬垂性好。3#试样的弯曲滞后矩(2HB)数值稍大，说明阻燃帆布面料最有身骨，但弯曲变形后的回复能力相对较差。

表4 试样的弯曲性能Tab.4 Bending properties of samples

无覆膜面料中，6#试样的B均比4#，5#试样的小，即全棉防静电面料最为柔软。若后续研究中，外层及隔热层选取阻燃性能较好的材料(如聚对苯撑苯并二噁唑纤维织物作为外层，芳纶1313作隔热层)［10］，可考虑用全棉防静电面料作为内层以提高穿着舒适度。

从表4还可以看出，覆膜织物试样的B，2HB整体高于无覆膜织物试样，且其B与2HB呈正相关，即B越大2HB亦越大。一般情况下，在织物纱支与组织相同时，织物越紧密，织物的B和2HB相对越大。

2.4 压缩性能

由表5可见，对于覆膜面料，3种织物的压缩线性度(LC)差异不大，但1#和3#试样的压缩功(WC)大于2#试样，说明阻燃棉锦与阻燃帆布的蓬松度要比阻燃防撕裂棉面料好;3#试样压缩回复率(RC)最大，说明阻燃帆布压缩弹性最好，织物有良好丰厚感;6#试样的WC大于4#、5#试样，即未做阻燃后整理的全棉防静电面料的蓬松度最好。而蓬松度越好，织物中的空气层越厚，在火场中，空气层可有效减缓热量传递速度，因此织物的蓬松度好，对于阻燃效果会有一定的提高。5#试样的稳定厚度(TM)及表观厚度(T0)均为同组最小，其TM及T0分别为 0.291，0.569 mm，说明5#试样较为轻薄。

表5 试样的压缩性能Tab.5 Compressive property of samples

2.5 表面摩擦性能

由表6可见，3种覆膜织物的摩擦因数平均差不匀率(MMD)差异不大;2#试样表面粗糙度(SMD)小于1#和3#试样，说明阻燃防撕裂棉面料的手感最细腻、滑糯;而无覆膜面料中，3种织物的MMD与SMD差异不大;而6#试样的平均摩擦系数(MIU)小，因此全棉防静电面料较其他两种面料更为细腻。

表6 试样的表面摩擦性能Tab.6 Surface friction properties of samples

3 结论

a.作为消防服中的防水透湿层，覆膜阻燃帆布具有良好的拉伸性能，面料较为柔软且有身骨，弹性好，有较强的抗拉伸、剪切变形的能力。其中3#试样覆膜阻燃帆布的织物风格最适合应用于消防服面料。

b.无覆膜面料中，未做阻燃后整理的6#试样的服用性能佳，手感柔软，压缩弹性与丰厚感均优于其他两种面料。阻燃后整理对于织物手感及弹性有一定的影响。

c.若后续研究时，建议外层及隔热层选取阻燃性能较好的材料(如聚对苯二撑苯并二噁唑纤维织物作为外层，芳纶1313作隔热层)，可考虑用全棉防静电面料作为内层以提高穿着舒适度。

［1］ 王冬青.阻燃整理对纯棉与纯涤纶织物性能影响的研究［D］.青岛:青岛大学，2012.

［2］ 金艳苹，陈晓琳，唐洁芳，等.阻燃织物的风格测试与分析［J］.浙江理工大学学报，2013，30(3):298.

［3］ 喻方莉，张建春.防护服对消防员伤害和舒适性的影响［J］.中国个体防护装备，2001(2):15 －19.

［4］ 郭娟琛，孙艳，杨建忠.赛洛菲尔高支精纺毛织物风格测试与分析［J］.现代纺织技术，2009(1):47－50.

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［7］ 郭玉凤.Taly纤维结构性能及其加工技术的相关性研究［D］.上海:东华大学，2009.

［8］ 周玉玲.织物柔软性的拉伸力测试法研究［D］.上海:东华大学，2007.

［9］ 乔卉，杨建忠，张方超.低支松结构精纺毛纺织风格的客观评价与比较［J］.毛纺科技，2013，41(9):62 －64.

［10］ 崔志英.消防服用织物热防护性能与服用性能的研究［D］.上海:东华大学，2009.