基于芳纶复合纱阻燃织物的设计与研发

张丽娟，李向红，李国生,3

（1.唐山学院 时尚设计系，河北唐山 064000；2.河北科技大学 纺织服装学院，河北石家庄 050018;3.河北纺织与服装行业协会设计师委员会副主任，河北石家庄 050000）

关键字 芳纶1313；芳纶1414；纺纱工艺；织造工艺；复合纱性能；问题及解决方法

随着经济的快速发展和城市化进程的加快，火灾发生的几率急剧增加，火灾救援难度也逐渐加大。据统计，在救援工作中全世界每年约有成千上万的消防员受伤，中国消防员在2015年受伤和牺牲人数超过前10年的总和[1]。为有效确保消防员的人身安全，这就使得阻燃织物的开发与设计显得尤为重要。

1 阻燃织物的研究现状与发展

目前，阻燃织物主要有三种。

第一种，通过化学反应在纤维高分子结构中加入阻燃剂，纺丝得到阻燃纤维，经织造加工阻燃织物。该阻燃织物阻燃效果好，耐久性佳，但加工成本高，难以广泛推广。

第二种，涂层加工法，在织物表面刮涂阻燃剂与聚氨酯乳液或丙烯酸酯乳液共混增稠液。该种织物阻燃效果优良、阻燃耐久、成本较低、抗迁移性好、加工工艺简单，已广泛应用。

第三种，将纺织品浸入含有阻燃剂的溶剂中，轧除溶剂，烘干，得到阻燃织物。该织物加工方法简单、阻燃效果好、成本低，但阻燃剂向表面迁移、洗涤后阻燃效果明显下降，污染严重[2]。

我国阻燃纤维在纺织品上的应用从20世纪70～80年代开始，以纺织品成品后整理为主，工艺较为简单，使用纤维也比较单一。改革开放以来，阻燃织物得到快速发展，但主要应用在窗帘织物、床饰制品、装饰台布、床罩织物及毯类装饰织物[3-4]。

随着我国经济快速发展，阻燃纺织品开发逐渐向永久阻燃织物方向发展，而阻燃聚酯纤维将成为市场的新宠，其阻燃织物得到重视与开发。

2 芳纶复合纱的纺制

2.1 纺纱原料与设备

纺纱原料：200D芳纶1414长丝；200D芳纶1313长丝；定量5g/10m芳纶1313粗纱。

纺纱设备：实验采用DSSp-01型数字小样细纱机进行纺纱。

2.2 纺纱工艺

2.2.1 主要参数

主要纺纱参数为：细纱设计细度80tex，细纱设计捻度65捻/m，牵伸倍数35。

2.2.2 纺纱中出现的问题及解决办法

（1）为适当增加长丝张力，增强复合纱的综合性能，增加长丝张力盘。

（2）芳纶复合纱细度太细，为纺纱的顺利进行，换上更大直径的钢丝圈。

（3）为避免或减少粗纱牵伸不开、断头的不良影响，将细纱机隔距块换成粗纱机隔距块。

2.3 纱线性能测试与分析

2.3.1 纱线性能测试

各种复合纱的性能如表1所示。

表1 不同芳纶复合纱性能

2.3.2 纱线性能分析

2.3.2.1 复合纱断裂强度

芳纶1414长丝的断裂强度大于芳纶1313长丝的断裂强度，同类复合纱中芳纶1414复合纱断裂强度大于1313复合纱的。包芯纱中长丝为芯鞘，而赛络菲尔纱中长丝与短纤维缠绕，包芯纱更易发挥复合纱的断裂强度性能。因此，相同长丝复合纱的断裂强度包芯纱的略大于赛络菲尔纱的。

2.3.2.2 复合纱断裂伸长率

赛络菲尔纱中长丝和短纤维相互螺旋缠绕，长丝和短纤维在微观上存在由缠绕变直的过程，断裂伸长略大于包芯纱。芳纶1313长丝的断裂伸长率大于芳纶1414长丝的断裂伸长率。

2.3.2.3 复合纱条干CV值

芳纶1313复合纱捻度大于芳纶1414复合纱捻度。复合纱捻度过大，长丝和短纤维内外应力分布不均，棉结增加，影响成纱质量，所以芳纶1313复合纱的条干CV值大于芳纶1414复合纱条干CV值。从复合纱结构上分析，赛络菲尔纱捻度大于包芯纱捻度，条干试验中赛络菲尔纱的棉结数大于包芯纱的棉结数，赛络菲尔纱捻度过大，影响了成纱质量[5]。

2.3.2.4 复合纱毛羽

从复合纱结构上分析，包芯纱毛羽指数大于赛络菲尔纱的毛羽指数。赛络菲尔纱在前罗拉到捻合缠绕时受到的较少的加捻，纱线短纤维受到的扭力较小，毛羽减少。赛络菲尔纱中长丝与短纤维相互缠绕，长丝覆盖一部分短纤维纱表面，也减少了毛羽。从长丝种类上分析，芳纶1313复合纱的毛羽指数大于芳纶1414复合纱的毛羽指数，芳纶1313复合纱捻度大于芳纶1414复合纱，短纤维纱受到较大扭转力影响而横出纱体，形成较多的毛羽[6-7]。

3 织物设计与制织

3.1 制织流程及设备型号

SW550小型整经机——穿结经——SL8900EG型全自动梭织小样样机。由于经纱是芳纶16tex×2的股线，经纱无需上浆。

3.2 织造工序及关键工艺

3.2.1 整经工序

3.2.1.1 整经仪器

整经流程选用SW550小型整经机，可制作出固定长度（3m）的经轴。

3.2.1.2 整经主要工艺

根据织物设计经密、织物设计幅宽和纬缩率，设计工艺为整经根数1 100根和经纱整经幅宽50cm。整经速度共12档，1档速度最慢，12档速度最快，本次整经所选速度为4档。倒纱前要先用胶带将经纱固定，将纱线固定好后，用剪刀剪断压纱杆上层经纱，轻轻转动滚筒直至经纱接触到织轴，将经纱卷绕固定在织轴上，调节倒纱速度。

3.2.1.3 整经工序结果及问题分析

由SW550小型整经机整经后，经轴质量良好，经纱张力较好，由于人为操作因素，使边纱张力在织造时略小，但问题不大，并不影响织造。

3.2.2 织造设计与工艺

3.2.2.1 织物组织设计

根据实际用途要求，设计织物组织为方平组织，如图1所示。

图1 织物组织图

3.2.2.2 设计经密和纬密

根据所设计织物的用途和查阅资料，确定经密和纬密，经密为255根/10cm，纬密为220根/10cm。根据织造要求，4种复合纱织造时保持组织和经密和纬密一致。为了便于表示，将4种织物标号，如表2所示，下文都用标号表示。

表2 芳纶织物标号

3.2.2.3 织造主要工艺

织造选用SL8900EG型全自动梭织小样机，由开口、剑杆引纬、打纬、卷取和送经五大部分组成，还配有断纬自停装置，主要机构设计采用多个分离马达控制模组，综框升降由对应气泵提供动力，并且各机构动作的协调都由机载电脑控制，在加工过程中经纱提综、纬纱引入、纬纱密度，经纱张力，断纬自停等实现了电脑自动控制。

3.2.3 织造中出现的问题及解决方法

3.2.3.1 经纱断头原因及分析

通过观察和实验，在织造时导致经纱断头多的原因有：

(1) 在穿综时没按织轴经纱排列顺序穿纱，织造时经纱相互缠绕在一起，导致经纱张力不匀或经纱连接在一起不能分离，进而拉断经纱。此时，应分离经纱，并用正确的接头方式接头，再将纱线依次穿过综丝、钢筘，并将尾端固定在布面上。

(2) 边纱开口不清，织造时剑杆拉断边纱，导致拉断经纱。此时，应重新穿边纱，再固定边纱、接头。

(3) 在梳理固定经纱时，导致经纱张力不匀，引起断头。应先接头再调整经纱张力，使经纱张力保持均匀。

(4) 经纱为股线，没有经过浆纱，经纱毛羽较多，在织造时相互缠绕在一起，导致经纱断头。此时，应分离经纱，再接头。

3.2.3.2 烂边产生原因及解决办法

织造中，打引纬结束时，纬纱释放，但是绞边纱未能锁住纬纱，纬纱回缩导致边纱附近不能顺利织造，引起烂边。此外，织物边纱张力不足也会导致织物烂边。此时，应暂停织机，增加绞边纱张力，使其能锁住纬纱，也要加大织物布边的经纱张力。

（1）纬纱引纬过程没有隔断。织造过程中，引纬芳纶1414复合纱时经常出现纬纱没有割断的情况。原因是芳纶1414复合纱的断裂强力过大，织造时织机割刀不能割断。同时，绞边纱锁边不牢，导致纬纱割不断。此时，应调慢织机织造速度，仔细观察织造过程，若出现纬纱没有割断时，应及时暂停织机，人工手动割断。

（2）经纱张力过大或过小。织造时，经纱张力过大，导致经纱断头经纱张力过小，导致经纱开口不清，不能顺利织造。遇到该问题应该调整织机设计程序，选择合适的经纱张力。

（3）织机速度调节。织机速度过快，在织造时不能及时发现问题，不能及时暂停织机，导致布面疵点增加；织机速度过慢，影响织造效率，浪费时间。应该按实际织造情况调节合适的织机速度，如织芳纶1313复合纱，纬纱强力较小，可以适当调快织机速度；织造芳纶1414复合纱时，纬纱强力较大，极易出现纬纱没有割断的情况，这时应调慢织机速度，以便能够及时暂停织机。

（4）纬纱捻度太大。复合纱纬纱的捻度太大，引纬结束后，纬纱回缩，导致织物缺纬纱，不能织造。在纬纱捻度太大时，采用高温定捻。

4 结语

相同纱线结构下，芳纶1414复合纱的断裂强度、条干均匀度、毛羽等性能优于芳纶1313复合纱，芳纶1313复合纱的断裂伸长率大于芳纶1414复合纱。

相同长丝种类下，包芯纱的断裂强度、条干均匀度等性能优于赛络菲尔纱；赛络菲尔纱的毛羽好于包芯纱，断裂伸长率大于包芯纱。

在织造过程中，选用SL8900Evergreen全自动梭织打样机进行织造。为了使整经过程顺利进行，应选择合适的整经速度。由于整经机没有分绞作用，穿综时，要按照织轴经纱顺序穿综。在保证经纱不断的前提下，考虑到经纱开口清晰、打紧纬纱等问题，经纱上机张力可偏大掌握。为了保证安全和减少经纱断头率，投纬速度和引纬速度应偏小掌握。另外，绞边纱至关重要，可以固定纬纱，并使引入的纬纱保持一定的张力。