织物结构参数对芳纶织物阻燃性能的影响

颜梦佳 唐洁芳 丁笑君 金艳苹

摘要：根据GA10—2014《消防员灭火防护服》行业标准对灭火防护服外层面料的性能要求，采用同一规格的NomexⅢA纱线设计织造了满足标准的15种不同织物结构参数的芳纶织物，通过垂直燃烧法测定其阻燃性能，并应用灰色关联度分析法探究各织物结构参数对NomexⅢA芳纶织物阻燃性能的影响程度。结果表明：覆盖系数对NomexⅢA织物阻燃性能影响最显著;其次为厚度、单位面积质量;再是单位体积质量;织物组织对织物阻燃性能影响最小。15种织物中，织物组织为2/1斜纹、经密为320根/10 cm、纬密为280根/10 cm，厚度为0.520 mm，单位面积质量为207 g/m2，单位体积质量为0.398 g/cm3，覆盖系数为90.6%的织物阻燃性能最好。

关键词：NomexⅢA;织物结构参数;阻燃性能;灰色关联分析

中图分类号：TS101.1

文献标志码：A

文章编号：1009-265X（2019）01-0027-05

消防防护服作为消防员进行火场灭火和抢险救援作业时必备防护装备之一，普遍采用多层织物组合，由外及内依次为阻燃外层、防水透气层、隔热层和舒适层。其中，阻燃外层需要直接接触火焰和高温，因此阻燃性能是外层织物的基本要求[1]。目前消防服阻燃外层织物的加工一般有3种途径：a）织物的阻燃整理;b）制备阻燃纤维;c）阻燃纤维和阻燃整理相结合[2]。然而阻燃整理后的织物因反复洗涤会使其阻燃效果逐渐减弱，阻燃纤维因其自身的化学结构决定它具有永久的阻燃性能。近年来，随着新材料的不断出现和新技术的不断发展，防护服装的性能不断得到提高，其中芳纶纤维的应用，是个体防护服装领域最重要的进展之一。芳纶纤维是一种有机合成的高科技纤维，分为间位芳纶和对位芳纶两类[3]。芳纶纤维除了出色的阻燃性能外，同时还具有令人满意的综合物理性能、耐恶劣环境的工作性能以及优良的可加工性能[4]，因此，目前该类纤维被大量运用到消防防护服等高性能阻燃防护服中。

研究表明[5—8]：阻燃织物的结构参数，包括纱线结构、织物组织、织物密度、单位面积质量、覆盖系数等，不仅会影响织物的综合物理性能，还会对产品的阻燃性能产生重要的影响。因此，本文为探究织物结构参数对芳纶阻燃织物阻燃性能的影响，采用同一规格的NomexⅢA纱线设计并织造15种不同组织结构参数的芳纶织物，其15种织物均满足GA10—2014《消防员灭火防护服》行业标准中对灭火防护服阻燃外层的要求。通过测定织物的阻燃性能，分析各织物结构参数对其阻燃性能的影响程度，为芳纶阻燃织物的开发与设计提供一定的借鉴和参考。

1实验

1.1纱线的选择

织物纱线选择NomexⅢA，纱线成分由93%Nomex（芳纶1313）纤维、5%Kevlar（芳纶1414）纤维和2%P—140的导电碳纤维组成。Nomex与Kevlar纤维混纺，使织物具有良好阻燃性的同时，可获得较高的强力和耐磨性;与导电碳纤维混纺，使面料具有良好抗静电的性能[9]。纱线的经纬规格均为16 tex×2 750捻/m，纱线直径为0.23 mm，其断裂强力为6.19 N，断裂应变为23.4%。

1.2织物的设计与织造

行业标准中对防火防护服最外层织物的要求有：经、纬向干态拉伸断裂强力不应小于650 N;单位面积质量应在（200±10）g/m2。根据机织物单位面积质量估算公式，得出经向密度加纬向密度的数值在558～604根/10 cm之间;根据机织物断裂强力估算公式，得出经纬向密度均大于211根/10 cm。因此，織物经密设定为320根/10 cm，纬密设定为3个水平，分别为248根/10 cm，264根/10 cm，280根/10 cm。另外，综合考虑真实复杂的火场环境，灭火防护服阻燃外层面料的质地应在满足各服用性能的基础上，保证组织相对紧密。根据市场调研和学者研究，织物组织设计为2/2方平、2/1斜纹、2/2斜纹、2/1斜纹以及斜纹加强筋5种，图1为斜纹加强筋组织图。织物采用SGA 598型全自动剑杆织样机进行织造。

1.3织物结构参数测试与计算

试样均在标准大气下调试24 h，采用YG（B）141D数字式织物厚度仪测试其厚度、采用JA3003B电子天平测试单位面积质量，并计算其组织系数、单位体积质量、覆盖系数。其中，织物组织系数C是描述织物组织松紧程度的指标，C值越小则织物越紧密。表1为试样的具体结构参数。

1.4织物性能测试

测试试样的热稳定性能、缩水率、表面抗湿性能、断裂强力、撕破强力、色牢度以及阻燃性能，判断织物是否符合行业标准。

织物的热稳定性能采用干燥箱对试样加热，测试织物的尺寸变化率;缩水率参照GB/T 8629—2001《纺织品试验用家庭洗涤和干燥程序》洗涤，计算5次洗涤后的缩水率;表面抗湿性能采用YG 813型织物沾水测定仪进行测定;断裂强力、撕破强力实验仪器分别为Instron万能强力仪和YG026PC—250电子强力机;色牢度参照GB/T 3920—2008《纺织品色牢度试验耐摩擦色牢度》、GB/T 3921—2008《纺织品色牢度试验耐皂洗色牢度》、GB/T 8427—2008《纺织品色牢度试验耐人造光色牢度：氙弧》进行等级测试与判断。各性能测试结果见表2。阻燃性能使用垂直燃烧法，采用YG（B）815D—I型垂直法阻燃性能测试仪，参照GB/T 5455—1997《纺织品燃烧性能试验垂直法》进行测试。

2结果与讨论

2.1织物性能分析

织物各性能测试结果见表2，由表2可以看出，15种织物的色牢度、撕破强力、断裂强力、表面抗湿性能、缩水率、热稳定性能均达到行业标准，符合消防防护服最外层面料的要求。

织物阻燃性能测试结果见表3，表3显示，各织物试样的续燃时间、阴燃时间、损毁长度均满足消防服行业标准中的阻燃要求，即防护服外层材料损毁长度不应大于100 mm，续燃时间不应大于2 s，且无熔融、滴落现象。

同时从表3可知，随着织物的组织、纬密、厚度、单位面积质量、单位体积质量、覆盖系数变化时，织物损毁长度相应变化，损毁长度越短，表示其阻燃性能越好。织物组织方面，相同经纬密条件下，毁长度2/1斜纹组织<斜纹加强筋组织<2/2方平组织<3/1斜纹组织<2/2斜纹组织，这是由于织物组织系数越小，织物经纬纱线交织越频繁，空隙减少，致使织物透气性变差，维持燃烧所需氧气不足，燃烧困难;织物覆盖系数方面，纬密决定覆盖系数，从而影响阻燃性能，一是单位面积内阻燃纱线的数量增多，织物阻燃性能显著[10]，二是织物越紧密，氧气的可及性低，故阻燃性能佳;织物厚度方面，织物越厚，织物阻燃性能更佳;织物单位面积质量方面，单位面积质量越大，单位面积内纤维数量越多，织物内部所含氧气越少，织物燃烧困难;织物单位体积质量方面，当单位体积质量增加，织物维持燃烧所需的助燃物增加，即燃烧时氧气的需求量增加，但是一定空间内的空气在一定时间内提供的氧气含量保持相对平衡，加剧了燃烧困难程度，阻燃性随之变强。

3结语

通过对以上15种由同一规格NomexⅢA纱线设计织造的不同织物结构参数芳纶织物的性能测试与数据分析，发现：试样的热稳定性能、缩水率、表面抗湿性能、断裂强力、撕破强力、色牢度以及阻燃性能等均达到GA10—2014《消防员灭火防护服》标准中对灭火防护服外层织物的要求，其中织物阻燃性能与织物结构具有密切关联，织物的组织、厚度、单位面积质量、单位体积质量、覆盖系数等均对阻燃性能产生影响。经灰色关联分析法分析得到，在各个结构参数中织物的覆盖系数对NomexⅢA芳纶织物阻燃性能影响最显著，覆盖系数越大，织物阻燃性能越好，其次为厚度、单位面积质量，再是单位体积质量，而织物组织对织物的阻燃性能影响最小。15种织物中阻燃性能最好的织物结构参数分别是：织物组织为2/1斜纹、经密为320根/10 cm、纬密为280根/10 cm，厚度为0.520 mm，单位面积质量为207 g/m2，单位体积质量为0.398 g/cm3，覆盖系数为90.6%。

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