等离子体处理对芳砜纶机织物阻燃性能的影响

黄时建，王天君

(上海工程技术大学 服装学院，上海 201620)

等离子体处理对芳砜纶机织物阻燃性能的影响

黄时建，王天君

(上海工程技术大学 服装学院，上海 201620)

低温等离子体处理可改善芳砜纶机织物的服用性能，但对其阻燃性能的影响目前尚不十分明确。经数理统计分析处理前后织物阻燃性能指标的测试数据，可知在一定条件下，低温等离子处理对织物阻燃性能基本无影响，但处理工艺对阻燃性能中的具体指标有显著影响。

芳砜纶；等离子体处理；织物阻燃性能

纺织材料常用等离子体处理技术来改善其湿润性、黏结性、易染性，改变其物理或电性能，以及提高材料表面的清洁度和抗菌性等[1]。但这些性能的改善应以不降低或少降低材料的基本性能为前提。

芳砜纶是中国自主研发并已实现产业化生产的一种有机耐高温纤维，其化学名称为聚苯砜对苯二甲酰胺纤维(Polysulfonamidefiber)，简称PSA。这是一种在高分子主链上含有砜基(-SO2-)的芳香族聚酰胺纤维，属对位芳纶系列，由于其分子主链上的硫原子处于最高氧化状态，芳香环又难以氧化，因此PSA的耐高温能力很强，且耐热氧性十分出众，在很多领域已经受到广泛的重视和应用[2]，如利用芳砜纶的耐高温特性而采用其机织物制作热防护服[3]。但由于纤维本身的一些缺陷，如体积比电阻高、卷曲稳定性差、摩擦系数偏低，使成品易积聚静电、刚性偏大，润湿性差，从而影响织物的服用性能，表现在舒适性、染色鲜艳度等不佳[4]。

表面处理技术可以改变材料表面的物理、化学性能，从而克服材料本身的一些缺陷。在所有表面处理技术中，等离子体处理是应用最广泛的一种，特别在纺织材料领域[5]。等离子体是带电的正负离子、电子、中性粒子、自由基及各种活性基团等的集合体。因正负电荷整体上相等，故称为等离子体。按粒子温度的高低，可分为高温等离子体(热平衡)和低温等离子体(非热平衡)。低温等离子体是由稀薄气体在低压状态下以激光、射频或微波激发辉光放电产生，技术上相对简易，设备投资低。等离子体处理在材料表面通常产生2种变化：刻蚀和堆砌，这些变化仅发生在距材料表面50～10 nm的表层，因而能显著改善材料的界面性能，而对材料的本体性能影响很小[6-7]。

本研究将对芳砜纶机织物在等离子处理前后阻燃性能指标的变化进行分析和探讨。

1 实 验

1.1 原 理

GB/T 17591－2006《阻燃织物》对阻燃防护服用织物规定了3项燃烧性能指标：损毁长度、续燃时间、阴燃时间，GA 634－2006《消防员隔热防护服》还增加了极限氧指数(LOI)指标。分析这4项指标在等离子体处理前后的数据变化及在各处理条件下的差异，以确定较佳等离子体处理工艺。

1.2 试验方法

以处理介质A、处理时间B和极板间距C为3个因素，每个因素各取3个水平：A1、A2、A3分别是氧气、氩气和大气；B1、B2、B3分别是3、7、12 min；C1、C2、C3分别是10、14、18 mm。共处理9个试样。

1.3 试验方案

采用正交试验法，选用L9(33)的正交表，正交试验方案见表1。

表1 L9(33)正交试验方案Tab.1 Table of orthogonal test L9(33)

1.4 试验材料和仪器

试验材料：机织平纹布，原料为100 %PSA纤维，经密193根/10cm，纬密175根/10cm，153 g/m2。试验前将试样置于标准大气环境[温度：(20±2)℃，相对湿度：(65±3 %)]24 h以上。

试验仪器：STR/1脉冲式空气等离子体试验仪，YG815B织物阻燃性能仪(垂直法)，YG831氧指数仪，YG751B电脑式恒温恒湿箱。

1.5 试验依据

依据GB/T 5455－1997《纺织品 燃烧性能试验垂直法》和GB/T 5454－1997《纺织品 燃烧性能试验氧指数法》。

1.6 指标测试

试验数据见表2。

表2 试验数据Tab.2 Test data

2 试验数据分析

2.1 指标对比

表3 等离子体处理前后指标对比Tab.3 Index comparison between untreatment and treated with plasma treatment

从表3可以看出，等离子体处理对织物的燃烧性能基本无影响，完全符合国标和部标的要求，说明本试验方法所选择的等离子体处理工艺适用于PSA阻燃防护服用织物。

2.2 极差和方差分析

通过极差和方差分析来选择最优处理工艺。

表4 极差分析Tab.4 Analysis of range

从表4中可见，经向损毁长度的极差RA＞RC＞RB，所以因素影响主次程度为A，C，B，而均值ⅡA、ⅡB、ⅡC最小，因此，在不考虑显著性差异的情况下，较佳工艺可选择A2B2C2。同理，纬向损毁长度的因素影响主次程度为B，A，C，较佳工艺A2B2C1或A2B3C1；经向续燃时间的因素影响主次程度为A，C，B，较佳工艺A1B2C3；纬向续燃时间的因素影响主次程度为C，A、B，较佳工艺A1B1C2或A2B1C2；经向阴燃时间的因素影响主次程度为A，B，C，较佳工艺A1B2CX(X＝1，2，3)；纬向阴燃时间的因素影响主次程度为A，B、C，较佳工艺A1B1C2；经向LOI的因素影响主次程度为C、A、B，较佳工艺A2B3C2；纬向LOI的因素影响主次程度为A，B，C，较佳工艺A2B1C1。

表5 方差分析Tab.5 Analysis of variance

从表5中可见，经向续燃时间和经、纬向阴燃时间的FA比、纬向续燃时间的FC比大于9，所以在90 %的置信度上，处理介质对经向续燃时间和经、纬向阴燃时间，极板间距对纬向续燃时间有显著性影响；而其他F比都小于9，所以在90 %的置信度上，处理介质、处理时间和极板间距对其余指标数均无显著性影响。有显著性影响的各较优工艺分别为：经向续燃时间是A1BXCX，纬向续燃时间是AXBXC2，经向阴燃时间是A1BXCX，纬向阴燃时间是A1BXCX。综合考虑，可选择A1B1C2作为等离子体处理工艺方案，即处理介质为氧气、处理时间3 min、极板间距14 mm。在此工艺条件下，PSA机织物的阻燃性能整体没有下降，且某些指标还有提高，而织物的服用性能可获得显著改善。

3 结 论

本试验方法所选择的等离子体处理工艺不会造成PSA机织物的阻燃性能下降，有益于改善织物的服用性；对PSA机织物阻燃性能中的经、纬向续燃时间和经、纬向阴燃时间有显著影响，适宜的工艺方案是处理介质为氧气、处理时间3 min、极板间距14 mm。

[1] 夏彦水，杨建忠.低温等离子体技术在纺织材料表面改性中的应用进展[J].纺织科技进展，2005(3)：5-7.

[2] 宋江超.芳砜纶纤维的发展和应用[J].国外丝绸，2007(2)：38-40.

[3] 任加荣，汪晓峰，张玉华.芳砜纶的市场开发与应用[J].产业用纺织品，2007，25(5)：1-6.

[4] 王付秋，汪晓峰，朱苏康，等.芳砜纶纤维纺纱工艺与措施[J].上海纺织科技，2005，33(8)：46-48，54.

[5] 董卫国.高性能纤维表面处理技术[J].山东纺织科技，2001，11(6)：44-46.

[6] 毛志勇.纺织品低温等离子体表面处理技术介绍[J].非织造布，2003，11(4)：20-22.

[7] 邵敬党.低温等离子技术在纺织材料表面改性中的应用[J].四川丝绸，2005(3)：20-22.

Influence of plasma treatment on flame retardant property of the PSA woven fabric

HUANG Shi-jian, WANG Tian-jun
(Institute of Fashion, Shanghai University of Engineering and Science, Shanghai 201620, China)

The wearable property of PSA woven fabrics can be improved by the low-temperature plasma treatment, however, the mechanism of its flame retardant property is not clear. After the data analysis of the flame retardant property of untreatment and treatmented fabrics by mathematical statistics, the flame retardant property of treatmented fabrics is not less than that of untreatment. Treatment technology has a significant influence on some index specific of the flame retardant property.

PSA; Plasma treatment; Fabric flame retardant property

TS941.12

A

1001-7003(2011)05-0013-03

2010-09-15；

2011-03-14

黄时建(1956－ )，男，高级实验师，主要从事纺织材料功能性处理的研究与应用。