LOTAN 纤维性能测试研究*

张莹 贾哲昆 马新安 蔡普宁(陕西省纺织科学研究所，西安，710038)

LOTAN 纤维性能测试研究*

张莹 贾哲昆 马新安 蔡普宁
(陕西省纺织科学研究所，西安，710038)

将LOTAN纤维和几种阻燃纤维的性能，如极限氧指数(LOI值)、回潮率、体积比电阻、断裂强度、热稳定性、化学性能等进行了对比与分析，发现LOTAN纤维:LOI值高于39%，可用于生产阻燃防护纺织品;回潮率高、体积比电阻较大，可纺性差;断裂强度低，但热稳定性好;耐酸性优于耐碱性;烟气毒性试验评定级别为F0～F1，纤维具有良好的环保性能。

LOTAN纤维，阻燃，性能

2012年2月，首届纺织科技新见解学术沙龙与会者一致认为，阻燃纤维应向“提高性能、降低成本”的方向发展，这样才有利于产品的市场应用与推广。同时，总后勤部军需装备研究所教授级高工施楣梧提出，阻燃纤维在向“中高性能、中低价位”方向发展的同时，应把强度、舒适性、适中的价格，兼顾易染色、隔热、少烟、无毒、无熔滴等作为重要的要素加以考虑［1］。

聚丙烯腈纤维，又名腈纶，是由85%(质量分数)以上的丙烯腈和其他单体共聚制成，其有着优良的性能，如密度小，弹性较好，蓬松卷曲柔软，保暖性良好，耐日光和耐气候性优良，耐酸、耐氧化剂并耐一般有机溶剂，产量(质量)在化纤领域超过10%;但其极限氧指数(LOI值)在所有纺织用合成纤维中最低，仅为18%左右，属易燃纤维。

LOTAN纤维是吉林吉盟腈纶有限公司通过共聚阻燃改性、共混阻燃改性、阻燃后整理及热氧化等方法，于2012年开发生产出的一种高性能阻燃纤维，其本质是一种改性腈纶，但其阻燃和耐高温等性能都优于腈氯纶。LOTAN纤维LOI值超过39%，阻燃耐高温性能优异，同时还具有低烟、低毒、不熔融、不收缩、价格较低等特点。这将对开发高性能防护材料、阻燃防火材料和高温耐火过滤材料等产业用纺织品起到积极的促进作用，其在纺织行业具有广阔的应用前景［2-4］。

本文针对LOTAN纤维的物理化学性能进行了研究，并与常见阻燃纤维进行了对比。

1 试验材料

LOTAN纤维(3.0 tex×51 mm，吉林吉盟腈纶有限公司)，阻燃黏胶(2.2 tex×51 mm，奥地利兰精公司)，芳砜纶(2.2 tex×51 mm，上海特氨纶纤维有限公司)，对位芳纶(1.6 tex×51 mm，烟台泰和新材料股份有限公司)，间位芳纶(2.2 tex×51 mm，烟台泰和新材料股份有限公司)，腈纶(2.8 tex×38 mm，吉林吉盟腈纶有限公司)。

2 性能测试及结果分析

2.1 LOI值

采用ON－1型燃烧性试验器(スガ试验机株式会社)，参照GB/T 5454—1997标准［5］，对几种阻燃纤维的LOI值进行测试，结果见表1。

表1 LOI值测试结果

由表1可知:LOTAN纤维的LOI值(高于39%)超过了芳砜纶(33%)、对位芳纶(29%)和间位芳纶(29%)，远高于棉(18%)和腈纶(18%)。因此，LOTAN纤维可应用于耐高温阻燃防火防护用品。

2.2 回潮率

采用YG747C型八篮烘箱(南通宏大实验仪器有限公司制)，参照GB/T 9995—1997标准［6］，对几种阻燃纤维进行回潮率的测定，结果见表2。

表2 回潮率测试结果

从表2可以看出:LOTAN纤维的回潮率最大，达到13.4%。这说明LOTAN纤维的吸湿性在所测阻燃纤维中最好，原因与LOTAN纤维在本质上属腈纶有关。丙烯腈是腈纶纤维的第一单体，即腈纶纤维的主体，其对纤维的物理化学性能发挥着主要作用。丙烯腈纤维大分子中所含的氰基可吸附水分子，同时纤维改性也引入了更多的极性基团。因此，LOTAN纤维的吸湿性较高、回潮率较大。

2.3 体积比电阻

采用YG321型纤维比电阻测试仪(南通宏大实验仪器有限公司)，参照GB/T 14342—1993标准［7］，对几种阻燃纤维进行体积比电阻测试，测试结果取2次平行试验结果的平均值，详见表3。

表3 体积比电阻测试结果

体积比电阻与纤维的可纺性密切相关。当纤维体积比电阻超过1.00×109Ω·cm［测试条件:温度(20±2)℃，相对湿度63%～67%］时，纤维在纺纱过程中易产生静电。如这些静电不能及时消除，则会在纤维表面形成积聚，出现纤维黏连和绕罗拉等现象，使纤维可纺性变差，给纺纱加工带来困难。表3中，除阻燃黏胶外，其他几种阻燃纤维的体积比电阻都高于1.00×109Ω·cm，纺纱都存在一定难度。因此，为了使LOTAN纤维纺纱顺利，需加入一定的水和油剂。

2.4 断裂强度

采用YG004E型电子单纤维强力机(宁波纺织仪器厂)，参照GB/T 14337—2008标准［8］，对几种阻燃纤维的断裂强度进行测试，结果取50次测试的平均值(表4)。

表4 断裂强度测试结果

纤维强度是纤维制品其他物理性能得以充分发挥的必要基础。轴向拉伸是纤维受力的主要形式，纤维的弯曲性能也与其拉伸性能有关，因此纤维的拉伸性能是衡量其力学性能的重要指标［9］。从表4中可以看出，LOTAN纤维的断裂强度仅为1.4 cN/dtex，在所测阻燃纤维中最小，原因与LOTAN纤维在本质上属腈纶有关，腈纶结晶区的不完整性会导致纤维分子链形成侧向有序、纵向无序的不规则排列［10］193，纤维受外力拉伸后易断裂。因此，LOTAN纤维的低强度是其用于纺织防护面料的主要缺陷所在，后续阻燃防护面料开发中应加以解决。

2.5 热辐射性能

2.6 热稳定性

为了解LOTAN纤维在不同温度下的断裂强度变化情况，对其进行了热稳定性测试，结果如图1所示。

图1 LOTAN纤维热稳定性变化曲线

从图1可以看出:随着温度的升高，LOTAN纤维的断裂强度与断裂伸长先增大，并在110℃时达到最大值，随后继续升高温度，断裂强度和断裂伸长降低;当温度从25℃升高到200℃，LOTAN纤维的断裂强度降低了30%，断裂伸长只降低了20%。这表明，LOTAN纤维的热稳定性较好，其在110℃时仍具有较好的断裂强度。

2.7 化学性能

为了解LOTAN纤维的物理性能在化学试剂中的变化情况，分别选用质量分数皆为4%的HCl溶液和NaOH溶液，于60℃处理120 h后测试LOTAN纤维的断裂强度，并与间位芳纶、腈纶进行对比。

2.7.1 耐酸性

耐酸性测试结果如图2所示。

统计学处理 采用SPSS 23.0、Stata 14.0统计软件对数据进行处理。通过SPSS 23.0对数据进行描述分析，将数值变量转化为分类变量，通过单因素方差分析和卡方检验，比较不同年份研究对象年龄、性别及发病率的差异性。采用单因素分析和卡方检验分析研究对象在开放式队列中哮喘发病的影响因素。由于本研究发生哮喘结局的研究对象人数所占总的观察对象比例较小，因此，多因素分析采用适用于罕见结局发生率的多因素Poisson回归模型，使用Stata 14.0统计学软件建立多因素Poisson回归模型，将哮喘发生结局作为被解释变量纳入Poisson回归模型中，该模型设定P<0.05具有统计学意义。

图2 酸对纤维断裂强度的影响

从图2可以看出:经120 h酸处理后，间位芳纶断裂强度变化明显，而LOTAN纤维和腈纶耐酸性相对较好，两者断裂强度只略有下降，原因是LOTAN纤维和腈纶同属于碳链高分子物，大分子主链对酸较稳定，只是大分子侧基可能在酸的作用下发生了部分水解［10］195，造成纤维强度略有下降。

2.7.2 耐碱性

耐碱性测试结果如图3所示。

图3 碱对纤维断裂强度的影响

从图3可以看出:经120 h碱处理后，三种纤维的断裂强度均下降明显，但LOTAN纤维断裂强度降幅小于其他两种纤维。其原因在于LOTAN纤维改性(如共聚阻燃改性、共混阻燃改性及热氧化等)过程中，其大分子链上引入了某些XYZ基团，使氰基数量减少，弱化了本质属腈纶的LOTAN纤维在碱催化下发生水解反应，故而断裂强度高于腈纶;而间位芳纶中的酰胺键在碱性条件下会发生水解，同时60℃的水浴温度会加速水解反应，故而间位芳纶断裂强度降幅最大。

2.7.3 小结

通过耐酸、耐碱性试验可以得出，LOTAN纤维在强酸和强碱的环境中，断裂强度损失在三者中相对较少，且LOTAN纤维更耐酸。因此，LOTAN纤维更适合在酸性环境中使用。

2.8 烟气级别

表5将面密度为150 g/m2的LOTAN纤维非织造材料与其他几种常见阻燃织物的烟气级别进行了对比。

表5 烟气级别对比

从表5可见，LOTAN纤维烟气级别为F0～F1，环保性能良好，其改善了腈纶燃烧过程中会产生氰化氢及其他氰化物等毒性气体的缺点，具有较好的市场前景。

3 结论

通过对比试验可以得出:

(1)LOTAN纤维具有高的回潮率和较大的体积比电阻，纺纱存在一定难度，因此为了使纺纱顺利进行，需加入一定的水和油剂。

(2)LOTAN纤维具有较高的LOI值，良好的热辐射性能，低烟、低毒，可用于开发环保型耐高温阻燃防护纺织品，但这种纤维断裂强度较低，因此可考虑通过混纺提高织物的强度。

(3)LOTAN纤维耐酸、耐碱性相对较好，且耐酸性优于耐碱性，因此，LOTAN纤维更适合在酸性环境中使用。

［1］梁枫，陶璐璐.阻燃纤维性能提上去、价位降下来［N］.中国纺织报，2012－02－28(1).

［2］冷雪妍.吉林化纤成功研发高性能阻燃纤维［N］.中国纺织报，2014－08－05(7).

［3］崔瑞芳.试析我国腈纶工业的现状与发展前景［J］.山东纺织科技，2001(4):54－56.

［4］高敏惠.我国腈纶工业的发展前景［J］.合成纤维工业，2001，24(1):6－9.

［5］GB/T 5454—1997纺织品燃烧性能试验氧指数法［S］.北京:中国标准出版社，1997.

［6］GB/T 9995—1997纺织材料含水率和回潮率的测定烘箱干燥法［S］.北京:中国标准出版社，1997.

［7］GB/T 14342—1993合成短纤维比电阻试验方法［S］.北京:中国标准出版社，1993.

［8］GB/T 14337—2008化学纤维短纤维拉伸性能试验方法［S］.北京:中国标准出版社，2008.

［9］姚穆.纺织材料学［M］.3版.北京:中国纺织出版社，2009:51－53.

［10］崔淑玲，胡雪敏.纤维化学与物理［M］.石家庄:河北科技大学，2003:193－195.

［11］EN ISO 6942－2002 Protect ivec lothing-protect ion against heat and fire——Method of test:Evaluation of materials and material assemblies when exposed to a source of radiant heat［S］.Brussels:European Committee for Standardization，2002.

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The test study on the properties of LOTAN fiber

Zhang Ying，Jia Zhekun，Ma Xin'an，Cai Puning
(The Textile Science and Technology Institute of Shaanxi Province)

The properties of LOTAN fiberwere analyzed and compared with several common flame retardant fibers，such as LOI value，moisture regain，volume specific resistance，breaking strength，thermal stability and chemical properties.The results showed that，LOI value of LOTAN fiber wasmore than 39%，which suited for flame retardant protective textile;moisture regain and volume specific resistance were high，while spinnability was poor;breaking strength was low but thermal stability was good;acid resistance was better than alkali resistance;evaluation lever of smoke toxicity test was F0～F1，which exhibited good environmental performance.

LOTAN fiber，flame retardant，property

TS102.6

:A

:1004－7093(20 15)09－0016－04

*陕西省西部外经贸发展促进资金项目

2014－12－26;修改日期:2015－09－06

张莹，女，1984年生，工程师。研究方向为功能性纺织品和产业用纺织品。