阻燃抗紫外线复合功能窗帘交织物的性能

吴 华， 张红霞， 黄锦波， 祝成炎， 曹丽丹， 袁海萍

(1. 浙江理工大学 纺织纤维材料与加工技术国家地方联合工程实验室， 浙江 杭州 310018；2. 浙江和心纺织有限公司， 浙江 嘉兴 314400； 3. 浙江省纺织测试研究院， 浙江 杭州 310018)

阻燃抗紫外线复合功能窗帘交织物的性能

吴 华1， 张红霞1， 黄锦波2， 祝成炎1， 曹丽丹1， 袁海萍3

(1. 浙江理工大学 纺织纤维材料与加工技术国家地方联合工程实验室， 浙江 杭州 310018；2. 浙江和心纺织有限公司， 浙江 嘉兴 314400； 3. 浙江省纺织测试研究院， 浙江 杭州 310018)

为探讨复合交织工艺对织物性能的影响，通过对试样织物的燃烧性能、紫外线防护系数(UPF)等测试，探讨了纬纱不同交织比对织物阻燃性能及抗紫外线性能的影响。研究表明3种功能纤维相互协调、优势互补,提高了织物的阻燃性能和抗紫外线性能。阻燃腈纶含量与织物阻燃性能呈非线性关系，阻燃腈纶与蜂窝抗紫外涤纶交织比为1∶1时，织物经纬向阻燃性能最好，且没有熔滴。蜂窝抗紫外线含量在15.69%～35.3%时，紫外线透过率与蜂窝抗紫外线涤纶含量呈负相关关系；蜂窝抗紫外线涤纶含量超过15.69%时，紫外线防护系数UPF与蜂窝抗紫外线涤纶含量呈非线性正相关关系，阻燃腈纶与蜂窝抗紫外线涤纶交织比为1∶3时，织物抗紫外性能最好。

阻燃涤纶； 阻燃腈纶； 蜂窝抗紫外涤纶； 交织； 垂直燃烧

现代建筑和居室装饰设计中，采用大阳台、大落地窗、大玻璃隔断已成时尚，与之配套的布艺窗帘、窗纱安全性也需相应提高。普通窗帘只具有一定的遮光性和装饰性，不具备阻燃、抗紫外线功能，无法满足现代生活的需求。窗帘这种垂直悬挂的纺织品，一旦起火，极易形成火势上下迅速蔓延扩散[1]，化纤织物还会产生熔滴及有毒气体，降低火灾逃生机会。阻燃纤维的价格较普通纤维要贵40%左右[2]，以至于一些宾馆、饭店较少购买阻燃织物，其使用的纺织产品后整理法工艺简单，成本较低，悬垂性、透气性不好，不耐洗涤，阻燃效果不持久，仍无法消除火灾隐患。太阳紫外线辐射不仅使纺织品褪色和脆化，更严重的是使人体皮肤晒伤老化，产生黑色素和色斑，诱发癌变，降低人体免疫系统的保护功能，危害人类健康。目前市场上也出现了一些阻燃及抗紫外线功能窗帘，但是单一阻燃或抗紫外线功能的纺织品已不能满足市场需求。多种功能的复合是近几年或未来开发功能性家用纺织品的趋势，亦是改善单一功能性家纺面料的功能缺陷和不足的有效方法。目前纺织纤维进行功能复合主要采取2种方法：1)功能纤维混纺再织造；2)功能纤维纯纺再交织。混纺再织造工艺较复杂，且混纺后纱线的功能性难以保证，而交织工艺简单易行，探讨功能纤维的功能复合交织工艺，并应用于纺织行业，可快速赢取安全性窗帘面料市场份额。

1 功能纤维原料的选用

通过认真调研筛选，经纱原料选择国内工艺较成熟的阻燃涤纶长丝，纬纱原料为阻燃腈纶和蜂窝抗紫外线涤纶。1)阻燃涤纶长丝：由上海佳通超细化纤有限公司提供，纱线线密度为8.30 tex，极限氧指数LOI值为30%～34%；纺丝液中添加磷系阻燃剂，阻燃效果理想持久并且较为环保。其阻燃机制主要是气相阻燃和部分固相成碳阻燃，不仅降低了材料的热释放速率，而且还减少了腐蚀和有害气体的排放[3]。2)阻燃腈纶(0.17 tex×38 mm)：由台湾台塑公司提供，采取共聚阻燃改性法生产，将含阻燃元素的乙烯基化合物作为单体，与丙烯腈及相应的单体进行共聚反应以实现阻燃改性。阻燃剂用量少，阻燃性能良好，而且阻燃效果持久[4]。极限氧指数值(LOI)为29%～33%，不具熔滴效应，可防高温熔融物质接触到身体造成严重的皮肤烫伤。3)蜂窝抗紫外线涤纶(0.17 tex×38 mm)：由浙江上虞弘强彩色涤纶有限公司提供，采用共混熔融方式纺丝，纤维中的纳米TiO2对长波黑斑效应紫外线UVA(波长320～400 nm)、中波红斑效应紫外线UVB(波长275～30 nm)波段的紫外线具有优异的屏蔽功能[5]。

2 试样织物规格设计

影响交织物性能的因素较多，本文采用织造工艺参数一致，避免其他工艺参数对织物性能的影响，就不同的纬纱交织比带来的功能纤维含量的变化而影响织物的功能性进行理论分析和研究，期望能发现功能纤维含量与织物功能性的规律，为合理选用原料交织比，有效开发优质交织阻燃抗紫外线复合功能窗帘面料提供一定的理论依据。

实验采用不同交织比例试织了9组小样。试样织物的工艺参数制定主要参考常用的家用装饰织物经纬纱密度和织物组织结构，组织结构采用五枚经缎，已有研究表明缎纹组织阻燃能力的稳定性较好[6]。织物经纬密分别为800、400根/10 cm。经纱原料：8.30 tex阻燃涤纶长丝；甲纬原料：14.76 tex 纯阻燃腈纶；乙纬原料：14.76 tex 纯蜂窝抗紫外线涤纶。具体规格参数如表1所示。

表1 试样规格参数Tab.1 Specifications of fabrics

注：A1至A9号分别为不同投纬比例的试样织物编号。

织物厚度是影响织物阻燃性能[7]和抗紫外线性能[8]的重要因数之一，从表1中可发现试样厚度具有一定的差异，对织物厚度指标差异按下式进行计算分析，标准织物厚度指标采用试样织物厚度指标的平均值。

式中：Bi为织物厚度指标差异，%；Ai为织物厚度，mm；V为织物厚度的平均值，mm。

计算得织物厚度指标差异均低于5%。在允许误差范围内可以认为试样厚度是相同的，避开了厚度对织物阻燃性能和抗紫外线性能的影响。

3 试样性能测试

3.1 试样燃烧性能

参照GB/T 5455—1997《纺织品 燃烧性能试验垂直法》，采用ATLAS-VFC垂直阻燃测试仪测试织物燃烧性能。试样尺寸为300 mm×80 mm，经纬向各取5块，测试结果如表2所示。

表2 试样织物垂直燃烧测试结果 Tab.2 Vertical burning test results

合成纤维织物的燃烧和阻燃机制是较复杂的过程，涉及很多影响和制约因素。纤维原料、纤维热性能[9]、阻燃剂、织造工艺、织物结构参数、残留碳化物等均可能会对织物燃烧性能产生影响。从9组试样的燃烧性能测试结果来看：除A1织物外，其他织物阻燃效果较好，阴燃和续燃时间均为0 s，经纬向损毁长度<150 mm，没有产生熔滴，不会因高温甚至带火焰的熔滴，引起其他材料的燃烧并使其蔓延，更不会有高温熔融物质接触到身体造成严重的皮肤烫伤[10]，可有效地防止危及人身安全的情况发生，达到了装饰类织物阻燃性能指标B1级水平。但是阻燃涤纶、阻燃腈纶和蜂窝抗紫外线涤纶交织物的燃烧性能并不是3种功能纤维燃烧性能的简单相加，织物燃烧后的损毁长度亦没有因阻燃腈纶含量的提高而逐渐减小，损毁长度值出现较大的浮动。

A1织物虽然有熔滴，但是损毁长度<150 mm，可能原因是纬纱采用了蜂窝抗紫外线涤纶，其纤维中含有纳米级TiO2，已有研究表明TiO2有高稳定性、高熔点，以及良好的热稳定性能，TiO2的加入可提高材料的热稳定性和阻燃性能[11]，本文实验结果与该理论研究相符。阻燃腈纶用量低于23.53%时，各试样织物经向与纬向的损毁长度出现较大的差异，这可能是因为阻燃腈纶含量较小，受阻燃涤纶和蜂窝抗紫外线涤纶的燃烧性能影响偏大造成的。火焰在经向或纬向燃烧时，经纬向纤维热分解速率不同，故织物两侧熔融收缩不同，纬向或经向产生不同的空隙，织物熔融速度不同，导致织物经纬向损毁长度出现较大的差异。阻燃腈纶用量为23.53%～37.66%时，织物经纬向燃烧性能差异较小。阻燃涤纶与阻燃腈纶虽然极限氧指数相近，但A9织物经向损毁长度明显小于织物纬向损毁长度，出现的原因可能与阻燃涤纶和阻燃腈纶阻燃剂的阻燃机制不同及纤维本身的热降解温度，裂解产生的可燃气体等因素有关。火焰在经向垂直燃烧时，纬纱朝两侧开始熔融收缩，燃烧表面生成的残留物结构较致密，硬度较大，卷曲覆盖在邻边纬纱的上面，纬纱紧密板结在一起，形成致密的防火层，可隔绝燃烧材料和外界空气以及燃烧产生的热量，具有比较好的作用能够降低材料的燃烧性能[12]。火焰在纬向垂直燃烧时，经纱朝两侧开始熔融收缩，燃烧表面生成的残留物含有相对较多的碳化物，碳化物疏松易碎起不到隔绝空气和热量的作用，较难阻挡纬纱熔融收缩，因此经向蔓延速度小于纬向，所以纬向损毁长度明显大于经向。

阻燃腈纶：蜂窝抗紫外线涤纶交织比为1∶1，即阻燃腈纶的用量为23.53%，织物经纬向阻燃性能最好。3种功能纤维产生了正面协调作用，阻燃涤纶长丝和阻燃腈纶与蜂窝抗紫外线涤纶的相互交织不仅减小了经纬向损毁长度，又阻止了熔滴的产生。

3.2 试样织物抗紫外性能

参考GB/T 18830—2009《纺织品防紫外线性能的评定》，实验仪器采用UV-1000F抗紫外测试仪。测试结果如表3所示。

由表3得，蜂窝抗紫外线含量低于15.69%时，UVA透过率变化较平缓，其用量在15.69%～35.3%之间时，UVA透过率随着蜂窝抗紫外线涤纶含量的增加而逐渐减少，织物的抗紫外线性能逐渐提高，但是蜂窝抗紫外线涤纶含量为37.66%～47.07%时，TUVA逐渐变大，织物并不是在蜂窝抗紫外线涤纶含量最高的时候，具有最好的抗紫外线性能，可能原因是随着织物中逐渐加入阻燃腈纶，3种纤维能够相互协调，从而提高了织物的抗紫外线性能。而且腈纶大分子本身含有氰基(—CN)，所吸收的紫外线能量可转化为振动能而损耗，可有效地保持分子化学结构的完整性和分子间结构的稳定性[1]，提高织物的抗紫外线性能。

表3 试样织物抗紫外线性能测试结果Tab.3 Results of anti-UV performance test

注：TUVA为UVA紫外线波段透过率；TUVB为UVB紫外线波段透过率。

为研究无熔滴，且达到装饰织物阻燃B1级标准后织物的抗紫外线性能，对A2至A9交织物中蜂窝抗紫外线涤纶的含量与紫外线防护系数UPF作指数增长函数拟合，如图1所示。拟合方程如下式所示，其中R2=0.992 4，蜂窝抗紫外线涤纶的含量为X,织物紫外线防护系数UPF为应变量Y，二者具有显著的相关性。

Y=265.36+5.64e(x/13.91)

由图1得，蜂窝抗紫外线用量低于15.69%时，紫外线防护系数UPF值变化曲线较平缓,其用量在15.69%～37.66%，曲线近乎一条斜线，此时紫外线防护系数UPF值随着蜂窝抗紫外线涤纶用量的增加而逐渐增加。蜂窝抗紫外线涤纶的加入可有效地提高织物的紫外线防护系数。

该系列织物TUVA<5%，紫外线防护系数UPF>50，均达到了防紫外线产品要求，其中阻燃腈纶与蜂窝抗紫外线涤纶交织比为1∶3，即蜂窝抗紫外线涤纶含量为35.30%的时候，织物抗紫外线性能最好。

4 结 论

1)该系列织物燃烧性能和抗紫外线性能测试结果较好，与原料的选择有较大的关系，充分地发挥了纤维本身的优良性能。3种功能纤维复合优势互补，相互协调，达到了原料综合利用的效果，提高了织物的阻燃性能和抗紫外线性能。

2)阻燃涤纶长丝与阻燃腈纶、蜂窝抗紫外线涤纶交织物的燃烧性能测试结果有较大的差异。试样织物的阻燃性能并非随着阻燃腈纶交织含量比的增加使织物损毁长度逐渐下降，二者呈非线性关系。阻燃腈纶用量低于23.53%时，各试样织物经向与纬向的损毁长度出现较大的差异；阻燃腈纶用量在23.53%～37.66%之间，织物经纬向燃烧性能差异较小。阻燃腈纶与蜂窝抗紫外线涤纶交织比为1∶1，织物的阻燃性能最佳，可用于电影院、学校等阻燃要求较高的建筑内窗帘。

3)蜂窝抗紫外线涤纶含量超过15.69%之后，紫外线防护系数UPF值随蜂窝抗紫外线涤纶用量的增加而逐渐增加；蜂窝抗紫外线涤纶用量在15.69%～35.30%时，UVA透过率与蜂窝抗紫外涤纶用量呈负相关关系，阻燃腈纶与蜂窝抗紫外涤纶交织比为1∶3，织物抗紫外性能最好，可用于夏季防紫外线要求较高的大阳台、大落地窗、大玻璃建筑内窗帘。

FZXB

[1] 于伟东.纺织材料学[M].北京:中国纺织出版社,2006:115-117,360-361. YU Weidong.Textile & & Materials[M].Beijing:China Textile & Apparel Press,2006:115-117,360-361.

[2] 张迈健.阻燃织物普及越快越好[J].中国阻燃,2010(6):20-21. ZHANG Maijian.The spread of flame-retardant fabric[J]. China Flame Retardant,2010(6): 220-21.

[3] 李兵.浅析磷系阻燃剂的机理及应用进展[J].化学工程与装备, 2010:122-124. LI Bing.Mechanism and application of phosphorus flame retardant [J].Chemical Engineering and Equipment, 2010(11):122-124.

[4] 徐玲,程博闻,任元林,等.阻燃聚丙烯腈及其纤维的研究进展[J].纺织学报, 2010,31(8):146-148. XU Ling,CHENG Bowen,REN Yuanlin,et al.Flame retardant acrylic and the development [J]. Journal of Textile Research, 2010, 31 (8): 146-148.

[5] 韩克清,余木火.PET/纳米TiO2抗紫外纤维的制备及性能研究[J].合成纤维工业,2005,28(2):2-6. HAN Keqing,YU Muhuo.The preparation and properties of TiO2anti-UV PET[J].China Synthetic Fiber Industry, 2005, 28(2):2-6.

[6] 娄琳,朱小行,姚惠标,等.腈氯纶/汉麻纤维阻燃织物的开发及性能研究[J].浙江理工大学报,2010,27(3):362-363. LOU Lin,ZHU Xiaohang,YAO Huibiao,et al.Acrylic/hemp fiber flame-retardant fabric material development and performance[J].Journal of Zhejiang Sci-Tech University,2010,27(3):362-363.

[7] 王增喜,李焰,谭佩清.不同组织结构阻燃织物性能研究[J].棉纺织技术,2013,41(7):12-15. WANG Zengxi,LI Yan,TAN Peiqing.Studies on the properties of flame-retardant fabrics of different structures[J].Cotton Textile Technology,2013,41(7): 12-15.

[8] 刘杰,周蓉,卢士艳,等.影响抗紫外线纺织品防护性能因素的研究[J].中原工学院学报,2004,15(3):32-34. LIU Jie,ZHOU Rong,LU Shiyan.et al.Effects of anti UV protective properties of fabrics factors of [J]. Journal of Zhongyuan Institute of Technology, 2004,15(3): 32-34.

[9] LZTZKE P M.Thermal analysis of polyester fiber Chemical [J]. International fibers,2000,50(2):49-52. [10] 冯庆立.阻燃涤纶织物的阻燃及抗熔滴研究[D].北京：北京化工大学,2011:1-3. FENG Qingli.Flame retardant and anti melt drop of flame-retardant polyester fabric [D].Beijing: Beijing University of Chemical Technology, 2011:1-3.

[11] MOSURKAL Ravi.Nano composites of TiO2and silo-xane polymers as environmentally safe flame-retardant materials[J].Journal of Macro Science,2008,45:94.

[12] 田素峰,王乐军,马君志,等.阻燃抗熔融粘胶纤维： Anti-fcell[J].纺织导报,2006(11):65-69. TIAN Sufeng,WANG lejun,MA Junzhi,et al.Flame-retardant and anti melting viscose fiber: Anti-fcell[J].China Textile Leader, 2006 (11): 65-69.

Properties of curtain fabric with flame-retardant and anti-ultraviolet composite function

WU Hua1, ZHANG Hongxia1, HUANG Jinbo2, ZHU Chengyan1, CAO Lidan1, YUAN Haiping3

(1. National Engineering Lab for Textile Fiber Materials and Processing Technology, Zhejiang Sci-Tech University, Hangzhou, Zhejiang 310018, China; 2. Zhejiang Hexin United Industrial Co., Ltd., Jiaxing, Zhejiang 314400, China; 3. Zhejiang Textile Testing Institute, Hangzhou, Zhejiang 310018, China)

To investigate the relation between the fabric properties and composite interweaving process. To explore the relationship between combustion performance and anti-ultraviolet performance with the different weft interleaving, the combustion experiment, UPF values of the interweave fabrics are tested. Research shows that three kinds of functional fibers in combination can improve the flame retardant performance and ultraviolet resistance of the fabrics. The content of flame retardant acrylic fabric has a non-linear relationship with the combustion performance of fabrics. When the insertion ratio of flame retardant acrylic fabric to anti ultraviolet polyester is 1∶1, the fabric has the best flame retardant properties, and with no drip. When the content of honeycomb anti-ultraviolet polyester in fabric is 15.69%-35.3%, the content of transmittance (UVA) was negatively related to the content of honeycomb anti-ultraviolet polyester, and when the content of honeycomb anti ultraviolet polyester in fabric is over 15.69%, the content of UPF was non-linear positively correlated with the content of honeycomb anti-ultraviolet polyester. When the insertion ratio of flame retardant acrylic fiber and honeycomb anti-ultraviolet polyester is 1∶3,the fabric the best anti-UV properties.

flame-retardant polyester; flame-retardant acrylic fiber; honeycomb anti-ultraviolet polyester; weaving; vertical burning

10.13475/j.fzxb.20150504205

2015-05-22

2016-02-29

国家国际科技合作专项项目(2011DFB51570)

吴华(1990—)，女，硕士生。主要研究方向为纺织产品设计、纺织品性能等。张红霞,通信作者，E-mail: hongxiazhang8@126.com。

TS 155.6

A