新型防护服水刺隔热层材料的性能研究*

贾亚楠 殷保璞 靳向煜 黄 晨 许建琴 王 静

1. 东华大学产业用纺织品教育部工程研究中心， 上海 201620；2. 上海八达纺织印染服装有限公司， 上海 200042



新型防护服水刺隔热层材料的性能研究*

贾亚楠1殷保璞1靳向煜1黄 晨1许建琴2王 静2

1. 东华大学产业用纺织品教育部工程研究中心， 上海 201620；2. 上海八达纺织印染服装有限公司， 上海 200042

为开发性价比高的防护服隔热层材料，采用水刺工艺制备不同耐高温纤维质量配比的非织造隔热层材料，分析芳砜纶、芳纶1313、芳纶1414不同混纺比隔热层的力学、透气、热稳定、阻燃及热防护性能。结果表明：随着芳砜纶含量的增加，隔热层的阻燃、热稳定性能提高，但力学性能下降；隔热层中芳砜纶/芳纶1313/芳纶1414的质量配比为40/40/20时，性价比最高。

防护服，隔热层，水刺，芳纶1313，芳纶1414，芳砜纶，阻燃，热稳定，热防护性能

消防服是保护消防员人身安全的重要装备。消防服的结构从内到外依次为舒适层、隔热层、防水透气层、外层，其中，隔热层要求具备良好的隔热、防热辐射性能[1]。目前市场上的隔热层大多采用芳纶1313和芳纶1414混纺，质量配比为70/30或80/20，这种隔热层能够满足防火隔热的基本要求，但成本太高。本文研究加入一种新的阻燃纤维——芳砜纶的消防服隔热层材料的性能。芳砜纶的性能与芳纶1313相似，但价格较便宜。用芳砜纶取代部分芳纶并采用水刺工艺来加工隔热层材料，力求在满足隔热层阻燃、隔热等性能要求的基础上，使成本更低。这对拓展具有我国自主知识产权的芳砜纶的应用具有重要意义。

1 试样制备

采用相同的成网、水刺工艺，加工7种不同混纺比的芳砜纶/芳纶1313/芳纶1414隔热层，隔热层的面密度均设计为70 g/m2。

1.1 试样制备的技术路线

计算各纤维使用量→称量→手工扯松混合→梳理机开松梳理(二道)→水刺→晾干。

1.2 试样制备的设备及工艺参数

试样制备主要包括梳理成网、水刺加固两个工艺。

梳理成网采用AS181A型梳棉试验机，接收辊表面积为0.189 8 m2。由接收辊面积和隔热层面密度可计算出每种隔热层需要的纤维总量为70×0.189 8=13.286(g)。考虑到梳理过程中会有纤维损失，实际梳理纤维量设为14.5 g。

水刺加固采用德国Fleissner公司的Auftrags_Nr.T6616型水刺机，水刺工艺参数如表1所示。水刺分为预湿和主水刺两道工序。预湿的目的是压实蓬松的纤网，排出纤网中的空气，使准备接受主水刺加固的纤网预先吸收部分水分，并将纤网稍压实。因预湿阶段纤网中的纤维缠结不紧密，纤网易遭到破坏，所以水刺压力设计得较小。主水刺的水刺道数设计为5道，纤网正反面轮流水刺，每一道的水压逐步升高，使纤网逐步加固成具有一定强力的水刺产品。

表1 水刺工艺参数

1.3 试样制备的规格

经过梳理成网、水刺加固工艺后制作出的隔热层规格如表2所示。

表2 隔热层规格

由表2可看出，从样品1到样品3，芳纶1313含量逐渐减少，芳砜纶含量逐渐增加，样品4到样品7同样如此。其中，样品1和样品4的质量配比是市场上现有产品的配比，主要用作对照；芳纶1313和芳砜纶性能相似，所以主要改变它们的比例，分析其对隔热层性能的影响。

试验中所用的芳砜纶短纤由上海特安纶纤维有限公司提供，规格为2.22 dtex × 51 mm；芳纶1414是烟台泰和新材料股份有限公司生产的泰普龙短纤，规格为1.67 dtex × 51 mm；芳纶1313是烟台泰和新材料股份有限公司生产的泰美达短纤，规格为2.22 dtex× 51 mm。

2 性能测试及分析

对上述7种隔热层样品进行力学、透气、热稳定、阻燃、热防护性能的测试，并进行比较和分析，找出性价比最高的隔热层成分。

2.1 性能测试方法

试验涉及到的性能测试、参照标准及使用仪器型号如表3所示。

2.2 测试结果及分析

2.2.1 顶破强力

对隔热层进行顶破测试时，其各方位是同时受力的，顶破强力的大小反映了隔热层抵御外界破坏能力的强弱。顶破强力测试结果如图1所示。

表3 隔热层性能测试参照标准及仪器

图1 隔热层顶破强力

由图1可知，从样品1到样品3，隔热层的顶破强力呈下降趋势。原因分析：芳砜纶的卷曲稳定性较差，纤维表面的摩擦系数低[3]，纤维间的抱合能力差，在受到外界作用力时，纤维间易产生滑移，所以随着芳砜纶含量的增加，隔热层的顶破强力下降。样品4到样品7同理，顶破强力也呈下降趋势。

2.2.2 透气性能

在消防作业中消防员会出大量的汗，消防服必须能及时将热气排出，从而为消防员提供更好的舒适性。隔热层透气率的大小反映了其排出气体的快慢。透气性测试结果如图2所示。

图2 隔热层透气率

由图2可知：7个样品的透气率都大于2 500 mm/s，远超过常规机织物的透气性[2]，达到了服用要求；从样品1到样品3，隔热层的透气率呈上升趋势，这是因为芳砜纶表面的摩擦系数低[3]，纤维间的抱合能力差，纤维间结合不够紧密，隔热层孔隙较大，所以随着芳砜纶含量的增加，隔热层的透气性能提高；样品4到样品7同理，隔热层的透气率也呈上升趋势。

2.2.3 热稳定性能

隔热层面料在高温环境中必须有一定的尺寸稳定性，GA 10—2014规定，隔热层材料在260 ℃的环境中放置5 min后，其经、纬向的尺寸变化率不应大于10%[4]。热稳定性能测试结果如图3所示。

图3 隔热层热收缩率

由图3可知：7个样品在300 ℃的烘箱中放置24 h后，纵、横向热收缩率均小于10%，满足GA 10—2014的规定；从样品1到样品3，隔热层的热收缩率呈下降趋势，这是因为芳砜纶的耐热性优于芳纶1313[5]，在高温环境中尺寸稳定性更好，所以芳砜纶含量越高，隔热层的热稳定性能越好；样品4到样品7同理，热收缩率也呈下降趋势。

2.2.4 洗涤后阻燃性能

织物具有的明显推迟火焰蔓延的性质称为阻燃性。消防服必须具备优异的阻燃性能，且其阻燃性能在多次浸水后也必须达到一定的要求。GA 10—2014规定，隔热层面料经过25次洗涤后，损毁长度不应大于100 mm，续燃时间不应大于2 s，且不应有熔融、滴落现象[4]。

将各样品经过25次洗涤后，垂直阻燃测试结果：(1) 7个样品的续燃时间均为0 s，阴燃时间均小于2 s；(2) 7个样品的损毁长度如图4所示。

图4 隔热层损毁长度

由图4可知：7个样品经过25次洗涤后进行阻燃测试，损毁长度均小于100 mm，符合GA 10—2014的规定；从样品1到样品3，隔热层的纵、横向损毁长度均呈下降趋势，这是因为芳砜纶的极限氧指数高于芳纶1313[5]，相对于芳纶1313，芳砜纶更不易燃烧，所以芳砜纶含量越高，隔热层的阻燃性能越好；样品4到样品7同理，损毁长度也呈下降趋势。

2.2.5 热防护性能

热防护性能是指透过织物引起人体二度烧伤的热量值[3]，又称TPP值。TPP值越高，织物的热防护能力越强。7个样品的热防护性能测试结果如图5所示。

图5 隔热层TPP值

由图5可知，各隔热层的TPP值相差不大，但仍呈现一定的规律性，从样品1到样品3，TPP值先增大后减小，样品4到样品7也呈现同样的规律。分析其原因，热防护性能的测试是直接用火焰将布点燃，火焰很大，对织物有一定的冲击性，所以热防护能力的大小除了取决于纤维的阻燃、耐热性能外，也与织物本身的孔隙有关，孔隙越大，织物的透气性越好，热气越容易透过，TPP值也就越低。从样品1到样品3，随着芳砜纶含量的增加，织物的阻燃、耐热性能提高，但是由于芳砜纶的成网性能不好，织物的孔隙也逐渐增大，热气也更容易通过；对样品2来说，芳砜纶的阻燃、耐热起更大作用，所以其TPP值比样品1高；对样品3来说，其芳砜纶含量更高，织物的孔隙起主要作用，其TPP值反而下降。同理，样品4到样品7的TPP值也是先增大后减小。

3 结语

随着隔热层中芳砜纶含量的增加，隔热层的阻燃、热稳定性能提高，但力学性能下降。就隔热层的工业生产而言，TPP值是最重要的参考指标，而其他性能满足国家标准及实际应用即可。所以综合来看，建议隔热层中芳砜纶/芳纶1313 /芳纶1414的质量配比为40/40/20，这种隔热层与市场上现有的隔热层相比，不仅热防护性能更好，而且成本更低。

[1] 赵永旗. 消防服的发展现状和趋势[J]. 纺织科技进展, 2013(3): 15-17.

[2] 楼利琴, 励宏, 黄锐镇. 不同混纺比芳纶、芳砜纶隔热层水刺非织造布性能分析[J]. 纺织学报, 2013，34(6): 46-50.

[3] 陈振宏. 基于芳砜纶纤维的永久性阻燃面料研究与开发[D].石家庄：河北科技大学, 2010.

[4] 公安部上海消防研究所.消防员灭火防护服：GA 10—2014[S].北京：中国标准出版社，2014.

[5] 季萍, 孙俊河, 何琴, 等. 芳香族聚酰胺纤维的性能与应用[J]. 中国纤检, 2010(23): 76-77.

Study on the performance of a novel spunlaced heat insulation layer for protective clothing

JiaYa’nan1，YinBaopu1，JinXiangyu1，HuangChen1，XuJianqin2，WangJing2

1. Engineering Research Center of Technical Textiles, Ministry of Education, Donghua University, Shanghai 201620， China；2. Shanghai Bada Textiles Co.,Ltd.， Shanghai 200042， China

To develop an insulation layer with high performance to price ratio for protective clothing, the performance of spunlaced nonwovens of polysulfonamide(PSA),aramid 1313 and andaramid 1414 fibers at different blending ratios was investigated in terms of mechanical performance，air permeability，high temperature resistance, flame retardancy and thermal protective performance(TPP). The results showed that the flame retardancy and high temperature resistance were improved, but the mechanical performance declined with the increase of the content of PSA fiber in the insulation layer. Consequently, when an optimal blending ratio of PSA/aramid 1313/aramid 1414 fibers was 40/40/20, the performance-price ratio was highest.

protective clothing, insulation layer, spunlace, aramid 1313, aramid 1414, PSA, flame retardancy, high temperature resistance, thermal protective performance

*上海纺织(集团)有限公司技术创新项目(2014-zx-01-1)

2015-04-10

贾亚楠，女，1990年生，在读硕士研究生，研究方向为消防服的结构和性能特征

黄晨，E-mail：hc@dhu.edu.cn

TS171.9

A

1004-7093(2016)02-0013-04