薄型抢险救援服内层非织造材料的制备及性能*

伏 磊 黄 晨

东华大学产业用纺织品教育部工程研究中心， 上海 201620

薄型抢险救援服内层非织造材料的制备及性能*

伏 磊 黄 晨

东华大学产业用纺织品教育部工程研究中心， 上海 201620

以涤纶网眼基布、芳纶类纤网、阻燃黏胶纤维水刺布、PTFE微孔膜为基材，制备出2种薄型抢险救援服内层非织造材料，测试并比较2种内层非织造材料的表面形态、热稳定性能，以及拉伸、耐静水压、透湿、透气、隔热等性能，以期为薄型抢险救援服内层非织造材料的开发提供参考。

薄型抢险救援服， 内层非织造材料， PTFE微孔膜， 水刺， 黏合， 热稳定性能， 拉伸性能， 耐静水压， 透湿性能， 透气性能， 隔热性能

近年来，突发性公共安全事件的频发对救援工作提出了更高的要求。救援人员面对的环境具有高度的不确定性，为保障人身安全，有越来越多的研究者开始重视抢险救援服的开发。据统计数据显示，全球区域内抢险救援服的消耗量呈显著上升趋势。我国作为一个服装消费大国，每年需要的防护服数量在1 800万套。由此可见，抢险救援服的开发具有重要的社会意义，其发展前景光明[1]。

常规抢险救援服会大量使用芳纶类纤维，但它们的疏水性较强，如芳纶1313的公定回潮率为6.50%、芳纶1414的公定回潮率为8.00%、芳砜纶的公定回潮率为6.28%[2]， 故其相关制成品不具有透湿的效果，且穿着不舒适。因此，为更好地疏导湿气与汗液，可通过复合亲水性强的材料，如阻燃黏胶纤维等，利用毛细效应加强其吸水能力，有效达到排湿效果[3]。

现有抢险救援服面料由内到外一般由舒适层、隔热层、防水透气层及外层构成(图1)，各层对应的面密度在120、 80、 20、 210 g/m2左右。为使救援人员穿着舒适，薄型抢险救援服的整体面密度不宜过大，故增加防水透气层面密度的同时，应尽量降低舒适层与隔热层的面密度，以确保薄型抢险救援服的轻便性。本文对阻燃黏胶纤维水刺布覆PTFE微孔膜，并用作防水透气层，研究了阻燃黏胶纤维水刺布对薄型抢险救援服内层透湿性能的影响，同时探讨PTFE微孔膜对薄型抢险救援服防水透气性能的影响。

图1 抢险救援服面料结构

1 材料制备

1.1 原材料

试验材料：涤纶网眼基布，面密度为80 g/m2；阻燃黏胶纤维，规格为2.66 dtex×60.00 mm；芳纶1313，规格为2.22 dtex×51.00 mm；芳纶1414，规格为1.67 dtex×51.00 mm；芳砜纶，规格为2.22 dtex×51.00 mm；PTFE微孔膜，孔径为1.9 μm。

1.2 薄型抢险救援服内层非织造材料的制备

根据图2制备薄型抢险救援服内层非织造材料。

(a) 内层非织造材料①的制备

(b) 内层非织造材料②的制备

1.2.1 内层非织造材料①的制备

1.2.1.1 舒适隔热层的制备

按照4∶2∶4的质量比取芳纶1313、芳纶1414、芳砜纶3种纤维，利用AS181A盖板梳棉试验机(南通宏达实验仪器有限公司)梳理成网，参数设定如表1所示，制备面密度为70 g/m2的芳纶类纤网作为隔热层使用[4]。

裁剪幅宽260.00 mm、长700.00 mm的涤纶网眼基布(作为舒适层)，平铺于制备好的面密度为70 g/m2的芳纶类纤网之下，一起送入Auftrags-Nr. T6616水刺机(德国Fleissner公司)。经1道预湿、5道正面水刺后制备出舒适隔热层。具体水刺工艺参数见表2。

表2 舒适隔热层的水刺工艺参数

1.2.1.2 阻燃黏胶纤维水刺布的制备

利用AS181A盖板梳棉试验机对阻燃黏胶纤维进行梳理成网，梳理参数同表1，制备面密度为50 g/m2的阻燃黏胶纤网；然后将制备的阻燃黏胶纤网送入水刺机，经1道预湿、1道正面水刺和1道反面水刺后制备出阻燃黏胶纤维水刺布。具体水刺工艺参数见表3。

表3 阻燃黏胶纤维水刺布的水刺工艺参数

1.2.1.3 阻燃黏胶纤维水刺布与舒适隔热层的复合

将阻燃黏胶纤维水刺布与舒适隔热层从上到下复合，喂入水刺机，进行1道2.5 MPa的预水刺及5道10.5 MPa的主水刺，制备出内层非织造材料①。

1.2.2 内层非织造材料②的制备

1.2.2.1 防水透气层的制备

裁剪幅宽260.00 mm、长700.00 mm的PTFE微孔膜；PTFE微孔膜的纵向每间隔80.00 mm涂上宽10.00 mm、长700.00 mm的黏合剂，横向每间隔80.00 mm涂上宽10.00 mm、 长260.00 mm的黏合剂；将涂覆黏合剂的PTFE微孔膜复合在制备好的阻燃黏胶纤维水刺布上，静置24 h， 得到防水透气层。

1.2.2.2 防水透气层与舒适隔热层的复合

先将制备的防水透气层上覆有PTFE微孔膜的一面，纵向每间隔80.00 mm涂上宽10.00 mm、长700.00 mm的耐高温黏合剂，横向每间隔80.00 mm 涂上宽10.00 mm、长260.00 mm的耐高温黏合剂，再与制备好的舒适隔热层复合(即PTFE微孔膜面与隔热层面黏合)，并静置24 h，得到内层非织造材料②。

1.2.3 小结

表4对制备的试样进行了归纳。

表4 制备的试样

2 性能测试

2.1 测试仪器

YG026MB-250电子强力机(温州方圆仪器有限公司)，YG812DA渗水性测定仪(温州方圆仪器有限公司)，YG601H电脑型织物透湿仪(宁波纺织仪器厂)，YG4616全自动透气量仪(宁波纺织仪器厂)，GY606平板式保温性能测试仪(常州第二纺织机械厂)。

2.2 基本性能

2.2.1 表面形态

采用扫描电子显微镜观察内层非织造材料即试样D和试样E的表面形态。

2.2.2 热稳定性能

据公共安全行业标准要求，防护服在180 ℃的环境中，5 min内的尺寸变化率不得超过10.00%[5]。取制得的内层非织造材料即试样D和试样E放入烘箱中，加热至200 ℃并保持10 min后取出，测试试样放入烘箱前后的尺寸变化情况，并计算收缩率。每种试样各取5块。

2.3 主要性能

2.3.1 拉伸性能

根据GB/T 3923.1—2013《纺织品 织物拉伸性能 第1部分：断裂强力和断裂伸长率的测定(条样法)》，利用YG026MB-250电子强力机测试试样的力学性能，每种试样测5次，记录整个拉伸过程中试样的应力与应变，取其平均值，并得到拉伸性能曲线。

2.3.2 耐静水压性能

按照GB/T 4744—1997《纺织物 抗渗水性测定》，采用YG812DA渗水性测定仪，对试样施加持续递增的水压，并观察渗水现象。当试样表面出现3颗水珠时即完成试验，记录数据。每种试样测4次，所得平均值即为该试样的耐静水压。

2.3.3 透湿性能

根据GB/T 12704.1—2009《纺织品 织物透湿性试验方法 第1部分：吸湿法》，采用YG601H电脑型织物透湿仪，量取34 mL的去离子水倒入透湿杯中，裁取与透湿杯口面积大小相等的试样，用螺丝与盖片将试样固定在透湿杯上，放入透湿仪中[6]。将试验相对湿度设置为90%、温度设置为38 ℃，启动透湿仪。1～2 h后当试样达到试验条件时，去透湿杯，称量试样质量M1(g)，再将试样放入透湿仪中，1 h后取出称量试样质量M2(g)，并根据下式计算透湿量(WVT)：

式中：WVT——透湿量，g/(m2·24 h)；S——测试面积，m2。

2.3.4 透气性能

根据GB/T 5453—1997《纺织品织物透气性的测定》，采用YG4616全自动透气量仪，测试压力为100 Pa。每种试样测8次，测试结果的平均值即为试样的透气率。

2.3.5 隔热性能

根据GB/T 11048—2008《纺织品 生理舒适性 稳态条件下热阻和湿阻的测定》，采用GY606平板式保温性能测试仪，将温湿度设定为稳态条件。每种试样测3次，测试结果的平均值即为试样的热阻。

3 测试结果与讨论

3.1 薄型抢险救援服内层非织造材料的基本性能

3.1.1 表面形态

图3为试样D和试样E的扫描电镜照片。

(a) 试样D(内层非织造材料①)

(b) 试样E(内层非织造材料②)

试样D中，高压水针的作用使得部分芳纶类纤维、阻燃黏胶纤维穿过涤纶网眼基布，并相互缠绕、纠结，使由涤纶网眼基布构成的舒适层与隔热层、阻燃黏胶纤维水刺布复合。故图2(a)中阻燃黏胶纤维水刺布面密度更高。

试样E中，由涤纶网眼基布构成的舒适层与隔热层进行了水刺复合，并未与黏合剂直接接触；而隔热层通过黏合剂与防水透气层的PTFE微孔膜黏合。故图2(b)中涤纶网眼基布未受到黏合剂的影响，透过阻燃黏胶纤维水刺布能明显看到黏合剂及PTFE微孔膜的存在。

3.1.2 热稳定性能

表5为试样放入烘箱前后的尺寸变化情况。

表5显示：试样D和试样E的纵横向收缩率都在2.00%以下，这与制备薄型抢险救援服内层非织造材料所用的都是高熔点纤维有关，如芳纶1414的熔点高达560 ℃，芳纶1313和芳砜纶在300 ℃以上才发生一些微弱的变形，阻燃黏胶纤维在200 ℃时也不分解。

表5 试样放入烘箱前后尺寸变化情况

3.2 薄型抢险救援服内层非织造材料的主要性能

3.2.1 拉伸性能

由于试样E的黏结采用的是纵横交错的网格式涂胶方式，其内层不是完全黏结的，故无法制作拉伸试样用于拉伸试验。但若进行全面积覆盖式涂胶，限于试验条件，手工涂胶会导致黏合剂分布不匀，测出的拉伸性能不能代表真实试样。故本文仅对试样D进行了纵横向拉伸性能测试(图4)。

(a) 纵向

(b) 横向

试样D的纵向拉伸曲线[图4(a)]共1个阶段，当纵向应变到达33.8%时，纵向应力达到最大，约7.0 MPa (相当于250 N的拉力)，之后应变继续加大，应力急剧下降。而试样D的横向拉伸曲线[图4(b)] 共分2个阶段：第一阶段，当横向应变达到65.5%时，横向应力达到最大，为3.5 MPa(相当于125 N的拉力)，之后随着应变的加大，应力急剧下降，但接着第二阶段又出现了1个峰值，原因在于横向拉伸时，涤纶网眼基布与断裂的非织造材料脱层，涤纶网眼基布再次被拉伸。

3.2.2 耐静水压性能

公共安全行业标准GA 633—2006《消防员抢险救援防护服装》中明确规定，抢险救援服的耐静水压不得低于17 kPa[5]。测得试样A～试样E的耐静水压如图5所示。

图5 试样的耐静水压

图5中：试样A与试样C水刺复合成试样D，试样D的耐静水压高于试样A、低于试样C；试样B与试样C经黏合剂复合形成试样E，试样E的耐静水压高于试样B和试样C；试样A与试样B分别是覆膜前后的阻燃黏胶纤维水刺布，试样D与试样E是2种不同的内层非织造材料，两者的耐静水压相差近10 kPa。

分析其原因：试样A中阻燃黏胶纤维具有吸水性，故无法阻止蒸馏水透过，其耐静水压低；试样C由芳纶类纤网和涤纶网眼基布水刺而成，纤维都具有较高的拒水性，且形成的非织造材料紧密，即具有一定的耐静水压性能，但当水压增大时，水刺非织造材料因孔隙较大故无法阻止液态水通过[7]；试样D因阻燃黏胶纤维在水刺加固过程中，部分与试样C进行了穿插渗透，故液态水会通过阻燃黏胶纤维直接透过试样C，使试样D的耐静水压低于试样C；试样B和试样E中都含有PTFE微孔膜，液态水在低压状态下无法透过，故两者都具有较高的耐静水压，其中试样E是通过黏合剂复合的，液态水在通过试样B后再透过试样C，故试样E的耐静水压较试样B高。

3.2.3 透湿性能

公共安全行业标准GA 633—2006《消防员抢险救援防护服装》规定，抢险救援服的水蒸气的透过量不应低于5 000 g/(m2·24 h)[5]。测得试样A～试样E的透湿量如图6所示。

图6 试样的透湿量

图6中：试样A的透湿量达8 300 g/(m2·24 h)， 为最高值，试样D相对于试样C透湿量增幅明显，试样E相对于试样B透湿量增幅不明显；试样D由试样A与试样C水刺加固而成，其透湿量大于试样C、小于试样A；试样E由试样B与试样C通过黏合剂复合而成，其透湿量大于试样B、小于试样C。

分析其原因：试样A因阻燃黏胶纤维存在而具有较高的亲水性能，水蒸气可通过阻燃黏胶纤维水刺布与外界形成较好的热湿循环；试样C中的芳类纶纤维与涤纶网眼基布都具有拒水性，水蒸气流通受到阻碍，故试样C透湿量低于试样A；试样D由试样A与试样C水刺加固而成，在实际应用中，水蒸气先接触涤纶网眼基布再穿过阻燃黏胶纤维层，即由疏水层向亲水层流通，根据毛细管效应，水蒸气易于从疏水层透向亲水层[8]，试样D的透湿量大于试样C；试样B与试样E中的PTFE微孔膜会对水蒸气的流通产生阻碍，因此覆膜试样的透湿量偏低，加之试样E由试样B与试样C复合而成，应用过程中水蒸气从涤纶网眼基布通向阻燃黏胶纤维层，是从疏水层向亲水层流通，但由于PTFE微孔膜的存在，故试样E的透湿量只是略高于试样B[9]。

3.2.4 透气性能

测得试样A～试样E的透气率如图7所示。

图7 试样的透气率

图7中：试样A的透气率最高(在620 mm/s左右)，试样C与试样D的透气率都在550 mm/s左右，试样B与试样E的透气率在80 mm/s左右；试样D的透气率与复合前的试样C相差不大，但低于试样A；试样E的透气率与复合前的试样B相差不大，但远低于试样C。

分析其原因：试样A为阻燃黏胶纤维水刺布，面密度为48 g/m2，薄且不紧密，故纤维间孔隙大，气体流通顺畅，即透气率高；试样C中的涤纶网眼基布具有较大的网眼，对气体流通没有阻碍，但芳纶类纤网与涤纶网眼基布水刺加固后，部分芳纶类纤维会穿插网眼，使舒适隔热层变紧密，但相对于传统纺织材料仍具有较大的孔隙，对气体流通阻碍低，故试样C的透气率较高[9]；试样D是试样A与试样C水刺加固而成的，同为水刺非织造材料，且在加工过程中设置的水刺压力、水刺道数和输网帘速度基本一致，故试样D的透气率与试样C相差不大；试样B与试样E中都有孔隙为1.9 μm的PTFE微孔膜，气体很难通过，这使得覆膜试样的透气率极低，加之，试样E是试样B与试样C复合而成的，试样C的透气率较高，其对成衣影响低，故试样E的透气率与试样B更为接近。

3.2.5 隔热性能

测得试样A～试样E的隔热性能如图8所示。

图8 试样的隔热性能

图8中，试样A、试样C、试样D三者的热阻呈逐渐上升的趋势，试样B相对于试样D热阻发生了急剧上升；试样D由试样A与试样C水刺加固而成，故试样D的热阻大于复合前各层热阻，即隔热性能更好；试样E由试样B与试样C通过黏合剂复合而成，其热阻大于复合前各层热阻，隔热性能提升。

分析其原因：试样A由阻燃黏胶纤维水刺加固而成，面密度为48 g/m2，薄且不紧密，故热阻低、热传递系数高、隔热性能低；试样D与试样C中都含有具有较强的隔热性能的芳纶类纤维，穿着过程中人体表面代谢出的热湿气无法及时排出，加之试样D的面密度大于试样C和试样A，故试样A、试样C、试样D三者的隔热性能呈递增趋势；试样E与试样B中都含有微米级PTFE微孔膜，故热湿循环受阻，人体产生的热湿气与汗液无法及时排出，使得覆膜试样的隔热性能都较高，加之，试样E由试样B与试样C通过黏合剂加固复合而成，其面密度与厚度大于复合前的各层，且黏合剂复合不改变各层的结构与性能，故试样E的热阻最高。试样热阻越大，则热传递系数越低，因此试样E的热传递系数最低。

4 结 语

(1) 开发的薄层抢险救援服内层非织造材料将现有防护服的舒适层、隔热层、防水透气层合并为一层，减轻质量的同时满足了抢险救援服的使用要求，为后续成衣的加工提供了便利。

(2) 在使用黏合剂复合防水透气层与舒适隔热层的工艺中，设计了一种纵横交错的网格式局部黏涂方式，相较于现有抢险救援服采用的全面积覆膜工艺，该工艺提高了整体内层非织造材料的透气性，使其在穿着中具有更高的舒适性。

(3) 复合有阻燃黏胶纤维水刺布的防水透气层，既可有效防止PTFE微孔膜受损，又能充分利用黏胶纤维的吸湿性，提高整体内层非织造材料的舒适性，在透湿性能上优于现有的抢险救援服。

(4) 使用PTFE微孔膜可极大提高薄型抢险救援服的耐静水压，但此类膜的存在亦会影响薄型抢险救援服的穿着舒适性，故在对防水性要求较低的使用环境中，可使用不含PTFE微孔膜的阻燃黏胶纤维水刺布作为防水透气层。

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Preparation and properties of inner nonwovens for the thin type of emergency rescue garment

FuLei，HuangChen

Engineering Research Center of Technical Textiles， Ministry of Education， Donghua University， Shanghai 201620， China

By using polyester mesh base cloth， aramid fiber web， flame retardant viscose fiber sunplace cloth， PTFE microporous membrane as base materials， two kinds of inner nonwovens for the thin type of emergency rescue garment were made. The surface morphology， thermal stability， as well as properties of tension， hydrostatic pressure， moisture permeability， air permeability and heat insulation of the two kinds of inner nonwovens were tested and compared， hoping to provide reference for the development of the inner nonwovens for the thin type of emergency rescue garment.

thin type of emergency rescue garment， inner nonwovens， PTFE microporous membrane， spunlace， bond， thermal stability， tensile property， hydrostatic pressure， moisture permeability， air permeability， heat insulation

*上海市教育委员会和上海市教育发展基金会“晨光项目”(14CG34)；中央高校基本科研业务专项资金资助项目(2232014D3-15)

2016-09-27

伏磊，男，1991年生，在读硕士研究生，研究方向为非织造材料的结构与性能

黄晨，E-mail：hc@dhu.edu.cn

TS174.8

A

1004-7093(2017)05-0008-08