聚酰亚胺纤维阻燃隔热面料的设计与开发

顾 佳,戴梦男,段金明,卢秋燕,崔 红

(盐城工学院 纺织服装学院,江苏 盐城224000)

聚酰亚胺纤维属于高性能芳杂环高分子聚合物,极限氧指数(loi)高达38%,遇高温明火碳化无熔滴、离火自熄、无毒,可保证织物在高、低温环境下具有良好的机械性能和尺寸稳定性,且耐热氧化性、耐腐蚀、耐紫外性能良好,是制作防护服的理想材料,适用于消防服、石油化工服、金属冶炼安全服、炉前服和防火装饰材料等。

本文设计的聚酰亚胺纤维阻燃隔热面料为三层织物。由外及内三层分别为阻燃层、隔热层和舒适层。最外表层为阻燃层,经纬纱线均使用聚酰亚胺纤维纯纺纱线;中层为隔热层,经纱使用聚酰亚胺纤维纯纺纱线,纬纱使用阻燃涤纶/棉混纺纱;里层为舒适层,经纱为羊绒纤维纱线,纬纱为大豆蛋白纤维/棉纤维混纺纱。该织物由聚酰亚胺纤维、阻燃涤纶纤维、羊绒纤维、大豆蛋白纤维、棉纤维等混纺交织而成,使面料在阻燃隔热的同时手感相对舒适柔软,可以应用于消防、厨房用具、装饰等行业产品的开发,不仅能减少平时使用明火以及高温所产生的危险,而且能够避免产生不必要的损失,从而拓宽纺织品的用途。

1 原料纱线性能

纱线的基本性能对纺织品的开发有着极其重要的作用,如纱线线密度决定织物的厚度(克重)、经纬密度;毛羽影响织造时开口的清晰程度以及织物性能;纱线的强度主要决定此纱线是否能够作为经纱使用。所以在进行织物设计之前,须先对纱线的一些性能进行测试分析,经测试,聚酰亚胺纤维纯纺纱线的线密度为18.2 tex。分别测试了纱线毛羽和拉伸性能,纱线毛羽测试仪器为YG172A纱线毛羽测试仪,纱线拉伸性能测试仪器为YG(B)021DL电子单纱强力机。

1.1 纱线毛羽

试验所得测试数据如表1所示。

表1 纱线毛羽测试结果

纱线毛羽是指伸出纱线表面的纤维,它不仅影响织物的表面性能还影响织物的物理性能。由表1可见,1～3 mm的毛羽数量较多,3 mm以上的毛羽,根数在大幅度减少。所测试的毛羽长度中,毛羽长度越长,其根数也越少,两者呈递减趋势,长度在3 mm以下时,能够使织物具有良好的保暖性、柔软性,但是长度大于3 mm时,纤维之间非常容易缠结在一起,在后面的织造过程中造成开口不清。而聚酰亚胺纤维有着较高的初始模量,相比较而言更容易产生毛羽。

1.2 纱线拉伸性能

试验所得测试数据如表2所示。

纱线强度影响后期织造工序能否正常进行,同等条件下,所使用纱线的强度越高,越有利于织造。从表2可以看出,聚酰亚胺纤维纯纺纱线的断裂强度符合织造时作为经纱要求的强度,能够作为经纱使用。

表2 纱线拉伸性能测试结果

2 织物设计与织造

2.1 设计构思

三层组织有三个经纱系统和三个纬纱系统组成,各自独立的经纬纱交织形成织物的表层、中层和里层。本设计在纺织加工过程中,表层主要起阻燃作用,使用聚酰亚胺纤维的双股纱线作为表层的经、纬纱系统;中层主要隔热,经纬纱线同样使用聚酰亚胺纤维纱线;里层贴近皮肤,为舒适层,以羊绒纱线为经纱、大豆蛋白/棉混纺纱线作为里层的纬纱系统。表、中层面料的设计具有阻燃和隔热的功能性效果,减少高温给人们带来的干扰和危害,里层的设计使得三层面料在阻燃隔热的同时手感相对舒适柔软,使之不仅能够应用于消防,也能用于厨房用具等行业,大大增加了纺织品的附加值。

2.2 织物设计

织物设计主要是成品规格设计,含纱线的选择与设计、经纬纱线密度设计、织物组织设计、织造工艺设计、后处理工艺设计,织造所用纱线主要为金黄色的聚酰亚胺纱线,同时所用阻燃涤纶和棉混纺纱线与羊绒纱线均为有色纱线,所以纱线设计、染整与后处理工艺设计不作相关考虑。

2.2.1 穿综设计

穿综方法应该根据所设计的织物组织、所使用的纱线原料以及所需要的经纬密度来定,常见的穿综方法有顺穿法(将组织循环中的经纱逐一顺次穿入每页综片上)、飞穿法、照图穿法(也叫山形穿法或是对称穿法,将运动规律相同的经纱穿入到同一综框内)、间断穿法以及分区穿法。一般情况下把提综次数较多的经纱穿在前面综框的综丝内。

三层织物中,表层、中层、里层组织的设计为简单的平纹或斜纹,穿综方法大同小异,大体可确定为表层经纱系统穿在前几页综框,中层经纱系统穿在中间位置,里层经纱为最后。

2.2.2 穿筘设计

每筘齿内穿入数的多少,需依据织物的经纱密度、线密度以及织物组织要求的不同,采用不同的穿入数。为了确保织造工序的正常进行,每筘穿入数一般较少,注意应尽可能地使每筘穿入数等于其组织循环经纱数,或组织循环经纱数的约数或者是倍数。

本织物设计选用120筘/10 cm的钢筘,表层经纱与中层经纱穿入同一钢筘,即3入;里层经纱穿到同一筘齿内,即2入。

2.2.3 织物上机图

三层织物组织具体上机图如图1所示,组织图中表、中、里层组织均为平纹,在表示经纬纱组织点的意匠方格里,蓝色表示表、中、里的经纬纱交织的组织点,不同的红色则都是表示接结点。织物组织图所采用的接结方式是中经接表纬、里经接中纬。穿综具体分3个区域:(1)第1、2、3、4页综,穿表层经纱,表示为图中的蓝色;(2)第5、6、7、8、9、10页综框,穿中层经纱,表示为图中的红色;(3)第11、12、13、14、15、16、17、18、19、20页综,穿里层经纱,表示为图中的紫红色。

2.2.4 织造要点

三层织物织造时,经向纱线由3层过渡到2层,再到1层,投纬时,均需按顺序投纬,投中层纬纱时打纬力道不需太重,若中途发现有不合理的地方需及时调整纹板图中接结点位置,以便能够及时调整好纱线排列形成所设计的图案效果。打纬次数较多时容易起毛起球,会造成断经、结头、反面起毛起球等布疵,织造过程中需时刻注意经纱情况。

2.3 织物织造效果

2.3.1 纱线组成

聚酰亚胺纤维阻燃隔热三层织物纱线组成成分分别为:聚酰亚胺纤维纯纺纱线,羊绒纤维纱线,阻燃涤纶纤维/棉纤维混纺纱线,大豆蛋白纤维/棉纤维混纺纱线。

2.3.2 织物成品

聚酰亚胺纤维阻燃隔热三层织物正反面成品图如图2、图3所示。2.3.3 织物效果

图2 织物正面成品图

图3 织物反面成品图

聚酰亚胺纤维阻燃隔热三层织物成品开发的消防服用马甲效果图,如图4所示。

图4 织物效果图

2.4 织物基本性能

对织物的基本性能进行了测试,各项指标如表3所示。

表3 织物基本性能指标

由表3数据分析可得,三层织物的上机幅宽与下机幅宽相差较大。三层织物的厚度相较于一般的多层织物薄。

3 结语

聚酰亚胺纤维阻燃隔热三层织物以聚酰亚胺纤维、阻燃涤纶纤维等纯纺或混纺纱线为原料,以保证织物具有阻燃性、隔热性和舒适性为设计方向,充分利用了聚酰亚胺纤维的各项性能,包括其优异的物理机械性能、良好的热稳定性、保暖性、耐腐蚀性、过滤性以及阻燃性。所设计的三层织物由SL820型半自动织样机织造,表层阻燃,使用的经纬纱线均为聚酰亚胺纤维纯纺纱线;中层隔热,经纱使用聚酰亚胺纤维纯纺纱线,纬纱使用阻燃涤纶纤维/棉纤维混纺纱线;里层舒适,使用羊绒纱线为经纱,大豆蛋白纤维/棉纤维混纺纱线为纬纱。织造的最终成品,层与层之间相互连接较为合理,具备服用性能,可用作防护用服装面料。阻燃隔热面料的设计与开发,降低了火灾带来的伤害和损失,同时也提高了功能性纺织品的使用面与使用率。随着需求的扩大,阻燃隔热面料的使用会有更大的发展空间和市场前景。