阻燃多层织物的设计与性能测试

高 乐 刘君妹

(1.陕西省现代建筑设计研究院，陕西西安，710048；2.河北科技大学，河北石家庄，050018)

功能性纺织品通常指常规纺织产品除具有保暖、遮盖和美化功能之外还具有其他特殊功能的纺织品，其特殊功能主要通过使用各种功能性纤维，或对纤维、纱线、织物和纺织产品进行物理或化学的功能性加工等方法获得[1]。目前国内外对具有防护功能性的纺织品研究比较重视，如防静电、防电磁波辐射、防热、阻燃等纺织品。阻燃织物由于其特有的阻燃性能，广泛应用于很多行业和领域当中，如消防、军事、焊工等工作用的服装和手套。阻燃纤维是在国家“863”计划研究成果基础上开发的一种具有阻燃抗熔滴性能的高技术纤维新材料。目前按阻燃纤维的载体成分可分为阻燃粘胶纤维、阻燃涤纶纤维、阻燃腈纶纤维、阻燃芳纶纤维等。

在原料相同的条件下，纺织品的阻燃性能与织物的厚度、单位面积质量、织物组织等有关。当织物的厚度基本相同时，单位面积质量越大，热阻值越大，织物的阻燃性能越好，因此织物必须具有一定的单位面积质量才能满足军事、消防用纺织品的要求[2]。本文开发的产品主要用于军用手套，在满足用户对单位面积质量及燃烧性能要求的前提下，保证织物具有一定的舒适性。由于所要求的织物单位面积质量较大，故采用多层织物的组织结构设计方案。通过测试对比几种织物的性能，为相关产品开发提供参考。

1 多层织物规格设计及织制

1.1 原料性能

以阻燃腈纶/棉68/32 62.5 tex纱为原料。纱线强力626.75 cN，强度10.03 cN/tex，最低强度9.37 cN/tex，断裂伸长率10.46%，强力CV值17.0%。

1.2 织物密度的计算

在纱线线密度相同的条件下，织物的组织结构、经纬密、单位面积质量及织物厚度等均会影响织物力学性能、舒适性及阻燃性能[3]。为研究织物组织对织物性能的影响，试验设计相同的经纬密度。纬密设计为240根/10 cm，根据用户提出的织物单位面积质量不低于450 g/m2的要求，推算经密。经纬纱的线密度均为62.5 tex，由织物单位面积质量的计算公式可知，经密与纬密的和达到720根/10 cm才能满足织物单位面积质量的要求，因此在确定纬密240根/10 cm条件下，经密应不小于为480根/10 cm。

1.3 织物组织的设计

试验用原料的线密度较大，能满足织物单位面积质量要求的单层织物的舒适性较差，故选用接结双层和接结三层组织织物。基础组织设计为二上二下右斜纹组织、二上二下方平组织、五枚三飞经面缎纹组织。双层斜纹织物表里层组织均为二上二下右斜纹，表里层经纬纱排列比1∶1；双层缎纹织物表里层组织均为五枚三飞经面缎，表里层经纬纱排列比1∶1；双层方平织物表里层组织均为二上二下方平，表里层经纬纱排列比1∶1；三层斜纹织物表中里层组织均为二上二下右斜纹，表中里层经纬纱排列比1∶1∶1。

1.4 织物的织制

1.4.1 筘号与总经根数的计算

通过查阅资料，选择织物的纬纱缩率4.0%，钢筘的筘号=[经密×(1-纬纱缩率)/地经穿入数]=[480×(1-0.04)/4]=115.2(齿/10 cm)。根据实验室现有的钢筘筘号，最终选取筘号为118齿/10 cm。

织物在Y200S型电子小样织机上完成织造。设计织物的幅宽20 cm，布边组织为二上二下纬重平，每边4根，共计8根，故每种织物的总经根数=织物幅宽×经纱密度/10+边纱根数=20×480/10+8=968(根)。

1.4.2 织物上机设计

穿综图采用分区穿的方式，4种织物的上机图如图1～图4所示。

图1 斜纹双层织物上机图

图2 方平双层织物上机图

图3 缎纹双层织物上机图

图4 斜纹三层织物上机图

1.5 织物的实际规格

织造完成后，首先测试了织物的实际经纬密和单位面积质量。按照GB/T 3820—1997《纺织品和纺织品厚度的测定》，利用YG141型织物厚度仪测试各种织物厚度。测试结果见表1。

由表1可知，织物的经纬密与设计的误差不大，4种织物单位面积质量均能满足用户要求。

表1多层织物的实际规格

织物种类经密/根·(10 cm)-1纬密/根·(10 cm)-1织物厚度/mm单位面积质量/g·m-2双层斜纹织物双层缎纹织物双层方平织物三层斜纹织物4864704885042682482642821.8891.6741.7631.978469452466478

2 织物的性能测试

根据GB/T 3923.1—1997《织物断裂强力和断裂伸长率的测定》、GB/T 3923.2—1997《织物断裂强力和断裂伸长率的测定》，采用YG028A型织物拉伸测试仪测试织物的强伸性能。试样规格150 mm×50 mm，拉伸速度200 mm/min。

根据GB/T 4802.1—2008《纺织品 织物起毛起球性能的评定 第一部分：圆轨迹法》，采用YG522型织物耐磨仪测试织物的起毛起球性能。试样规格D140 mm，砂轮型号A-280型，选择125 cN的压力加压，设定摩擦圈数300圈。

根据GB/T 5453—1997《纺织品 织物透气性的测定》，采用YG461E/Ⅱ型数字式透气量仪对织物透气性能进行测试。试样面积20 cm2,压差设定100 Pa，透气量设定200 mm/s。

根据GB/T 10297—2015《非金属固体材料导热系数的测定 热线法》，采用TC3000E型便携式导热系数仪测试织物的热传导性能。试样厚度≥0.3 mm，边长≥25 mm，每块样品的质量小于1 kg。

根据GB/T 5455—2014《纺织品 燃烧性能 垂直方向 损毁长度 阴燃和续燃时间的测定》，采用YG(B)D-Ⅰ型织物阻燃性能测试仪测试织物的阻燃性能。试样规格300 mm×89 mm，剪取试样时距布边至少100 mm，测量损毁长度选用340.2 g的重锤。

3 结果与讨论

3.1 强伸性能

各织物强伸性能测试结果见表2。由表2可知，在织物经纬密和基本相同的条件下，三层斜纹织物断裂强力最大，与双层方平织物的断裂强力接近，但断裂伸长率最小。这是由于三层织物在表组织和中组织、中组织和里组织之间都有接结点，其接结点的数量为双层斜纹和双层方平的两倍，因此三层斜纹织物的断裂强力最大，但也导致三层斜纹织物的断裂伸长率最小。双层织物中，双层方平织物与双层斜纹的强伸性较接近，均比双层缎纹织物大很多，这是因为双层缎纹织物的浮长线最长，经纬纱线之间的交织次数最少，因而断裂强力最小，除此之外，双层斜纹和双层方平织物的接结点数量比双层缎纹织物多，导致双层缎纹织物的断裂强力最小。

表2织物强伸性能测试结果

织物种类断裂强力/N断裂伸长率/%拉伸长度/mm双层斜纹织物双层缎纹织物双层方平织物三层斜纹织物1 022.3 610.01 264.01 313.661.644.969.943.030.222.536.221.5

3.2 织物耐磨性

手套类产品经常与周围的接触物产生摩擦，导致磨损甚至损坏，其耐磨性对使用寿命必然有影响，所以检测其耐磨性还是非常有必要的[4]。4种织物磨损前后的质量损失率见表3。

表3织物耐磨性能的测试结果

织物种类测试前质量/g测试后质量/g质量损失率/%双层斜纹织物双层缎纹织物双层方平织物三层斜纹织物5.5574.3235.3936.2735.5354.2715.3716.2180.401.200.410.88

由表3可知，在织物经纬密和纤维材料相同的情况下，织物组织结构是影响织物耐磨性的重要因素。双层斜纹织物和双层方平织物的耐磨性较好，均优于双层缎纹织物，这是因为两种织物表面承受磨损的浮长线相同，所以其耐磨性相差不大。而双层缎纹织物的浮长线最长，交织次数最少，所以其耐磨性最差。在织物经纬密和与组织相同的条件下，双层斜纹织物的耐磨性优于三层斜纹织物，主要原因是三层斜纹织物每层的密度小于双层斜纹织物，从而导致其耐磨性能小于双层斜纹织物。

3.3 织物透气性

测得双层斜纹织物、双层缎纹织物、双层方平织物和三层斜纹织物的透气量分别为146.97 mm/s、443.03 mm/s、146.81 mm/s和202.37 mm/s[5]。由此可知，双层织物中双层缎纹织物的透气性最好，三层斜纹织物的透气性要好于双层斜纹织物，双层方平织物的透气性最差。影响织物透气性的主要因素是织物中空隙的数量与大小。在织物经纬密和相同的条件下，三层织物单层密度小于双层织物单层密度，所以其透气性好；缎纹织物表面浮长线较长，纱线间空隙较大，透气性较好。从织物厚度考虑，厚度最薄的双层缎纹织物的透气性最大，但厚度最大的三层斜纹织物的透气量仅在其后，厚度低于三层斜纹织物的双层斜纹和双层方平织物的透气量却低于三层斜纹的透气量，这就说明织物的透气性与织物厚度并没有明确的关系。

3.4 织物导热性能

测得双层斜纹织物、双层缎纹织物、双层方平织物和三层斜纹织物的导热系数分别为0.068 5 W/m·K、0.076 3 W/m·K、0.063 6 W/m·K和0.063 3 W/m·K[6]。由此可知，双层缎纹织物的导热系数最高，而其余三种织物的导热系数基本一致。在纤维种类、纱线特数及织物经纬密和相同的条件下，影响织物热传导的主要因素为织物的厚度与织物组织。三层斜纹织物的厚度最厚，故而其导热系数也是最小的；双层缎纹织物的厚度最薄，其导热系数是最大的，可以认为织物厚度对导热系数的影响较大。其次从组织来分析，双层缎纹织物的导热系数最大，这是因为织物中纱线的交织次数最少，织物空隙大导致的。双层方平与双层斜纹织物的交织次数相同，但双层方平织物的厚度较小，故双层方平织物的导热系数较小，略低于双层斜纹织物。

3.5 织物阻燃性能

采用垂直燃烧法来测定织物的阻燃性能。结果见表4。

从表4可知，4种织物续燃时间都是0 s，且均没有出现续燃现象，4种织物的损毁长度均能满足用户对阻燃性的要求。总体来看，三层斜纹织物的阻燃性能最好，这是因为在织物经纬密和相同的情况下，三层织物的厚度最大，纱线间的空隙较小，致使织物中氧气的可及性差，织物燃烧困难。

表4织物垂直燃烧法测试结果

织物种类续燃时间/s阴燃时间/s损毁长度/cm双层斜纹织物双层缎纹织物双层方平织物三层斜纹织物00003.087.443.101.023.604.384.823.48

4 结论

(1)在经纬纱线密度、经纬密和相同的条件下，双层织物的耐磨性优于三层织物，双层斜纹织物和方平织物的耐磨性优于双层缎纹织物；三层织物的断裂强力大于双层织物，但断裂伸长率较低，双层方平织物的断裂强力高于双层斜纹和双层缎纹织物的，且断裂伸长率较大。

(2)在经纬纱线密度、经纬密和、织物层数相同的条件下，交织次数最少的双层缎纹织物的透气性最好，此外织物的层数影响织物的透气性，三层织物的透气性大于双层织物。

(3)织物厚度对其导热系数影响较大，厚度最大的三层斜纹织物的导热系数小于双层织物；织物层数相同的条件下，交织次数最少的缎纹织物的导热系数最大。

(4)织物经纬密和相同时，织物层数是影响其阻燃性的主要因素，三层织物的阴燃时间和损毁长度最短，阻燃性能优于双层织物；织物层数相同时，交织次数最少的双层缎纹织物的阻燃性能最差。