聚酰亚胺阻燃涤纶混纺织物的性能研究

刘梅城 洪 杰 陆 艳 周成逸

(江苏工程职业技术学院，江苏南通，226001)

阻燃纤维是指极限氧指数高于25%的纤维，有本质阻燃纤维和改性阻燃纤维两种[1-2]。当前在对耐热阻燃织物的开发上，主要有两种方法：一种是采用一种或多种耐高温本质阻燃纤维进行纯纺或混纺，随后再织造成织物，这类纺织品阻燃性能好，但是因为本质阻燃纤维价格昂贵，一定程度上影响了在市场中的应用与推广；另一种是用本质阻燃纤维与改性阻燃纤维混纺织造，由于改性阻燃纤维价格便宜，所以这类织物价格相对较低，同时这类织物的阻燃性能可满足大部分市场的需求，具有较高的实际应用价值[3-4]。

聚酰亚胺纤维的分子主链上含有酰亚胺环基团，具有优异的耐高温、阻燃、力学、耐化学等性能，是一种重要的高性能纤维，已成为制取隔热安全防护产品的热点材料之一[5-6]。聚酰亚胺纤维的极限氧指数超过35%，优于传统特种纤维的阻燃性能，而且遇高温明火不熔滴，碳化发烟量极低且无毒，满足密闭空间、居家及防护类纺织品的要求[7-9]。

本文从阻燃纺织品的适用性和经济性出发，一方面针对聚酰亚胺纤维的高成本，通过混用价格相对低廉的阻燃涤纶，研发聚酰亚胺与阻燃涤纶混纺产品，在满足市场对阻燃性能要求的同时，从价格上满足阻燃纺织品的市场需求；另一方面，由于阻燃涤纶耐磨性好，强力高，可纺性好，与聚酰亚胺按不同混纺比纺纱，在降低成本的同时得到实际使用性能更优的阻燃纺织品，广泛应用于服装、家纺、酒店及消防等领域，具有重要的现实意义和实际应用价值。

1 原料选择与纱线设计

1.1 纤维原料

选用的聚酰亚胺规格为2.2 dtex×38 mm。阻燃涤纶规格为1.65 dtex×38 mm，极限氧指数33%以上，续燃时间0 s，阴燃时间0 s。

1.2 纱线设计

为了对聚酰亚胺与阻燃涤纶混纺织物的性能进行比较分析，试纺了6种混纺比的聚酰亚胺阻燃涤纶混纺纱，混纺比为0/100、5/95、25/75、50/50、75/25、100/0，依次标记为纱线1、纱线2、纱线3、纱线4、纱线5和纱线6，纱线线密度均为14.5 tex。纱线实物照片如图1所示。

1.3 成纱主要质量指标

测试了6种纱的主要质量指标，具体见表1。由于试纺量较少，生产环境无法有效控制，纺纱工艺参数不能得到有效优化，所以纱线质量指标存在一定的差异。

表1 6种纱的主要质量指标

2 织物设计

采用上述6种纱分别进行织物设计和打样，织造小样机为SGA598型全自动剑杆织样机。织物组织采用平纹，织物设计经密472根/10 cm，设计纬密354根/10 cm，幅宽30 cm。纱线1至纱线6织造的织物依次标记为织物1、织物2、织物3、织物4、织物5和织物6。6种织物样的实测经密依次为468根/10 cm、470根/10 cm、472根/10 cm、469根/10 cm、466根/10 cm、470根/10 cm，实测纬密依次为350根/10 cm、356根/10 cm、354根/10 cm、352根/10 cm、350根/10 cm、346根/10 cm。

3 织物性能测试与分析

3.1 测试方案

首先测试各织物的阻燃性，再对透气性、弯曲性、撕破性等进行测试。阻燃性测试依据GB/T 14644—2014《纺织品 燃烧性能 45°方向燃烧速率的测定》，测试仪器为YG815D型织物阻燃性能测试仪。透气性测试依据GB/T 5453—1997《纺织品 织物透气性的测定》，测试仪器为YG(B)461D型数字式织物透气量仪。撕破性测试依据GB/T 3917.1—2009《纺织品织物撕破性能 第1部分：冲击摆锤法撕破强力的测定》，测试仪器为YG033D型数字式织物撕裂仪。弯曲性测试依据GB/T 18318.1—2009《纺织品 弯曲性能的测定 第1部分：斜面法》，测试仪器为LLY-01型电子硬挺度仪。

3.2 测试结果分析

3.2.1 织物阻燃性能

织物的阻燃性能测试指标有3个，分别为经向开始燃烧时间、纬向开始燃烧时间和阻燃级别。织物1至织物6的经向开始燃烧时间依次为3.8 s、4 s、2 s、5 s、不燃和不燃；织物1至织物6的纬向开始燃烧时间依次为4.3 s、5 s、3 s、8 s、不燃和不燃；阻燃级别均为一级。

可以看出，6种织物的阻燃性能总体优异，燃烧级别均达到了一级，特别是当聚酰亚胺占比达到75%及以上时，织物不燃烧。测试过程中，织物1至织物4的纬向开始燃烧时间均比经向开始燃烧时间长，而且随着聚酰亚胺比例的增加其差异愈加显著；而织物5和织物6不燃烧，经、纬向的阻燃性能无差异。造成织物经向阻燃性能低于纬向的主要原因是经密大，纬密小，密度越大结构越紧密，织物中容纳的氧气越少，越不易燃烧。总体上，6种织物还是随着聚酰亚胺比例的增加，阻燃性变好；但是在聚酰亚胺比例为25%时存在一个低谷，聚酰亚胺比例到50%时织物阻燃性能又出现很大提高，这种V形变化需要引起注意。此外，当聚酰亚胺比例达到75%时，织物的经向与纬向均已经不燃烧，这表明聚酰亚胺比例为75%即可达到不燃烧的阻燃目标，这为聚酰亚胺与阻燃涤纶混纺织物的开发提供了重要的参考价值。

3.2.2 织物撕破性能

6种织物撕破性能测试数据及其规律如图2所示。从图2可知，6种织物的经向撕破强力均大于其纬向撕破强力，这主要是因为织物经密大于纬密，且6种织物经、纬向撕破强力有差异。聚酰亚胺比例为25%时出现与前述阻燃性一样的V形低谷，随后织物撕破强力均随着聚酰亚胺比例的增加而增加，这是因为聚酰亚胺强力比阻燃涤纶强力高。对于撕破强力，在聚酰亚胺占比25%时出现的V形低谷也需进一步研究。

图2 6种织物的撕破强力测试结果

3.2.3 织物透气性能

6种织物的透气性测试结果如图3所示。由图3可知，6种织物的透气率随着聚酰亚胺比例的上升，没有表现出比较明显的规律性变化。其中织物6较织物5的透气率变化较大，即聚酰亚胺含量从75%增加至100%时，透气率下降了11%。

图3 6种织物的透气率测试结果

3.2.4 织物弯曲性能

采用斜面法所测6种织物的弯曲性能数据及变化如图4所示。从图4中可以看出，6种织物的经向弯曲长度均大于纬向，造成这种现象的主要原因是织物经密大于纬密。随着聚酰亚胺比例的上升，6种织物的弯曲长度总体上呈上升趋势，这是因为聚酰亚胺分子结构中芳环密度较大，大分子中含有酞酰亚胺结构，导致聚酰亚胺具有高强高模的特性，尤其在模量方面更为突出，所以随着聚酰亚胺比例的上升，织物弯曲长度逐渐增大[10]。

图4 6种织物的弯曲性能测试结果

4 结论

纺制聚酰亚胺阻燃涤纶混纺纱，混纺比分别为0/100、5/95、25/75、50/50、75/25、100/0，并试织了对应的6种织物，测试了织物的阻燃性、透气性、弯曲性、撕破性等，得出结论如下。

(1)对于阻燃性能，6种织物的纬向均优于经向，当聚酰亚胺含量增至75%时，织物已不燃；在聚酰亚胺含量为25%时出现了一个极低值。

(2)对于撕破性能，聚酰亚胺比例为25%时出现了一个极低值；总体而言，随着聚酰亚胺比例的增加织物撕破强力呈现增大的趋势。

(3)对于透气性能，织物的透气率随着聚酰亚胺比例的上升，未表现出比较明显的规律性变化。

(4)对于弯曲性能，织物的刚性随着聚酰亚胺比例的增加而增大。

结合上述性能测试结果和分析，兼顾成本，综合考虑，聚酰亚胺比例为75%的织物性价比最高，实际价值最大，而聚酰亚胺比例为25%的织物在性能上存在较大不足，应尽量避免。