阻燃纤维混纺纱的纺制及其织物性能评价

齐杏杏 黄筑玉 王诗洁 郭 滢 朱 军

（南通大学，江苏南通，226019）

在各类火灾救援过程中穿着合适的热防护服可以保护人体免受或者少受伤害，从而为人提供宝贵的反应时间。热防护服可以避免人体皮肤与金属熔融喷溅物、火焰等直接接触，隔绝伤害源并减弱外界传递到人体的热量，从而起到热防护作用［1⁃3］。常用于阻燃防护服面料的纤维主要有芳纶、阻燃粘胶、腈氯纶、阻燃涤纶等。目前，服装的热防护性能的评估主要是采用织物热防护性能测评和燃烧假人系统测评。其中，织物热防护服性能测评是将热防护织物暴露在热流量可控的模拟火场，通过放置在织物后面的热流传感器测量皮肤达到二度烧伤所需的时间，用该条件下所采用的热流量与烧伤时间的乘积表征织物的热防护性能（Thermal Protective Performance，以 下 简 称TPP值）［4⁃5］。TPP值越高，织物的隔热性能越好。本文采用芳纶1313、阻燃粘胶和腈氯纶，在环锭纺纱系统上纺制不同混纺比的纱线并进行织造，分析不同混纺比及其织物力学性能和热防护性能。

1 试验

1.1 纤维原料及纱线准备

试验所用的芳纶1313 细度1.66 dtex，长度51 mm，断裂强度3.94 cN/dtex，断裂伸长率27.6%，回潮率6.28%。阻燃粘胶细度2.22 dtex，长度51 mm，断裂强度2.5 cN/dtex，断裂伸长率15%，回潮率10%。腈氯纶细度1.66 dtex，长度38 mm，断裂强度3.2 cN/dtex，断裂伸长率25%，回潮率2%。

试验设计了5 种不同混纺比。混纺比1 为芳纶1313/阻燃粘胶57/43；混纺比2 为芳纶1313/阻燃粘胶40/60；混纺比3 为芳纶1313/阻燃粘胶/腈氯纶32/43/25；混纺比4 为芳纶1313/阻燃粘胶/腈氯纶25/43/32；混纺比5 为芳纶1313/阻燃粘胶/腈氯纶17/43/40。

按不同混纺比将纤维称重混和，经FKW⁃350HS 型微型开清联合机、FB201A 型梳棉机、FA305C 型并条机（两道）和FA422 型粗纱机后，在EJM128K 型细纱机上纺纱，单纱线密度为21 tex。细纱工序设计5 种捻系数，分别为300、320、340、360、380。考虑到最终产品用途，每种混纺比都取断裂强度最大的一组单纱在DSD⁃01型数字式并纱机上并线合股，最终的股线用于后道织造。为保证股线强力，股线与单纱捻系数比值为 1.414 倍，捻向相反，即 S 捻。在 Y200S 型电子织机织造，每种股线均织平纹和一上二下左斜纹（以下简称斜纹）试样，筘号60 齿/10 cm。

1.2 试验方法

所有纱线和织物样品在测试前均在标准温湿度条件下，即温度（20±2）℃、相对温度（65±2）%平衡24 h。采用100 m 称重法，测试3 次，确定纱线的实际线密度；采用退捻加捻法，在Y331N 型纱线捻度机上测试实际捻度，测试10 次；在YG061 型电子单纱强力仪上测试纱线断裂强度、断裂伸长率，夹持长度为500 mm，拉伸速度为500 mm/min，测试 20 次；在 Y171L/PC 型纱线毛羽测试仪上测试毛羽，以3 mm 毛羽表征毛羽指标，每次测10 m，每种样品测10 次。织造完成后，使用YG142 型测厚仪测试织物厚度，每块布样测5 次，求平均值；在 YG（B）461E 型数字式织物透气性能测试仪上测试织物透气性，测试5 次；采用Instron 型万能材料试验机测试织物拉伸断裂性能，试样尺寸5 cm×25 cm，夹持间距为20 cm，拉伸速度为150 mm/min，经纬向各测试3 次；采用RFH⁃Ⅲ型热防护性能测试仪测定织物的TPP值，每种试样测试3 次。

2 测试结果与讨论

2.1 纱线性能测试与分析

不同混纺比及捻度时单纱的断裂强度测试结果如图1 所示。5 种单纱实测线密度及其股线的性能测试结果见表1。其中，实测单纱线密度偏差及其捻度偏差均较小，实测捻度略小于设计捻度，这与机械加捻效率及捻度分布不匀有关。

图1 不同混纺比及捻度下单纱的断裂强度

表1 5 种单纱实测线密度及其股线的性能

由图1 可知，混纺比相同时，对混纺比1 和混纺比2 来说，捻度对单纱的断裂强度影响不是很大，但对其他三种混纺比的成纱断裂强度的影响却比较明显；这主要是因为混纺比3、混纺比4 和混纺比5 中添加了纤维长度相对较短的腈氯纶。同样捻度条件下，混纺比1 的单纱断裂强度普遍较高，主要因为纤维强度较高的芳纶1313 含量比较高。虽然阻燃腈氯纶的断裂强度尚可，但长度较短，而长度达51 mm 的阻燃粘胶断裂强度又比较小，最终无论是芳纶1313 与阻燃粘胶混和，还是两者与阻燃腈氯纶混和成纱，随着芳纶1313 含量的增加，成纱断裂强度明显增加，而混纺比5 中含有的腈氯纶最多，因此成纱断裂强度最低。混纺比3、混纺比4 和混纺比5 的单纱断裂强度相差相对较小。考虑到产品性能需求，我们主要关注成纱断裂强度，因而最终选择每个混纺比中平均断裂强度最高的一组纱进行合股织造，即混纺比1 和混纺比3 选择340 捻系数的纱，其他三个混纺比选择360 捻系数的纱。

2.2 织物性能测试结果与分析

2.2.1 织物的厚度、经纬密和透气性

表2 为不同织物的厚度、经密纬密和透气率的测试结果。由表2 可以看出，相同混纺比的股线在同样的织造工艺下得到的斜纹织物实测厚度和经密纬密均比平纹织物的略大，斜纹织物的透气率则明显大于平纹织物的透气率。这是因为平纹织物中纱线间的交织点多，在织物经密纬密相差不大的情况下，平纹织物显得较为紧密。

2.2.2 织物的拉伸性能

图2 和图3 分别给出了不同混纺比的平纹和斜纹织物经纬向断裂强力测试结果。织物的断裂强力与织物组织、经密纬密以及经纬纱的断裂强度都有关系。结合图1、图2 和图3 可以看出，织物组织相同时，不同混纺比的织物经纬向断裂强力变化趋势都与其纱线的断裂强度变化趋势相似，芳纶1313 含量较高的混纺比1 织物断裂强力最大，混纺比5 的织物断裂强力最小，与其他三个混纺比织物断裂强力的差异也较明显，且经向断裂强力普遍都比纬向的大，混纺比1 的织物经向断裂强力最大。另外，对同一混纺比，平纹织物的断裂强力明显比斜纹的高。

图2 平纹织物的断裂强力

表2 不同混纺比织物的厚度、经密纬密和透气性测试结果

2.2.3 织物的TPP值

图4 为不同混纺比的平纹和斜纹织物的TPP值测试结果。TPP值越大，表明试样热防护性能越好。从图4 可看出，同一混纺比时，斜纹织物的TPP值都比平纹的大，说明斜纹织物具有更好的热防护性能。同种织物组织、不同混纺比织物相比较时，都是混纺比3 的TPP值最大，混纺比5 的TPP值最小。整体来看，含腈氯纶的混纺比3、混纺比4 比只含芳纶1313 和阻燃粘胶的试样具有更好的热防护性能，腈氯纶含量较高的混纺比5 最差。实际测试中发现，含腈氯纶的试样在TPP值测试后布面都无明显破损现象，而不含腈氯纶的试样都出现了较严重的破损现象，如图5 所示。

图4 织物的TPP 值

图5 测试后的部分试样

3 结论

采用芳纶1313、阻燃粘胶和腈氯纶为原料纺制了5 种混纺比的纱线，并织成平纹和斜纹试样。通过测试分析成纱及其织物的主要性能指标，可以得出以下结论。

（1）不同混纺比、相同织物组织时，织物经向断裂强力普遍都比纬向的大，织物的经纬向断裂强力变化趋势都与纱线的断裂强度变化趋势相似，即随着芳纶1313 含量降低而降低，混纺比1 的断裂强力最大，混纺比5 的最小，其他3 种的差异较小，这与单纱的断裂强度变化趋势一致。另外，相同混纺比时，平纹织物的断裂强力明显高于斜纹织物。

（2）相同混纺比时，斜纹织物的TPP值都比平纹的大，说明斜纹织物具有更好的热防护性能。不同混纺比比较时，无论平纹还是斜纹织物，混纺比3 试样的TPP值均为最大。

（3）在同样条件下所得的斜纹织物实测厚度和经密纬密比平纹略大，透气性更好。