劉梅城 洪 杰 陸 艷 周成逸
(江蘇工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院,江蘇南通,226001)
阻燃纖維是指極限氧指數(shù)高于25%的纖維,有本質(zhì)阻燃纖維和改性阻燃纖維兩種[1-2]。當(dāng)前在對耐熱阻燃織物的開發(fā)上,主要有兩種方法:一種是采用一種或多種耐高溫本質(zhì)阻燃纖維進行純紡或混紡,隨后再織造成織物,這類紡織品阻燃性能好,但是因為本質(zhì)阻燃纖維價格昂貴,一定程度上影響了在市場中的應(yīng)用與推廣;另一種是用本質(zhì)阻燃纖維與改性阻燃纖維混紡織造,由于改性阻燃纖維價格便宜,所以這類織物價格相對較低,同時這類織物的阻燃性能可滿足大部分市場的需求,具有較高的實際應(yīng)用價值[3-4]。
聚酰亞胺纖維的分子主鏈上含有酰亞胺環(huán)基團,具有優(yōu)異的耐高溫、阻燃、力學(xué)、耐化學(xué)等性能,是一種重要的高性能纖維,已成為制取隔熱安全防護產(chǎn)品的熱點材料之一[5-6]。聚酰亞胺纖維的極限氧指數(shù)超過35%,優(yōu)于傳統(tǒng)特種纖維的阻燃性能,而且遇高溫明火不熔滴,碳化發(fā)煙量極低且無毒,滿足密閉空間、居家及防護類紡織品的要求[7-9]。
本文從阻燃紡織品的適用性和經(jīng)濟性出發(fā),一方面針對聚酰亞胺纖維的高成本,通過混用價格相對低廉的阻燃滌綸,研發(fā)聚酰亞胺與阻燃滌綸混紡產(chǎn)品,在滿足市場對阻燃性能要求的同時,從價格上滿足阻燃紡織品的市場需求;另一方面,由于阻燃滌綸耐磨性好,強力高,可紡性好,與聚酰亞胺按不同混紡比紡紗,在降低成本的同時得到實際使用性能更優(yōu)的阻燃紡織品,廣泛應(yīng)用于服裝、家紡、酒店及消防等領(lǐng)域,具有重要的現(xiàn)實意義和實際應(yīng)用價值。
選用的聚酰亞胺規(guī)格為2.2 dtex×38 mm。阻燃滌綸規(guī)格為1.65 dtex×38 mm,極限氧指數(shù)33%以上,續(xù)燃時間0 s,陰燃時間0 s。
為了對聚酰亞胺與阻燃滌綸混紡織物的性能進行比較分析,試紡了6種混紡比的聚酰亞胺阻燃滌綸混紡紗,混紡比為0/100、5/95、25/75、50/50、75/25、100/0,依次標(biāo)記為紗線1、紗線2、紗線3、紗線4、紗線5和紗線6,紗線線密度均為14.5 tex。紗線實物照片如圖1所示。
測試了6種紗的主要質(zhì)量指標(biāo),具體見表1。由于試紡量較少,生產(chǎn)環(huán)境無法有效控制,紡紗工藝參數(shù)不能得到有效優(yōu)化,所以紗線質(zhì)量指標(biāo)存在一定的差異。
表1 6種紗的主要質(zhì)量指標(biāo)
采用上述6種紗分別進行織物設(shè)計和打樣,織造小樣機為SGA598型全自動劍桿織樣機??椢锝M織采用平紋,織物設(shè)計經(jīng)密472根/10 cm,設(shè)計緯密354根/10 cm,幅寬30 cm。紗線1至紗線6織造的織物依次標(biāo)記為織物1、織物2、織物3、織物4、織物5和織物6。6種織物樣的實測經(jīng)密依次為468根/10 cm、470根/10 cm、472根/10 cm、469根/10 cm、466根/10 cm、470根/10 cm,實測緯密依次為350根/10 cm、356根/10 cm、354根/10 cm、352根/10 cm、350根/10 cm、346根/10 cm。
首先測試各織物的阻燃性,再對透氣性、彎曲性、撕破性等進行測試。阻燃性測試依據(jù)GB/T 14644—2014《紡織品 燃燒性能 45°方向燃燒速率的測定》,測試儀器為YG815D型織物阻燃性能測試儀。透氣性測試依據(jù)GB/T 5453—1997《紡織品 織物透氣性的測定》,測試儀器為YG(B)461D型數(shù)字式織物透氣量儀。撕破性測試依據(jù)GB/T 3917.1—2009《紡織品織物撕破性能 第1部分:沖擊擺錘法撕破強力的測定》,測試儀器為YG033D型數(shù)字式織物撕裂儀。彎曲性測試依據(jù)GB/T 18318.1—2009《紡織品 彎曲性能的測定 第1部分:斜面法》,測試儀器為LLY-01型電子硬挺度儀。
3.2.1 織物阻燃性能
織物的阻燃性能測試指標(biāo)有3個,分別為經(jīng)向開始燃燒時間、緯向開始燃燒時間和阻燃級別??椢?至織物6的經(jīng)向開始燃燒時間依次為3.8 s、4 s、2 s、5 s、不燃和不燃;織物1至織物6的緯向開始燃燒時間依次為4.3 s、5 s、3 s、8 s、不燃和不燃;阻燃級別均為一級。
可以看出,6種織物的阻燃性能總體優(yōu)異,燃燒級別均達到了一級,特別是當(dāng)聚酰亞胺占比達到75%及以上時,織物不燃燒。測試過程中,織物1至織物4的緯向開始燃燒時間均比經(jīng)向開始燃燒時間長,而且隨著聚酰亞胺比例的增加其差異愈加顯著;而織物5和織物6不燃燒,經(jīng)、緯向的阻燃性能無差異。造成織物經(jīng)向阻燃性能低于緯向的主要原因是經(jīng)密大,緯密小,密度越大結(jié)構(gòu)越緊密,織物中容納的氧氣越少,越不易燃燒??傮w上,6種織物還是隨著聚酰亞胺比例的增加,阻燃性變好;但是在聚酰亞胺比例為25%時存在一個低谷,聚酰亞胺比例到50%時織物阻燃性能又出現(xiàn)很大提高,這種V形變化需要引起注意。此外,當(dāng)聚酰亞胺比例達到75%時,織物的經(jīng)向與緯向均已經(jīng)不燃燒,這表明聚酰亞胺比例為75%即可達到不燃燒的阻燃目標(biāo),這為聚酰亞胺與阻燃滌綸混紡織物的開發(fā)提供了重要的參考價值。
3.2.2 織物撕破性能
6種織物撕破性能測試數(shù)據(jù)及其規(guī)律如圖2所示。從圖2可知,6種織物的經(jīng)向撕破強力均大于其緯向撕破強力,這主要是因為織物經(jīng)密大于緯密,且6種織物經(jīng)、緯向撕破強力有差異。聚酰亞胺比例為25%時出現(xiàn)與前述阻燃性一樣的V形低谷,隨后織物撕破強力均隨著聚酰亞胺比例的增加而增加,這是因為聚酰亞胺強力比阻燃滌綸強力高。對于撕破強力,在聚酰亞胺占比25%時出現(xiàn)的V形低谷也需進一步研究。
圖2 6種織物的撕破強力測試結(jié)果
3.2.3 織物透氣性能
6種織物的透氣性測試結(jié)果如圖3所示。由圖3可知,6種織物的透氣率隨著聚酰亞胺比例的上升,沒有表現(xiàn)出比較明顯的規(guī)律性變化。其中織物6較織物5的透氣率變化較大,即聚酰亞胺含量從75%增加至100%時,透氣率下降了11%。
圖3 6種織物的透氣率測試結(jié)果
3.2.4 織物彎曲性能
采用斜面法所測6種織物的彎曲性能數(shù)據(jù)及變化如圖4所示。從圖4中可以看出,6種織物的經(jīng)向彎曲長度均大于緯向,造成這種現(xiàn)象的主要原因是織物經(jīng)密大于緯密。隨著聚酰亞胺比例的上升,6種織物的彎曲長度總體上呈上升趨勢,這是因為聚酰亞胺分子結(jié)構(gòu)中芳環(huán)密度較大,大分子中含有酞酰亞胺結(jié)構(gòu),導(dǎo)致聚酰亞胺具有高強高模的特性,尤其在模量方面更為突出,所以隨著聚酰亞胺比例的上升,織物彎曲長度逐漸增大[10]。
圖4 6種織物的彎曲性能測試結(jié)果
紡制聚酰亞胺阻燃滌綸混紡紗,混紡比分別為0/100、5/95、25/75、50/50、75/25、100/0,并試織了對應(yīng)的6種織物,測試了織物的阻燃性、透氣性、彎曲性、撕破性等,得出結(jié)論如下。
(1)對于阻燃性能,6種織物的緯向均優(yōu)于經(jīng)向,當(dāng)聚酰亞胺含量增至75%時,織物已不燃;在聚酰亞胺含量為25%時出現(xiàn)了一個極低值。
(2)對于撕破性能,聚酰亞胺比例為25%時出現(xiàn)了一個極低值;總體而言,隨著聚酰亞胺比例的增加織物撕破強力呈現(xiàn)增大的趨勢。
(3)對于透氣性能,織物的透氣率隨著聚酰亞胺比例的上升,未表現(xiàn)出比較明顯的規(guī)律性變化。
(4)對于彎曲性能,織物的剛性隨著聚酰亞胺比例的增加而增大。
結(jié)合上述性能測試結(jié)果和分析,兼顧成本,綜合考慮,聚酰亞胺比例為75%的織物性價比最高,實際價值最大,而聚酰亞胺比例為25%的織物在性能上存在較大不足,應(yīng)盡量避免。