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        聚酰亞胺阻燃滌綸混紡織物的性能研究

        2019-06-11 06:11:06劉梅城周成逸
        棉紡織技術(shù) 2019年5期
        關(guān)鍵詞:緯向聚酰亞胺阻燃性

        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(duì)耐熱阻燃織物的開(kāi)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(jìn)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?yàn)楸举|(zhì)阻燃纖維價(jià)格昂貴,一定程度上影響了在市場(chǎng)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(jià)格便宜,所以這類織物價(jià)格相對(duì)較低,同時(shí)這類織物的阻燃性能可滿足大部分市場(chǎng)的需求,具有較高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值[3-4]。

        聚酰亞胺纖維的分子主鏈上含有酰亞胺環(huán)基團(tuán),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(hù)產(chǎn)品的熱點(diǎn)材料之一[5-6]。聚酰亞胺纖維的極限氧指數(shù)超過(guò)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(wú)毒,滿足密閉空間、居家及防護(hù)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(jì)性出發(fā),一方面針對(duì)聚酰亞胺纖維的高成本,通過(guò)混用價(jià)格相對(duì)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(chǎng)對(duì)阻燃性能要求的同時(shí),從價(jià)格上滿足阻燃紡織品的市場(chǎng)需求;另一方面,由于阻燃滌綸耐磨性好,強(qiáng)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(shí)得到實(shí)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(shí)意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

        1 原料選擇與紗線設(shè)計(jì)

        1.1 纖維原料

        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(shí)間0 s,陰燃時(shí)間0 s。

        1.2 紗線設(shè)計(jì)

        為了對(duì)聚酰亞胺與阻燃滌綸混紡織物的性能進(jìn)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(shí)物照片如圖1所示。

        1.3 成紗主要質(zhì)量指標(biāo)

        測(cè)試了6種紗的主要質(zhì)量指標(biāo),具體見(jiàn)表1。由于試紡量較少,生產(chǎn)環(huán)境無(wú)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)

        2 織物設(shè)計(jì)

        采用上述6種紗分別進(jìn)行織物設(shè)計(jì)和打樣,織造小樣機(jī)為SGA598型全自動(dòng)劍桿織樣機(jī)。織物組織采用平紋,織物設(shè)計(jì)經(jīng)密472根/10 cm,設(shè)計(jì)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(shí)測(cè)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(shí)測(cè)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。

        3 織物性能測(cè)試與分析

        3.1 測(cè)試方案

        首先測(cè)試各織物的阻燃性,再對(duì)透氣性、彎曲性、撕破性等進(jìn)行測(cè)試。阻燃性測(cè)試依據(jù)GB/T 14644—2014《紡織品 燃燒性能 45°方向燃燒速率的測(cè)定》,測(cè)試儀器為YG815D型織物阻燃性能測(cè)試儀。透氣性測(cè)試依據(jù)GB/T 5453—1997《紡織品 織物透氣性的測(cè)定》,測(cè)試儀器為YG(B)461D型數(shù)字式織物透氣量?jī)x。撕破性測(cè)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(qiáng)力的測(cè)定》,測(cè)試儀器為YG033D型數(shù)字式織物撕裂儀。彎曲性測(cè)試依據(jù)GB/T 18318.1—2009《紡織品 彎曲性能的測(cè)定 第1部分:斜面法》,測(cè)試儀器為L(zhǎng)LY-01型電子硬挺度儀。

        3.2 測(cè)試結(jié)果分析

        3.2.1 織物阻燃性能

        織物的阻燃性能測(cè)試指標(biāo)有3個(gè),分別為經(jīng)向開(kāi)始燃燒時(shí)間、緯向開(kāi)始燃燒時(shí)間和阻燃級(jí)別??椢?至織物6的經(jīng)向開(kāi)始燃燒時(shí)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(kāi)始燃燒時(shí)間依次為4.3 s、5 s、3 s、8 s、不燃和不燃;阻燃級(jí)別均為一級(jí)。

        可以看出,6種織物的阻燃性能總體優(yōu)異,燃燒級(jí)別均達(dá)到了一級(jí),特別是當(dāng)聚酰亞胺占比達(dá)到75%及以上時(shí),織物不燃燒。測(cè)試過(guò)程中,織物1至織物4的緯向開(kāi)始燃燒時(shí)間均比經(jīng)向開(kāi)始燃燒時(shí)間長(zhǎng),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(wú)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(shí)存在一個(gè)低谷,聚酰亞胺比例到50%時(shí)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(dá)到75%時(shí),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(dá)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(kāi)發(fā)提供了重要的參考價(jià)值。

        3.2.2 織物撕破性能

        6種織物撕破性能測(cè)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(qiáng)力均大于其緯向撕破強(qiáng)力,這主要是因?yàn)榭椢锝?jīng)密大于緯密,且6種織物經(jīng)、緯向撕破強(qiáng)力有差異。聚酰亞胺比例為25%時(shí)出現(xiàn)與前述阻燃性一樣的V形低谷,隨后織物撕破強(qiáng)力均隨著聚酰亞胺比例的增加而增加,這是因?yàn)榫埘啺窂?qiáng)力比阻燃滌綸強(qiáng)力高。對(duì)于撕破強(qiáng)力,在聚酰亞胺占比25%時(shí)出現(xiàn)的V形低谷也需進(jìn)一步研究。

        圖2 6種織物的撕破強(qiáng)力測(cè)試結(jié)果

        3.2.3 織物透氣性能

        6種織物的透氣性測(cè)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(méi)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(shí),透氣率下降了11%。

        圖3 6種織物的透氣率測(cè)試結(jié)果

        3.2.4 織物彎曲性能

        采用斜面法所測(cè)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(zhǎng)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(zhǎng)度總體上呈上升趨勢(shì),這是因?yàn)榫埘啺贩肿咏Y(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(qiáng)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(zhǎng)度逐漸增大[10]。

        圖4 6種織物的彎曲性能測(cè)試結(jié)果

        4 結(jié)論

        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(duì)應(yīng)的6種織物,測(cè)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(duì)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(shí),織物已不燃;在聚酰亞胺含量為25%時(shí)出現(xiàn)了一個(gè)極低值。

        (2)對(duì)于撕破性能,聚酰亞胺比例為25%時(shí)出現(xiàn)了一個(gè)極低值;總體而言,隨著聚酰亞胺比例的增加織物撕破強(qiáng)力呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)。

        (3)對(duì)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(duì)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(cè)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(jià)比最高,實(shí)際價(jià)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。

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