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1.东华大学纺织学院，上海201620；2.上海安凸阻燃纤维有限公司，上海201800；3.东华大学纺织面料技术教育部重点实验室，上海201620

目前，产品阻燃相关标准规定，公共场所使用、服务于特殊人群的某些纺织品应具备的阻燃、耐高温的要求。近年来，各企业纷纷开展纺织纤维的阻燃改性、阻燃新材料的开发及阻燃纺织品的应用与推广等工作，研究成果受到了各界的广泛关注及支持[1-4]。

锦纶也称聚酰胺纤维，俗称尼龙，与涤纶相比，它具有质轻、易染色、耐磨性和弹性好及不易虫蛀等优良特点，可应用于纺织面料、服装及工业用品等民用领域，还可用于军用防护服等军事领域[5-6]。锦纶的热学性能较差，普通锦纶的极限氧指数(Limiting Oxygen Index，简称“LOI”)为20%～24%，属于可燃纤维，其易燃烧性能及燃烧过程中产生的熔融滴落物易造成火势蔓延等限制了其广泛应用[7-8]。

CESALON阻燃锦纶是一种经过阻燃改性的纤维，它的LOI高达33%，但仍属于熔融性纤维，燃烧时会产生熔滴现象。本文主要研究不同混纺比的CESALON阻燃锦纶/阻燃黏胶纤维和CESALON阻燃锦纶/芳纶两类混纺纱的性能，重点探究CESALON阻燃锦纶质量分数对混纺纱阻燃性能的影响，得到最佳的混纺比，以期为CESALON阻燃锦纶混纺产品的生产提供一定的理论指导。

1 试验部分

1.1 试验原料

试验原料采用由上海安凸阻燃纤维有限公司提供的CESALON阻燃锦纶、阻燃黏胶纤维和芳纶等3种阻燃纤维，它们的主要性能见表1。

表1 阻燃纤维的主要性能

由表1可知，CESALON阻燃锦纶具有较高的断裂强度和断裂伸长率，其断裂强度是阻燃黏胶的1.54倍，断裂伸长率则是阻燃黏胶纤维的3.47倍、芳纶的2.64倍。3种阻燃纤维中，芳纶的断裂强度最高，是CESALON阻燃锦纶的2.11倍、阻燃黏胶纤维的3.26倍。CESALON阻燃锦纶的LOI较大，表明它具有较好的阻燃性能，但在高温下有熔滴现象，需与其他纤维混纺以改善其抗熔滴性。阻燃黏胶纤维属于非熔融性纤维，除具有较好的阻燃性能(它的LOI最大)外，其吸湿透气性能优异，可提高混纺纱的吸湿性能并改善纺纱过程中的静电现象，且与CESALON阻燃锦纶的细度、长度均相同，这也有利于混纺。芳纶具有优异的阻燃性能和耐高温性及良好的化学性能和尺寸稳定性，它与CESALON阻燃锦纶混纺可有效改善CESALON阻燃锦纶抗熔滴性差的问题。

1.2 试样制备

采用CESALON阻燃锦纶分别与阻燃黏胶纤维、芳纶按照一定比例混纺，混纺纱线密度设定为20.00 tex，捻系数为280。对于CESALON阻燃锦纶/阻燃黏胶纤维混纺纱，共设置11种CESALON阻燃锦纶质量分数(分别为0、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%)；对于CESALON阻燃锦纶/芳纶混纺纱，共设置6种CESALON阻燃锦纶质量分数(分别为0、10%、20%、30%、40%、50%)。本试验采用纤维散混的方式进行混纺，具体的工艺流程：AS181A型梳棉试验机(开松梳理)→DHA FJ1201型单眼并条机(3道并条)→FA498型粗纱机(粗纱)→DHU X-01型细纱试验机(细纱)。在纺纱过程中，由于CESALON阻燃锦纶、芳纶的公定回潮率较低，梳理时产生较严重的静电现象，需采取一定的防静电措施，如适当提高车间的相对湿度，给CESALON阻燃锦纶、芳纶上油或提高纤维的实际回潮率，以确保纺纱过程顺利进行。

1.3 主要仪器设备

XL-1A纱线强伸度仪(上海新纤仪器有限公司)；CT3000条干均匀度仪(陕西长岭纺织机电科技有限公司)；H2006U型毛羽测试仪(北京华昊电子有限公司)；YG815A垂直法织物阻燃性能测试仪(温州方圆仪器有限公司)；ME204E型电子天平(上海羿举仪器设备有限公司)；YG086缕纱测长机(南通宏大实验仪器有限公司)。

1.4 性能测试

1.4.1 拉伸性能

根据GB/T 3916—2013《纺织品 卷装纱 单根纱线断裂强力和断裂伸长率的测定(CRE法)》，测试混纺纱的拉伸性能。

1.4.2 外观质量

外观质量主要考察混纺纱的条干均匀度和毛羽情况：

(1)条干均匀度。根据GB/T 3292.2—2009《纺织品 纱线条干不匀试验方法 第2部分：光电法》，测试混纺纱的条干CV值。

(2)毛羽情况。利用H2006U型毛羽测试仪测试混纺纱表面3.0 mm以上毛羽指数，走纱速度30 m/min，片段长度10.0 m。每种试样测10次。

1.4.3 阻燃性能

参考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》，在缕纱测长机上绕取混纺纱200根，保持试样夹持宽度为10.0 mm，夹持距离为300.0 mm，点燃时间6.0 s。每种试样测5次。

2 试验结果与分析

2.1 混纺纱的拉伸性能

当拉伸由两种组分的纤维构成的混纺纱时，混纺纱的拉伸性能与各组分纤维的拉伸性能和混纺比密切相关[9]。两类混纺纱的拉伸性能测试结果分别如图1、图2所示。

图1 CESALON阻燃锦纶/阻燃黏胶纤维混纺纱的拉伸性能测试结果

图2 CESALON阻燃锦纶/芳纶混纺纱的拉伸性能测试结果

由图1可知，随着CESALON阻燃锦纶质量分数的提高，CESALON阻燃锦纶/阻燃黏胶纤维混纺纱的断裂强度呈先减小后增大的趋势，其在CESALON阻燃锦纶质量分数为70%左右时达到最小，断裂伸长率则逐渐增加。由于CESALON阻燃锦纶的断裂伸长率大于阻燃黏胶纤维，随着CESALON阻燃锦纶质量分数的提高，混纺纱的断裂伸长率持续增加；当CESALON阻燃锦纶质量分数较小时，拉伸过程中混纺纱中断裂伸长率较小的阻燃黏胶纤维首先被拉断，CESALON阻燃锦纶无法承担由此产生的额外负荷也发生断裂，此时混纺纱的断裂强度主要由阻燃黏胶纤维贡献。当CESALON阻燃锦纶质量分数增加至70%左右，即其能承受混纺纱中阻燃黏胶纤维被拉断所产生的额外负荷的时候，CESALON阻燃锦纶/阻燃黏胶纤维混纺纱的断裂强度达到最小。之后，混纺纱的断裂强度主要由CESALON阻燃锦纶贡献，故混纺纱的断裂强度逐渐提升[10]。

由图2可知，随着CESALON阻燃锦纶质量分数的提高，CESALON阻燃锦纶/芳纶混纺纱的断裂强度显著减小，断裂伸长率先小幅减小后持续增大。由于混纺纱中芳纶的长度和断裂强度均大于CESALON阻燃锦纶，芳纶的质量分数大，则混纺纱的断裂强度大，且芳纶的长度长，其在混纺纱中的强度利用率高，混纺纱的断裂强度也大。另外，CESALON阻燃锦纶的质量分数增加时，混纺纱中纤维长度整齐度变差，纱线内部的强力弱环增多，导致混纺纱的断裂强度下降。CESALON阻燃锦纶的断裂伸长率大，当它的质量分数较小(10%～20%)时，其对混纺纱的伸长性能不能起到主要作用，混纺纱的断裂伸长率出现先降低后增加的缓慢变化；当CESALON阻燃锦纶质量分数为20%～50%时，混纺纱的断裂伸长率线性增加。

2.2 混纺纱的外观质量

CESALON阻燃锦纶/阻燃黏胶纤维混纺纱、CESALON阻燃锦纶/芳纶混纺纱的条干CV值和3.0 mm以上毛羽指数的测试结果分别如图3、图4所示。

图3 CESALON阻燃锦纶/阻燃黏胶纤维混纺纱的条干CV值和3.0 mm以上毛羽指数测试结果

图4 CESALON阻燃锦纶/芳纶混纺纱的条干CV值和3.0 mm以上毛羽指数测试结果

由图3可知，随着CESALON阻燃锦纶质量分数的增加，CESALON阻燃锦纶/阻燃黏胶纤维混纺纱的条干CV值和3.0 mm以上毛羽指数的变化均无显著规律。由于本试验采用纤维散混的方式进行混纺，两种纤维混合较为均匀且两种纤维的线密度和长度相同，纺纱过程中提高CESALON阻燃锦纶的实际回潮率有效地减少了静电现象，因此CESALON阻燃锦纶质量分数对混纺纱的条干CV值及3.0 mm以上毛羽指数无显著影响。

由图4可知，随着CESALON阻燃锦纶质量分数的增加，CESALON阻燃锦纶/芳纶混纺纱的条干CV值及3.0 mm以上毛羽指数均呈减小的趋势。由于芳纶长度长、摩擦力小及容易起静电等原因，其可纺性差，在混纺过程中容易产生纤维漂浮、缠绕皮辊或罗拉等现象。芳纶的质量分数越大，上述现象越严重，导致混纺纱的条干CV值和3.0 mm以上毛羽指数均增大。采用较大的CESALON阻燃锦纶质量分数，混纺纱的成纱质量得到明显改善，条干CV值及3.0 mm以上毛羽指数均减小。

通过比较图3和图4发现，CESALON阻燃锦纶/芳纶混纺纱的3.0 mm以上毛羽指数总体上大于CESALON阻燃锦纶/阻燃黏胶纤维混纺纱。

2.3 混纺纱的阻燃性能

两类混纺纱的阻燃性能测试结果分别见表2、表3。其中，损毁长度、续燃时间、阴燃时间等指标的值越低，表示混纺纱的阻燃性能越好，反之越差；燃烧特征方面，燃烧处的收缩现象越明显及熔融现象越严重，说明混纺纱的抗熔滴性越差，而残炭层呈黑色说明炭化程度大，相当于混纺纱的抗熔滴性强。

表2 CESALON阻燃锦纶/阻燃黏胶纤维混纺纱的阻燃性能测试结果

表3 CESALON阻燃锦纶/芳纶混纺纱的阻燃性能测试结果

由表2可知，CESALON阻燃锦纶纯纺纱的阻燃性能最好，即不存在续燃时间、阴燃时间，且损毁长度最短，但其燃烧处产生严重的熔融收缩现象，残炭层呈灰色硬片状，说明它的抗熔滴性差。阻燃黏胶纤维纯纺纱没有续燃时间、阴燃时间，损毁长度较CESALON阻燃锦纶纯纺纱长，燃烧处无收缩现象，仅炭化且残炭层呈黑色，表明它的抗熔滴性强。当CESALON阻燃锦纶质量分数低于20%时，混纺纱出现续燃，无阴燃现象，同时损毁长度随着CESALON阻燃锦纶质量分数的减少而增大，燃烧处炭化，纱线略有收缩，抗熔滴性能大幅改善。当CESALON阻燃锦纶质量分数为30%时，混纺纱被烧断，约9.0 s后自行熄灭。当CESALON阻燃锦纶质量分数高于30%时，混纺纱均被烧断，并继续往上端燃烧至夹持点后自行熄灭。一方面，阻燃黏胶纤维属于非熔融性纤维，其燃烧后会分解成气体和残炭，当CESALON阻燃锦纶质量分数增加到一定程度时，混纺纱燃烧时产生“蜡烛效应”，即阻燃黏胶纤维作为“蜡烛”的“芯”，CESALON阻燃锦纶作为“蜡烛”的“油”，导致混纺纱剧烈燃烧；另一方面，阻燃黏胶纤维燃烧后产生的残炭层对CESALON阻燃锦纶有支架作用，能有效防止CESALON阻燃锦纶的熔滴滴落并加速熔滴的炭化，提高混纺纱的成炭率，从而改善混纺纱的抗熔滴性。

由表3可知，芳纶纯纺纱具有优异的阻燃性能，损毁长度最短，不存在阴燃时间，燃烧处形成了致密的残炭层。CESALON阻燃锦纶质量分数低于40%时，随着CESALON阻燃锦纶质量分数的增加，混纺纱的阻燃性能下降。CESALON阻燃锦纶质量分数为50%时，混纺纱的阻燃性能提高，熔融现象严重。CESALON阻燃锦纶质量分数较小时，由于芳纶本身具有耐高温和阻燃性能，其在燃烧时不收缩、不产生熔滴且形成致密坚硬的残炭层，形成有效的支架防止CESALON阻燃锦纶的熔滴滴落。另外，致密的残炭层能有效隔绝氧气，阻碍燃烧进行，故CESALON阻燃锦纶质量分数增大，阻燃性能下降。当CESALON阻燃锦纶质量分数达到一定程度时，混纺纱中的芳纶不足以形成有效的支架，混纺纱阻燃性能下降，熔融现象产生，抗熔滴性未得到改善。

通过比较表2、表3可知，CESALON阻燃锦纶/芳纶混纺纱的阻燃性能总体上优于CESALON阻燃锦纶/阻燃黏胶纤维混纺纱。

3 结论

对不同混纺比的CESALON阻燃锦纶/阻燃黏胶纤维混纺纱和CESALON阻燃锦纶/芳纶混纺纱的拉伸性能、外观质量及阻燃性能进行测试与分析，得出：

(1)随着CESALON阻燃锦纶质量分数的增加，CESALON阻燃锦纶/阻燃黏胶纤维混纺纱的断裂强度先减小后增大，断裂伸长率逐渐增加，条干CV值和3.0 mm以上毛羽指数无显著变化规律，其中在CESALON阻燃锦纶质量分数为70%左右时断裂强度达到最小值。CESALON阻燃锦纶质量分数低于20%时，CESALON阻燃锦纶/阻燃黏胶纤维混纺纱的阻燃性能较好，抗熔滴性大幅改善。

(2)随着CESALON阻燃锦纶质量分数的增加，CESALON阻燃锦纶/芳纶混纺纱的断裂强度显著减小，断裂伸长率先小幅减小后呈线性增大，条干CV值及3.0 mm以上毛羽指数逐渐下降。当CESALON阻燃锦纶质量分数低于20%时，随着CESALON阻燃锦纶质量分数的提高，CESALON阻燃锦纶/芳纶混纺纱的阻燃性能下降，但抗熔滴性得到有效改善。CESALON阻燃锦纶/芳纶混纺纱的阻燃性能总体上优于CESALON阻燃锦纶/阻燃黏胶纤维混纺纱。