刘 超 范永刚 赵纪卫 史华刚 李 颖

（新型环保复合面料湖北省重点实验室，湖北武汉，441002）

随着经济和社会的飞速发展，影响人们生命财产和安全的不确定因素也在增多，尤其是在金属冶炼、石油化工、消防救援等领域，阻燃隔热防护服装对面临着高温、易燃易爆和燃烧等较为恶劣工作环境的人员十分重要。科技的发展为服装面料的功能性改善提供了基础条件，同时也对阻燃防护服的舒适性、防静电等综合性能提出了更高的要求，单一成分的阻燃纤维制成的面料难以满足综合服用性能的要求。

我们结合前人对阻燃织物的研究，在充分听取消防、冶金等行业人员的实际体验和建议后，从众多的本质阻燃纤维和改性阻燃纤维中选取合适的搭配组合，优选混纺比、织物组织、经纬密等参数，开发了系列阻燃织物并测试了其相关性能，介绍如下。

1 原料的性能指标

1.1 纤维的选择及特性

聚酰亚胺纤维指分子主链上含有聚酰亚胺环的一类高分子聚合物，综合性能优异，具有突出的隔热、耐高温性以及优秀的机械性能。

芳纶1313即聚间苯二甲酰间苯二胺，具有优异的耐热性以及优良的高温下尺寸稳定性、电绝缘性，玻璃化温度为270℃，在350℃以下不会发生明显的分解和炭化；当温度超过400℃时，纤维逐渐发脆、炭化直至分解，但不会产生熔滴。

芳纶1414即聚对苯二甲酰对苯二胺，主链结构具有高度的规则性，大分子呈十分伸展的状态，具有耐高温、防火、耐化学腐蚀及优异的力学性能和耐疲劳性；热稳定性好，在150℃下不收缩，在260℃下仍可保持原强度的65%。

阻燃腈纶、阻燃锦纶、阻燃维纶是在纺丝原液中混入新型氮磷系膨胀阻燃剂，通过纺丝制成阻燃改性纤维，在保留了原纤维强力、伸长和可纺性的基础上大大改善了纤维的阻燃性能。

阻燃粘胶是以纤维素为载体，加入新型硅氮系长效阻燃剂后实现阻燃改性，其干湿强力和回潮与普通粘胶无异，可与任意比例的棉、麻和化学纤维混纺，改善织物的服用舒适性［1］。

1.2 纤维的主要指标

选用的各纤维物理性能指标见表1。

表1纤维的物理性能指标

由表1可以看出，芳纶1313、芳纶1414、聚酰亚胺和阻燃锦纶66都具有优异的力学性能，芳纶1414的断裂强度最高，达到了16.38 cN/dtex，阻燃锦纶66的断裂伸长率最大，达到了43.27%。纤维质量比电阻在1.0×107Ω·g/cm2以上，在生产加工过程中经过反复摩擦易产生静电，造成纤维条、粗纱等半制品发毛、卷绕成形不良、纱线毛羽增加等问题；从表1可以看出，仅阻燃粘胶的质量比电阻相对较小，不易产生静电。因此，采用以上纤维加工制成的成品服装面料多次摩擦后容易起静电，吸附大量灰尘，不耐脏。在石油化工等特殊的工作场合，静电现象严重时，衣服表面聚集大量电荷，静电压较高，一旦产生放电和火花，易造成火灾和爆炸等极端后果。

极限氧指数表示纤维材料的燃烧难易程度，极限氧指数小于22%的材料属于易燃材料，极限氧指数在22%至27%之间的材料属可燃材料，极限氧指数大于27%的材料属难燃材料。从表1中可以看出，阻燃腈纶和阻燃粘胶的极限氧指数相比其他纤维较小，但是均超过了27%；聚酰亚胺的阻燃性能最好，极限氧指数超过了38%［2］。

纤维的力学性能和阻燃性是织物各项物理指标和阻燃性能的基础，首先要选择合适的纤维原料，然后再进行纱线和织物规格的设计。

2 纱线和织物规格的设计

2.1 纱线规格和质量指标以及分析

根据面料的服用性和阻燃性能设计纱线的规格，同时兼顾不同纤维原料的可纺性和成本。我们设计了4组纱线，每组纱线有两种规格。其中，A1纱线为芳纶1313/阻燃粘胶/阻燃锦纶66 60/30/10 17.4 tex×2环 锭 纺 股线，A2纱 线为芳纶1313/阻燃粘胶/芳纶1414 60/30/10 17.4 tex×2环锭纺股线，B1纱线为阻燃粘胶/芳纶1414/阻燃锦纶66/导电纤维63/23/12/2 17.4 tex×2环锭纺股线，B2纱线为阻燃粘胶/芳纶1414/阻燃锦纶66 65/25/10 34.8 tex环锭纺单纱，C1纱线为阻燃粘胶/阻燃腈纶/莱赛尔/导电纤维45/40/13/2 14.8 tex×2环锭纺股线，C2纱线为阻燃粘胶/阻燃腈纶/JC/导电纤维45/40/13/2 14.8 tex赛络集聚纱，D1纱线为阻燃粘胶/阻燃维纶/芳纶1414 50/40/10 17.4 tex×2环锭纺股线，D2纱线为阻燃粘胶/聚酰亚胺/芳纶1414 50/40/10 17.4 tex×2环锭纺股线。

经过小批量试纺、批量生产等阶段后，按照设计要求进行纺纱，纺纱完成后测试每种纱线的指标，具体见表2。

表2纱线的质量指标

由表2可以看出，虽然A1纱和A2纱中芳纶1313和阻燃粘胶的占比相同，捻度和细度也相同，但A2纱的断裂强力比A1纱的断裂强力大；这是因为A2纱线中有10%的芳纶1414，而A1纱中含有10%的阻燃锦纶66。对比B1和B2纱线可以发现，虽然纱线号数相同，但环锭纺股线的强力高于环锭纺单纱的强力。在8组纱线中，A2纱的强力最高，C1纱和C2纱没有含有芳纶和聚酰亚胺等强力较高的纤维，成纱强力指标较差。

2.2 织物规格的设计

为便于对比分析不同原料和规格织物的性能差异，结合纤维和纱线的种类以及混纺比、断裂强力等指标，前述8种纱线分别作经纬纱生产了对应的8种织物，即纱线A1作经纬纱生产织物A1，纱线A2作经纬纱生产织物A2，以此类推。设计的8种织物规格见表3。

表3织物设计规格

3 织造过程中的生产技术

3.1 络筒蒸纱

生产中所使用的纤维，如芳纶1313、芳纶1414、聚酰亚胺等高性能纤维，纤维弯曲模量大，生产的股线在络筒后、整经前要进行真空调湿定形，并放置24 h后再使用。其目的是减小纱线内部应力，避免在整经过程中出现小辫子纱而影响后道工序及布面质量［3］。使用AOSMART 1200型真空调湿定形机，蒸纱定捻主要工艺参数：定捻温度85℃，持续时间25 min，压力1.8 MPa。

3.2 整经工序

采用KY6081型高速分批整经机。本次生产的织物防静电处理方式有两种，一种是将适量的导电纤维与其他纤维进行混和；导电纤维含量在2%左右其织物便可获得良好的导电性能（导电纤维与其他纤维混和均匀是关键）［4］。另一种方式是在织物中每隔一定根数的经纱加一根导电丝，经纱与导电丝按照规定比例排列，布面上每20 mm有一根导电丝，导电丝在整经工序上纱前要做好排列。本文以织物D2为例，介绍生产工艺。整经工序经轴设计生产10个，分A纱和B纱两种纱线，A纱为阻燃粘胶/聚酰亚胺/芳纶1414 50/40/10 17.4 tex×2股线，B纱是10.2 tex导电丝，前9个 轴 为A纱，662根×9个，第10个 轴为（A纱+B纱），具体为（652A+72B），经轴中间的经纱每隔9根A纱排列1根B纱，边部纱线按照顺序排列，整经工序导电丝排列如图1所示。其中，红色方块表示B纱，乘号方块表示A纱。在生产第10个经轴时，下轴前要使用绞线将导电丝分开，便于浆纱过程对导电丝分开处理。

3.3 浆纱生产过程

浆纱工序使用HS40型浆纱机。浆料配方：12.5 kg PVA 1799，62.5 kg磷酸酯淀粉，15 kg丙烯酸，3 kg抗静电剂DH-KP，3 kg渗透剂JFC。调浆体积850 L，浆液含固量8.1%，浆液黏度6.0 s～7.5 s，上浆率7.5%～8.0%。由于经纱的强力较高，可满足织造拉伸强力需求，因此浆纱重点是贴伏纱线表面毛羽，避免布面棉球疵点。在浆纱起机后，需要在浆纱机车头筘齿前用标尺将导电丝按照2 cm的距离分开，避免在穿筘工序因排列不整齐而导致绞头严重影响织机织造。

3.4 织造生产过程

采用ZAX-E型喷气织机生产。根据经纱的特性和织物设计特点，织造过程中首先要确保织口清晰，其次要防止导电丝外漏、双纬、纬缩等织疵。对开口时间、综框高度、织机车速以及后梁高度、停经架高度等工艺参数进行优化调整，使产品风格饱满，质量和开台效率达到最佳［5］。

开口时间初始设置为290°，根据品种的不同和实际织造情况可做3°～5°微调，以改善纬纱入口处经纱的开口不良，保证织物风格。第1页至第4页综框高度依次为47 mm、63 mm、63 mm、63 mm，第1页较其他综框高度低16 mm，有利于织口稳定、振动减小。

后梁高度50 mm，前后1格。为了防止导电丝外漏，采用特殊的穿综方式。地组织中有导电丝的每筘3入，无导电丝的每筘2入；边组织每筘3入。第一页综框穿导电丝，可以使相邻的经纱较好地包裹导电丝，也有利于解决导电丝外漏问题。

4 织物主要指标的测试分析

4.1 主要物理指标的测试及分析

将下机后的面料进行性能指标的测试。按照GB/T 3923.1—2013《纺织品 织物拉伸性能第一部分：断裂强力和断裂伸长率的测定条样法》与GB/T 12703—2009《纺织品 静电性能的评定 第2部分：电荷面密度》，对8种织物的经纬向断裂强力和电荷面密度进行了测试，结果见表4。

表4织物物理性能指标测试

由表4可以知道，在组织结构和经纬密相近的情况下，经纬纱的强力指标对面料的经纬向断裂强力起到主要的影响作用；使用芳纶1313、芳纶1414、聚酰亚胺等高强度纤维后，显著增加了织物的强力，因此织物A1和织物A2的经纬向断裂强力指标最好。阻燃粘胶、莱赛尔和棉纤维在织物中的混和比例越大，织物的断裂强力下降越多，因此织物C1和织物C2的经纬向断裂强力较其他织物小。GA 10—2014《消防员灭火防护服》对外层材料的经、纬向干态断裂强力要求不应小于650 N；对照表4可以看出，除织物C1和织物C2外，其他织物都满足此要求。

面料的防静电性方面，经纬纱中加入导电纤维或者在织物中加入适当比例的导电丝，可以有效改善织物的防静电性能。GB/T 12703.2—2009《纺织品 静电性能的评定 第2部分：电荷面密度》中规定，耐久性防静电织物的电荷面密度不超过7.0μC/m2。除织物A1、织物A2和织物B2外，使用导电纤维或者导电长丝的其他5种织物防静电性能均符合该指标，可以适用于作业时静电易聚集电荷而引起燃爆的相关行业和领域的防护服装［6］。

4.2 主要阻燃性能指标的测试及分析

按照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》要求，对8种织物水洗12次后的经、纬向阻燃性能进行测试，结果见表5。

表5织物阻燃性能测试结果

由表5的测试结果可以看出，织物A1、织物A2和织物D2的续燃时间在8种面料中表现较好，织物C1和织物C2中不含芳纶和聚酰亚胺等高性能纤维，阻燃续燃时间均超过了19 s，阴燃时间和损毁长度方面较其他织物有明显差别。这说明高性能阻燃纤维在织物中起到主要作用，其含量越高，织物的阻燃性能表现越好［7］。8种织物的燃烧状态都为炭化，未出现熔融、滴落现象。按照GB/T 17591—2006《阻燃织物》中的阻燃防护服用织物的B1级性能要求：损毁长度≤150 mm，续燃时间≤5 s，阴燃时间≤5 s，无熔融、滴落现象；织物A2和织物D2均可满足该标准的要求，具有较好的阻燃性能［8］。

5 结语

基于多年生产阻燃防护织物的生产实践，我们开发了系列阻燃织物，并对含有不同阻燃纤维的织物经纬向断裂强力、防静电性能和阻燃性能进行了测试和对比分析。结果表明：纱线中使用一定比例的导电纤维或者在织造过程中加入导电丝可以有效改善织物的防静电性能；芳纶1313、芳纶1414和聚酰亚胺等高性能阻燃纤维在织物中比例的增加会明显改善织物阻燃性能。根据测试的阻燃性能数据，可以将符合国家标准的织物应用到不同领域，满足高温、易燃易爆等工作环境对阻燃防护织物的要求。