聚酰亞胺消防服外層織物的性能測試

付立凡 謝春萍 劉新金 蘇旭中 樂榮慶

(1.江南大學，江蘇無錫，214122；2.南通雙弘紡織有限公司，江蘇南通，226000)

聚酰亞胺因其優異的性能被廣泛應用于航空航天等領域[1-2]。一直以來，聚酰亞胺由于其昂貴的價格，導致在紡織服裝領域中很少有應用[3]。2011年，江蘇連云港奧神新材料有限公司采用東華大學的干法紡絲技術，使聚酰亞胺實現了產業化，聚酰亞胺的應用也得到了快速的發展[4]。近年來，我國消防服行業存在兩方面不足。一方面，消防服領域中，低端產品為主戰市場。雖然我國的消防服行業已初具規模，但產品單一，多為防火性能較差、舒適性不高的阻燃后整理材料生產的低端消防服。中高端產品主要靠進口，高端產品技術含量高，企業能力不足或不愿承擔風險進行研發。另一方面，與國外成熟商品相比，國內消防服產品的品牌效應不足，從而造成國內消防服發展緩慢，產品競爭力不足[5]。

近兩年，東華大學通過對聚酰亞胺的紡紗階段、組織結構設計以及后整理等方面研究[6]，開發了滅火消防服外層織物。江蘇連云港奧神集團有限公司也曾對聚酰亞胺進行過研究，針對其優異的熱學性能和良好的可紡性，進行滅火消防服外層面料的開發[7]。利用聚酰亞胺生產消防服外層面料不僅具有纖維自身性能的天然優勢，也能促進我國滅火消防服行業的發展。

本文在聚酰亞胺純紡紗技術成熟的基礎上，參考滅火防護服行業標準的性能要求，設計開發滅火消防服外層面料[8-9]。首先使用聚酰亞胺14.8 tex紗生產織物，對其性能進行測試分析，針對其性能缺陷，改變紗線線密度和織物組織，開發了另外兩款織物。

1 試驗設備與試驗方法

1.1 織物拉伸斷裂強力試驗

使用YG026C型電子織物強力試驗機，參考GB/T 3923.1—2013《織物拉伸性能 斷裂強力和斷裂伸長率的測定》。儀器設置參數：隔距200 mm，拉伸速度20 mm/min，預加張力2 N?？椢锝?、緯向裁剪成長×寬300 mm×50 mm的條形片段。采用扯邊紗條樣法。

1.2 織物撕裂強力試驗

采用YG026C型電子織物強力試驗機，參考GB/T 3917.3—2009《紡織品 織物撕破性能 第3部分：梯形試樣撕破強力的測定》。儀器設置參數：隔距25 mm，拉伸速度100 mm/min，選擇合適的負荷范圍?？椢锝?、緯向裁剪成長×寬150 mm×75 mm的條形片段，采用梯形撕破的試驗方法對織物的經緯向進行撕破強力測定，每種樣布做5組試驗，結果取平均值。

1.3 織物耐磨性試驗

使用Y522型織物耐磨儀。試驗中，將每種織物均裁剪成5塊直徑90 mm的試驗樣布，通過稱量試驗前后織物質量，計算磨損質量減少百分率。儀器設置參數：兩個250 g加壓重錘，碳化砂輪選用A150，圓盤速度70 r/min。

1.4 織物保暖性試驗

使用YG606型織物保暖性試驗儀，參考GB/T 11048—1989《紡織品保暖性能的試驗方法》。試驗中，將每種織物裁剪成長×寬30 cm×30 cm各1塊，按照試驗流程分別對織物樣布進行測試，每組做3次，結果取平均值。

1.5 織物透氣性試驗

使用YG461E-2型織物透氣儀，參考GB/T 5453—1997《紡織品 織物透氣性的測定》。使用的織物透氣儀是測量在一定壓力差下，單位時間通過織物的空氣量，推求織物的透氣性。儀器設置參數：測試壓差200 Pa，測試面積20 cm2。對每組織物測試10組，結果取平均值。

1.6 織物透濕性試驗

使用YG601-Ⅱ型電腦式織物透濕儀測定織物在恒定的水蒸氣下，規定時間內通過單位面積織物的水蒸氣質量，以此判定織物透濕性，參考GB/T 12704—1991《織物透濕量測定方法 透濕杯法》。儀器設置參數：溫度38 ℃，相對濕度90%，樣品為直徑70 mm的樣布，每個樣品準備3組，測試結果取平均值。

1.7 垂直燃燒法試驗

使用YG815型垂直法織物阻燃性能測試儀?？椢锊眉舫砷L×寬300 mm×80 mm的條形樣布，分別對洗滌前后的樣布進行阻燃性能測試，結果取5次測試的平均值。

2 聚酰亞胺平紋織物的性能測試

使用聚酰亞胺14.8 tex紗進行平紋織物的開發，織物經密488根/10 cm，緯密315根/10 cm，對織物的力學性能、熱學性能以及服用性能等進行測試。經測試，織物經向拉伸斷裂強力584.45 N，緯向拉伸斷裂強力505.8 N；織物經向撕裂強力39.17 N，緯向撕裂強力28.56 N；耐磨性試驗中，織物質量減少率0.58%，磨盤轉數152 r；織物保溫率41.37%，克羅值0.3；織物透濕率9 511.7 g/(m2·d)，織物透氣率345.2 mm/s；織物在阻燃測試中表現出了優異的阻燃性能，洗滌前織物經向損毀長度11.37 mm，緯向損毀長度13.67 mm，洗滌后織物經向損毀長度13.14 mm，緯向損毀長度15.38 mm，試驗過程中織物續燃時間和陰燃時間都為0 s。

分析以上結果認為，該聚酰亞胺平紋織物的力學性能較差，不能滿足滅火消防服行業標準織物拉伸強力大于650 N、撕裂強力大于100 N的要求。在阻燃性能測試中發現，該織物的損毀長度較短，續燃時間和陰燃時間都是0 s，表明該織物的阻燃性能較優異。為此，我們從兩方面對織物進行改進，一方面提高織物紗線線密度，另一方面改善織物組織結構，以提高織物力學性能[10]。

3 聚酰亞胺織物的優化設計

3.1 織物規格

我們在小樣織機上分別紡制了聚酰亞胺29.6 tex平紋織物(以下簡稱織物A)、聚酰亞胺14.8 tex×2平紋織物(以下簡稱織物B)以及聚酰亞胺14.8 tex×2四上四下方平織物(以下簡稱織物C)。三種織物經密均為315根/10 cm，緯密均為276根/10 cm?？椢顰、織物B和織物C的厚度依次為0.34 mm、0.35 mm、0.42 mm，單位面積質量依次為190.55 g/m2、183.27 g/m2、192.43 g/m2?？椢飭挝幻娣e質量采用EL204型電子天平稱量，織物厚度采用YG141型織物厚度儀測試。

3.2 織物性能測試

3.2.1 織物拉伸斷裂強力

經測試，織物A、織物B和織物C的經向拉伸斷裂強力分別為844.86 N、989.16 N和1 205.13 N；緯向拉伸斷裂強力分別為649.13 N、831.71 N和1 098.37 N。從測試數據可以看出，三種織物的拉伸斷裂強力都滿足了行業標準要求。

可以分析：相對于織物A，織物B和織物C的拉伸斷裂強力更加優異，一方面由于單紗的條干均勻度不及雙股線，另一方面由于其緯向織物密度相比經向小很多，所以單紗織物的斷裂強力相對較低，其緯向拉伸斷裂強力稍低于行業標準要求。從織物B和織物C的斷裂強力測試數據可以看出，其拉伸斷裂的力學性能已經完全滿足了滅火消防服外層織物的行業標準，這與雙股線較高的紗線強力以及良好的條干均勻度有很大關系；同織物A對比，其拉伸斷裂強力優勢明顯。另外，織物C的特殊組織結構使得其拉伸斷裂強力比織物A和織物B也有著較大的提高。

3.2.2 織物撕破強力

經測試，織物A、織物B和織物C的經向撕破強力分別為62.86 N、69.10 N和112.38 N，緯向撕破強力分別為39.18 N、58.13 N和108.21 N?？梢钥闯?，織物A和織物B的經向、緯向撕破強力數據均不能滿足行業標準要求。

3.2.3 織物耐磨性

經測試，三種織物均未出現破洞，僅有部分纖維出現斷裂。每組樣布做5次試驗，結果取平均值。結果顯示，織物A、織物B和織物C的平均質量減少率依次為0.40%、0.49%和0.51%，磨盤轉動次數依次為439 r、410 r和325 r。

織物A和織物B磨損所需要的平均磨盤轉數差別不大，相比于織物C的耐磨次數要大很多。這是由于，織物C的表面暴露纖維更加松散，組織交織沒有平紋織物緊密，所以織物C的耐磨性有所降低。

3.2.4 織物保暖性試驗

三種織物的保暖性測試結果平均值見表1。

表1織物的保暖性測試表

試樣保溫率/%熱傳系數/W·(m2·℃)-1克羅值織物A織物B織物C51.2539.9542.3814.6423.1417.530.440.380.45

從表1可以看出，三種織物的保暖性均較好。查找相關資料，以常見服裝的織物保暖性克羅值數據作為參考，一般外套的克羅值在0.18～0.37之間。從表1可以看出，三種織物的克羅值均處于0.3以上，表明其保暖性良好，而織物A和織物C因其厚度原因，其保暖性能更好。

3.2.5 織物透氣性

經測試， 織物A透氣率190.2 mm/s，織物B透氣率512.3 mm/s，織物C透氣率324.8 mm/s?？梢钥闯?，三種織物的透氣率相差較大。一般來講，紗線線密度越小，織物經緯密越大，透氣率越??；另外，不同的組織結構也會對織物的透氣率有較大的影響。

3.2.6 織物透濕性

試驗測試要求稱重時精確至0.001 g，每個樣品稱量時間不超過30 s。計算公式：織物每平方米每天的透濕量WVT=24×△m/St，其中S為試樣試驗面積，t為試驗時間，△m為同一試驗組合體兩次稱量之差。經計算，織物A透濕量8 577.9 g/(m2·d)，織物B透濕量9 172.4 g/(m2·d)，織物C透濕量9 002.58 g/(m2·d)。三種織物的透濕性數據差別不是很大，織物B的透濕性能相對較好一點，織物A的最差。

3.2.7 垂直燃燒法

作為滅火消防服外層織物，最重要的要求在于其阻燃性能。查閱相關文獻得知，聚酰亞胺屬于不可燃纖維[11]?？紤]到成衣后，織物結構及織造過程中的處理對織物阻燃性能造成的影響，有必要對織物進行阻燃性能測試。

試驗過程中，將三種織物均裁剪成長×寬300 mm×80 mm的條狀樣布，分別對洗滌前后的樣布進行阻燃性測試。結果顯示：織物A、織物B和織物C洗滌前的經向損毀長度依次為7.91 mm、6.27 mm和5.38 mm，洗滌后的經向損毀長度分別為8.24 mm、8.10 mm和6.35 mm；洗滌前的緯向損毀長度分別為9.13 mm、9.07 mm和6.17 mm，洗滌后的緯向損毀長度分別為11.29 mm、10.26 mm和9.13 mm。三種織物洗滌前后的續燃時間和陰燃時間都為0 s。

從以上結果可以看出，三種織物都屬于不可燃織物。在測試階段，三種織物都沒有熔融、滴落現象，均滿足滅火消防服的行業標準阻燃指標?？梢钥闯?，織物B的燃燒損毀長度不論是洗滌前還是洗滌后，都較織物A偏短一點；這是因為兩種織物的線密度雖然接近，織物緊度也相似，但雙股線毛羽較少，紗線條干均勻度好，所以織物B的阻燃性能略優于織物A；織物C由于其特殊的方平組織結構，使其織物厚度最大，且織物也是由毛羽更少的雙股線織造，因此其燃燒后的織物損毀長度更小，因此織物C的阻燃性能最好。

4 結論

(1)力學性能測試中，織物A和織物B均滿足了行業標準的織物拉伸斷裂強力要求，但撕破強力性能都不能滿足行業標準要求；織物C的強力性能均能滿足滅火消防服外層織物的要求，但耐磨性較織物A和織物B稍差。

(2)保暖性測試結果表明，三種織物的克羅值均在0.3以上，其保暖性良好；織物C厚度最大，其保暖性能更加優異；透氣性試驗測試結果表明，織物C的透氣性最好；透濕性試驗結果表明，三種織物的透濕性能一般，差異不大。

(3)垂直燃燒法測試結果表明，織物C因為方平組織結構的原因，其燃燒的損毀長度最小，織物A和織物B的燃燒損毀長度大致接近。