朱 雯 唐 虹 張成蛟 孫啟龍

（1.南通大學(xué)，江蘇南通，226019；2.安全防護(hù)用特種纖維復(fù)合材料研發(fā)國家地方聯(lián)合工程研究中心，江蘇南通，226019）

消防、石油化工、電力等行業(yè)的作業(yè)人員面臨的高溫高熱環(huán)境復(fù)雜多變，火焰、高溫、沖擊波及有毒氣體易透過服裝使工作人員的身體受到大面積燒傷甚至喪失生命，給個人、家庭、企業(yè)和社會造成巨大的損失。熱防護(hù)服裝作為最有效的功能防護(hù)裝備，對保護(hù)相關(guān)作業(yè)人員的生命安全及提高作業(yè)效率有著十分重要的作用［1?5］。

目前，關(guān)于熱防護(hù)服裝的性能研究多針對其熱防護(hù)性能，但織物開發(fā)使用過程中其性能受多重因素影響［6］。其中，混紡紗中各纖維的混紡比和織物單位面積質(zhì)量的組合作用對織物熱防護(hù)性能的影響有必要進(jìn)行系統(tǒng)研究。本研究制備了16種熱防護(hù)面料，系統(tǒng)研究了4種紗線混紡比和4種單位面積質(zhì)量的織物透氣性能、力學(xué)性能、阻燃性能和熱防護(hù)性能，為開發(fā)高品質(zhì)熱防護(hù)織物提供參考。

1 試驗

1.1 織物規(guī)格

熱防護(hù)面料采用芳綸1313、阻燃粘膠、芳綸1414和導(dǎo)電纖維混紡紗織造而成，混紡紗混紡比有4種，分別為93/0/5/2、70/23/5/2、46/47/5/2和23/70/5/2。芳綸1313可以提高面料的強度，保證其優(yōu)良的熱穩(wěn)定性和阻燃性能；阻燃粘膠舒適耐用，可以提高織物的舒適性；芳綸1414熱穩(wěn)定性良好，可以減少織物的熱收縮率；導(dǎo)電纖維可以消除織物上積聚的靜電。

紗線線密度有兩種，分別為16.9 tex×2和22.7 tex×2?？椢飭挝幻娣e質(zhì)量有4種，分別為180 g/m2、210 g/m2、240 g/m2、270 g/m2。為研究原料配比及單位面積質(zhì)量對織物熱防護(hù)性能的影響規(guī)律，在相同織造工藝下制備了共計16種熱防護(hù)織物，具體規(guī)格見表1。其中，同一編號的織物經(jīng)緯紗相同，均為2合股紗線；混紡比中a表示芳綸1313，b表示阻燃粘膠，c表示芳綸1414，d表示導(dǎo)電纖維。

表1 熱防護(hù)織物規(guī)格

1.2 織物性能測試

按照GB/T 5453—1997《紡織品 織物透氣性的測定》，采用YG（B）461E型數(shù)字式織物透氣性能測定儀測試。試樣面積20 cm2，壓強100 Pa，同一織物不同位置測試5次，結(jié)果取平均值。

力學(xué)性能主要通過拉伸性能和撕破性能表征。采用YG?026D型多功能電子織物強力機測試。拉伸性能按照GB/T 3923.1—2013《紡織品織物拉伸性能第2部分：斷裂強力和斷裂伸長率的測定（條樣法）》，試樣尺寸200 mm×50 mm，每塊試樣經(jīng)緯向各測試5塊，結(jié)果取平均值。撕破性能測試按照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》，試樣尺寸200 mm×50 mm，每塊試樣經(jīng)緯向各測試5塊，結(jié)果取平均值。

按照GB/T 5455—2014《紡織品 燃燒性能垂直方向損毀長度、陰燃和續(xù)燃時間的測定》測試，每塊試樣經(jīng)緯向各測試3塊，記錄陰燃時間、續(xù)燃時間和損毀長度，結(jié)果取平均值。

按照GA 10—2014《消防員滅火防護(hù)服》，采用熱防護(hù)性能測試儀測試。試樣尺寸150 mm×150 mm，每塊試樣測試5塊，記錄熱流量值和達(dá)到二級燒傷時間，計算T P P值。T P P值=熱流量值×達(dá)到二級燒傷時間。測試結(jié)果取平均值。

2 測試結(jié)果與討論

2.1 透氣性能

透氣性能對熱防護(hù)面料的舒適性有很重要的影響，16種織物的透氣性能測試結(jié)果見圖1。

圖1 各熱防護(hù)織物透氣性對比

由圖1可知，在原料配比不變的條件下，隨著單位面積質(zhì)量的增加，熱防護(hù)織物的透氣性能總體呈現(xiàn)下降趨勢；這是因為隨著織物單位面積質(zhì)量的增加，單位面積內(nèi)織物中的纖維含量增加，織物緊度增加，空氣不易透過織物，從而使透氣性能降低；當(dāng)織物單位面積質(zhì)量為240 g/m2時，織物的透氣性有所增加，這是因為織物的經(jīng)密、緯密減小，織物間孔隙增大；另外，在織物單位面積質(zhì)量相同條件下，隨著芳綸1313含量的降低，熱防護(hù)織物的透氣性能沒有明顯的變化趨勢。

2.2 力學(xué)性能

力學(xué)性能是研究熱防護(hù)織物的重要性能。本研究對熱防護(hù)織物的拉伸性能和撕破性能進(jìn)行了測試，結(jié)果見圖2和圖3。

圖3 各熱防護(hù)織物撕破強力對比

由圖2可知，在原料配比不變的條件下，隨著單位面積質(zhì)量的增加，熱防護(hù)織物的斷裂強力增加，這是因為隨著單位面積質(zhì)量增加，單位長度內(nèi)承受拉伸的紗線增加，從而使拉伸性能提高。另外，在單位面積質(zhì)量不變的條件下，隨著芳綸1313含量的降低，熱防護(hù)織物的斷裂強力也有所降低，這是因為芳綸1313具有優(yōu)異的力學(xué)性能，隨著芳綸1313含量的減少，織物的強力降低，從而使拉伸性能減弱。

圖2 各熱防護(hù)織物斷裂強力對比

由圖3可知，在原料配比不變的條件下，隨著單位面積質(zhì)量的增加，熱防護(hù)織物的經(jīng)向撕破強力不斷增加，緯向撕破強力先增加后減小。這是因為隨著單位面積質(zhì)量增加，織物越緊密，從而使撕破性能提高，織物的緯向撕破強力在單位面積質(zhì)量240 g/m2時達(dá)到最大；另外，在單位面積質(zhì)量不變的條件下，隨著芳綸1313含量的降低，熱防護(hù)織物的撕破強力也隨之降低。這是因為隨著芳綸1313含量的減少，織物的強力降低，從而使撕破性能減弱。

2.3 阻燃性能

16種熱防護(hù)織物的阻燃性能測試結(jié)果見表2。由表2可以看出，16種熱防護(hù)織物都不存在續(xù)燃、陰燃現(xiàn)象，而且損毀長度遠(yuǎn)小于150 mm。在原料配比不變的條件下，隨著單位面積質(zhì)量的增加，織物的損毀長度沒有明顯的變化趨勢；但是，在織物單位面積質(zhì)量不變的條件下，隨著芳綸1313含量的降低，織物的損毀長度有所增加，這是因為芳綸1313的阻燃性能遠(yuǎn)好于阻燃粘膠等纖維；芳綸1313含量越高，熱防護(hù)織物高溫下形成的碳化層越緊密，碳化物越容易附著在織物上，可以阻止空氣和易燃?xì)怏w的進(jìn)入，從而提高織物的阻燃性能［7］。

表2 各熱防護(hù)織物阻燃性能測試結(jié)果

2.4 熱防護(hù)性能

熱防護(hù)性能是指透過織物引起人體二度燒傷的熱能值。熱防護(hù)性能的T P P值越高，織物的熱防護(hù)性能就越強。16塊熱防護(hù)織物的T P P值測試結(jié)果見圖4。

由圖4可見，在原料配比不變的條件下，隨著單位面積質(zhì)量的增加，熱防護(hù)織物的T P P值增加，這是因為隨著單位面積質(zhì)量增加，單位面積織物中紗線增加，熱量不易透過織物對人體造成傷害，故熱防護(hù)性能提高。另外，在單位面積質(zhì)量不變的條件下，隨著芳綸1313含量的降低，熱防護(hù)織物的T P P值也有所降低，這是因為隨著芳綸1313含量的減少，織物的耐高溫性能降低，碳化層結(jié)構(gòu)比較稀疏，不能很好地阻擋熱輻射和熱能傳導(dǎo)，增加了反饋給織物的熱量［8］。

圖4 各熱防護(hù)織物的T P P值對比

3 雙因素方差分析

為了進(jìn)一步評估原料配比和單位面積質(zhì)量對熱防護(hù)織物性能影響的重要程度，采用雙因素方差分析原料配比及單位面積質(zhì)量對透氣性能、力學(xué)性能、阻燃性能及熱防護(hù)性能指標(biāo)的影響顯著水平。當(dāng)P值小于0.001時，該因素有極顯著影響；當(dāng)P值小于0.01時，該因素有顯著影響；當(dāng)P值小于0.05時，該因素有影響。結(jié)果表明：織物的原料配比對織物的拉伸性能、撕破性能、緯向損毀長度以及熱防護(hù)性能有極顯著影響，對經(jīng)向損毀長度有顯著影響；織物的單位面積質(zhì)量對織物的透氣性能、拉伸性能以及熱防護(hù)性能有極顯著影響，對織物的撕破性能以及緯向損毀長度有顯著影響。

4 結(jié)論

本研究對原料配比和單位面積質(zhì)量不同的16種熱防護(hù)織物的透氣性能、力學(xué)性能、阻燃性能和熱防護(hù)性能進(jìn)行了測試分析，并采用雙因素方差分析法探討了原料配比和單位面積質(zhì)量對其性能的影響，得到以下結(jié)論。

（1）單位面積質(zhì)量對熱防護(hù)織物的透氣性能有極顯著影響，這是因為隨著單位面積質(zhì)量的增加，織物的緊度增加，空氣不易透過織物；原料配比對織物的透氣性能沒有顯著影響。

（2）原料配比對熱防護(hù)織物的拉伸性能和撕破性能都有極顯著影響，這是因為隨著芳綸1313混紡比的增加，織物的強力明顯增加；單位面積質(zhì)量對熱防護(hù)織物的拉伸性能有極顯著影響，對撕破性能有顯著影響，這是因為隨著單位面積質(zhì)量增加，織物的緊密程度增加，強力增大。

（3）原料配比對熱防護(hù)織物的損毀長度有極顯著影響，這是因為隨著芳綸1313混紡比的增加，織物燃燒形成的碳化層更緊密，附著在織物上不易脫落，進(jìn)而阻止了空氣和易燃?xì)怏w的進(jìn)入；單位面積質(zhì)量對熱防護(hù)織物的經(jīng)向損毀長度沒有顯著影響，但是對緯向損毀長度有顯著影響；原料配比及單位面積質(zhì)量對熱防護(hù)織物的續(xù)燃時間和陰燃時間沒有影響。

（4）原料配比和單位面積質(zhì)量對熱防護(hù)織物的熱防護(hù)性能都有極顯著影響，這是因為織物的單位面積質(zhì)量越大，單位面積織物內(nèi)紗線越多，織物越緊密，熱量不易透過織物；當(dāng)芳綸1313混紡比增加，織物高溫下形成的碳化層更緊密，能很好地阻擋熱輻射和熱傳導(dǎo)。