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消防用灭火防护服外层织物性能分析
芳纶纤维是一种新型高科技合成纤维，全称聚对苯二甲酰对苯二胺，依据酰胺键在苯环上连接位置不同，分为间位芳纶和对位芳纶两大类[1]。芳纶纤维具有耐高温、高模量、超高强度等特点，在特种防护服装、复合材料、防弹制品等领域有广泛的应用[2-3]。我们以芳纶1313短纤纱和芳纶1414长丝为经纬纱，试织了消防用灭火防护服外层织物，并按照GA 10—2014《消防员灭火防护服》对其进行了性能测试[4-6]。
1 织物规格及生产要点
经纱选用18.5 tex×2芳纶1313股线，纬纱选用222 dtex芳纶1414长丝和18.5 tex×2芳纶1313股线。经纱在SW550型整经机上整经，穿结经后在SL8900Evergreen型梭织打样机上生产。在生产过程中应注意：经纱选用股线，毛羽少，强力高，省略上浆工序；在整经过程中，要控制好单纱张力和片纱张力的均匀，中速整经为宜；织造过程中，经纱张力过小或片纱张力不匀，容易造成开口不清，加大经纱张力能够解决该问题；纬纱张力过大或引纬速度过高，易引起纬纱断头，应控制好纬纱张力和引纬速度；芳纶1414长丝和芳纶1313股线的断裂强力较高，需保持剪刀位置准确，刀锋锐利。
2 织物性能测试
2.1 织物规格
共试验8种织物，织物经密均为300根/10 cm，纬密均为250根/10 cm；织物1至织物4均为一上二下斜纹织物，织物5至织物8均为二上二下方平织物；在纬纱方向，18.5 tex×2芳纶1313股线与222 dtex芳纶1414长丝比例为8∶1、6∶1、4∶1、2∶1，即织物1至织物4中芳纶1414长丝含量分别为3.1%、4.0%、5.6%、9.7%，织物5至织物8中芳纶1414长丝含量分别也为3.1%、4.0%、5.6%、9.7%。
2.2 测试方法
缩水率测试通过YB802型烘干机完成。按照GB/T 8629—2001《纺织品试验用家庭洗涤和干燥程序》进行洗涤干燥，按照GB/T 8630—2002《纺织品洗涤和干燥后尺寸变化的测定方法》测试。
在YB813型沾水度测量仪上测试织物的表面抗湿性能，按照GB/T 4745—2012《纺织品防水性能的检测和评价(沾水法)》进行测试。
在YB571-Ⅱ型耐磨仪上进行耐摩擦色牢度的测试，试验过程依照GB/T 3920—2008《纺织品色牢度试验(耐摩擦色牢度)》进行；在SW-12AⅡ型耐洗色牢度试验机上测试织物耐皂洗色牢度，试验按照GB/T 3921—2008《纺织品色牢度试验(耐皂洗色牢度)》进行。在YG(B)G11-Ⅲ型日晒气候试验机上测试织物耐人造光色牢度，测试按照GB/T 8427—2008《纺织品色牢度试验(耐人造光色牢度：氙弧)》流程进行。
依照GB/T 5455—1997《纺织品燃烧性能试验(垂直法)》，利用YG(B)815D-Ⅰ型(垂直法)织物阻燃性能测试仪测试织物的阻燃性能。
在YG026B型电子织物强力仪上测试织物断裂强力、撕破强力和织物接缝断裂强力，测试过程依照GB/T 3923.1—2013《纺织品、织物拉伸性能：断裂强力和断裂伸长率的测定(条样法)》、GB/T 3917.4—2009《纺织品 织物撕破性能 第4部分：舌形试样(双缝)撕破强力》、GB/T 13773.1—2008《纺织品、织物及其制品的接缝拉伸性能(条样法接缝强力)》的要求进行。
采用DL-101-4S型电热鼓风干燥箱测试织物的热稳定性，测试按照GA 10—2014《消防员灭火防护服》附录B要求进行[7]。
3 测试结果与分析
3.1 织物沾水等级和色牢度
测试结果显示：织物1至织物8经5次洗涤后沾水等级均为1级，耐摩擦色牢度均为4级～5级，耐光色牢度均为7级，织物3、织物4和织物8耐皂洗色牢度均在4级～5级，其他织物的耐皂洗色牢度均在4级。
可以看出，不管是斜纹织物还是方平织物，芳纶1414含量对织物沾水等级、耐摩擦色牢度和耐光色牢度均没有影响，对耐皂洗色牢度的影响甚微，芳纶1414含量高时，耐皂洗色牢度略好。
3.2 织物热稳定性
织物的热稳定性用织物长度变化率表示，即织物受热一定时间后，受热前后试样长度的差值绝对值与受热前长度比值的百分率[8]。织物热稳定性与纱线种类、受热时间、受热温度等因素有关，受热时间越长，温度越高，织物的热稳定性越差。
不管是斜纹织物还是方平织物，织物经向的热稳定性好于纬向，这与经纬向的纱线种类配置有关，织物经向采用芳纶1313短纤股线，在生产过程中，受到的拉伸倍数小，热收缩率小，纬向交织的芳纶1414长丝在成形过程中经受的拉伸倍数大，热收缩率也大，表现出纬向长度变化比经向略大。
3.3 织物缩水率
织物缩水率也是用织物长度变化率表示，即织物按要求洗涤一定次数后，洗涤前后长度的差值与洗涤前长度比值的百分率，“-”表示洗涤后织物长度减小，“+”表示洗涤后织物长度增加。在本试验中，所有测试织物的长度均减小。织物缩水是纤维吸湿后长度和横截面发生膨胀，导致纱线直径变粗后弯曲程度增大，纱线间相互挤压，从而产生尺寸变化。缩水率与织物组织结构、纱线种类、原料等因素有关。8种织物5次洗涤后缩水率测试结果见表2。由表2可以看出，织物经、纬向的缩水率均在2.5%～4%之间，总体而言，经向缩水率略高于纬向缩水率。
3.4 织物拉伸性能
8种织物断裂强力和断裂伸长率测试结果见表3。由表3可以看出，8种织物的断裂强力均较高，在850 N～1 400 N之间，经向平均断裂强力1 192.5 N，纬向平均断裂强力1 179.5 N，两者差异较小，芳纶1414含量对经向断裂强力的影响并不明显。还可以看出，方平织物的断裂伸长率小于斜纹织物，经向断裂伸长率大于纬向断裂伸长率，随着芳纶1414含量增加，织物断裂伸长率有减小的趋势。
影响织物拉伸性能的因素包括织物经纬密与织物组织、纱线线密度与结构、纤维品种与混纺比等。织物经纬密越大，经纬纱交织次数越多，经纬纱间的摩擦阻力越大，织物断裂强力越高，断裂伸长率越大。织物组织结构不同，经纬纱交织次数不同，经纬纱间的摩擦阻力有差异，表现出来断裂强力和断裂伸长不同。在织物组织和织物经纬密相同的条件下，纱线越粗，织物紧度越大，经纬纱之间接触面积增加，纤维间摩擦力增大，织物断裂强力提高，断裂伸长率增大。经纬纱采用股线的织物断裂强力高于同线密度单纱所织的织物。在织物结构因素基本相同的条件下，纤维品种是织物强伸性能的决定因素。在本试验中，经纬纱的纤维强力均较高，因而织物表现出了良好的拉伸性能。
3.5 织物撕破强力
由表4可以看出，随着芳纶1414比例的增加，织物撕破强力有增强的趋势。织物撕破强力经向平均155.5 N，纬向平均145.4 N，纬向的略低于经向的。本试验采用单舌法测定织物的撕破强力，单舌法测试是织物中的纱线依次逐根断裂，因此纱线强力显着影响织物的撕破强力，纱线断裂伸长率与织物的撕破强力关系密切。纱线断裂伸长率越大，同时受力的纱线根数越多，撕破强力越大。织物组织和经纬密对织物撕破强力也有一定的影响，当织物经纬密大，经纬纱交织次数多时，经纬纱间的摩擦阻力加大，纱线间不易滑动，受力纱线根数多，织物撕破强力增大。
3.6 织物接缝断裂强力
织物1至织物8的接缝断裂强力测试结果依次为258 N、293 N、300 N、312 N、263 N、316 N、320 N、322 N。
可以看出，斜纹织物和方平织物的接缝断裂强力接近，范围在258 N～322 N。芳纶1414含量对织物接缝断裂强力的影响并不明显。本试验中，织物使用21.9 tex×3 芳纶1414缝纫线单行缝接，经观察，断裂发生在缝接缝纫线处，织物并未发生实质性的断裂，因此织物接缝断裂强力表现出的是缝接处多根缝纫线的断裂强力。缝纫线的种类、缝接方式、针距、织物断裂强力等因素影响织物的接缝断裂强力。采用高强力的缝纫线、多行缝接、小针距密度等措施能有效提高织物的接缝断裂强力。
3.7 织物阻燃性能
由表5可以看出，随着芳纶1414含量的增加，织物阴燃时间缩短，损毁长度减小，阻燃效果提高。经过25次洗涤后，织物的阴燃时间和损毁长度略有增加，阻燃性能稍差。织物阻燃性能与原料、织物组织结构等因素有关，本质阻燃的纤维原料阻燃性能稳定，受洗涤、日晒、摩擦等因素影响较小。织物经纬密大、经纬纱交织点多，单位面积内阻燃纱线的量多，损毁长度小，织物阻燃性能显着[9]。
4 织物性能综合评价
GA 10—2014《消防员灭火防护服》对外层织物的性能要求：经过25次洗涤后，阻燃性能，损毁长度不应大于100 mm，续燃时间不应大于2 s，不能有熔融、滴落现象；在条件260 ℃±5 ℃热稳定性能测试后，经、纬向尺寸变化率不应大于10%，试样表面无明显变化；经过5次洗涤后，沿经、纬向缩水率不应大于5%；表面抗湿性能，5次洗涤后，沾水等级不应小于3级；经、纬向干态断裂强力不应小于650 N；经、纬向撕破强力不应小于100 N；耐洗沾色和耐水摩擦色牢度不应小于3级，光色牢度不应小于4级；接缝断裂强力不应小于650 N。
从上述测试结果可以看出，8种织物阻燃性、热稳定性、缩水率、断裂强力、撕破强力和色牢度均符合GA 10—2014《消防员灭火防护服》的要求，仅表面抗湿性和接缝断裂强力不符合要求。
5 结论
(1)织物组织和芳纶1414含量对织物各项性能的影响并不明显。
(2)在相同的织造条件下，斜纹织物的断裂强力、断裂伸长率和阻燃性能比方平织物略好，方平织物在撕破强力上表现的更突出一些。
(3)若将织物用于消防用灭火防护服外层织物，需对织物进行表面抗湿处理，提高织物的沾水等级，并通过有效措施改善织物缝接方式，提高织物的接缝断裂强力。
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