不同混纺比芳纶、芳砜纶隔热层水刺非织造布性能分析

楼利琴， 励 宏， 黄锐镇

(1. 绍兴文理学院 元培学院， 浙江 绍兴 312000; 2. 绍兴市恒睿无纺布科技有限公司， 浙江 绍兴 312000)



不同混纺比芳纶、芳砜纶隔热层水刺非织造布性能分析

楼利琴1， 励 宏1， 黄锐镇2

(1. 绍兴文理学院 元培学院， 浙江 绍兴 312000; 2. 绍兴市恒睿无纺布科技有限公司， 浙江 绍兴 312000)

为开发轻薄型耐高温阻燃消防服隔热层水刺非织造布，分析了芳纶1313、芳纶1414和芳砜纶不同混纺比水刺非织造布的耐高温阻燃性能、力学性能、透气性、刚柔性、回潮率、耐洗涤性能等。结果表明：纯芳砜纶水刺非织造布强力较差;混纺水刺非织造布，随着芳砜纶含量增大，阻燃性能变好，高温处理后水刺非织造布尺寸稳定性好。各水刺非织造布纵横向断裂强力随温度升高，总体呈升高趋势，断裂伸长率呈先减小后增大现象，总体呈震荡型下降，经各项综合性能分析，3#水刺非织造布为最佳配比工艺。

芳纶1313; 芳纶1414; 芳砜纶; 水刺非织造布; 耐高温性能; 阻燃性能

2.ShaoxingHengruiNon-wovenFabricsTechnologyCo.Ltd,Shaoxing,Zhejiang312000,China)

消防服是遭遇火灾及其他灾害事故时保护消防人员的服装。性能优良的防护服给消防人员增加信心，增强战斗力。目前消防服材料普遍采用多层织物组合，由外及内依次为：外层、防水透气层、隔热层和舒适层。隔热层是消防员防护服最基本的组成部分[1-2]。

2009年9月1日，公安部消防局发布了《消防员灭火防护服强制性逐批检验规则》，从2009年10月1日起实施，该规则是对GA 10—2002《消防员灭火防护服》的修改和补充，大幅度提高了消防员灭火防护服的技术性能要求，特别是隔热层材料的要求大大提高，今后的发展方向为：1)材料更轻，耐高温阻燃性能更好；2)耐水洗次数提高到50次以上；3)材料向复合型多功能方向发展。

芳纶1313是一种永久性的阻燃纤维，不会因反复洗涤而降低其阻燃性能，并且无毒无害，最大的特性是热稳定性好，可耐受200～300 ℃的高温，不会在空气中燃烧，无滴熔，不发烟，具有自熄性。芳砜纶比芳纶1313具有更优异的耐热性、热稳定性及阻燃性[3]，是世界公认的耐高温防护服的最佳材料。对位芳纶1414是强度较高的纤维，同时具有较好的热稳定性[4-5]。应用芳纶、芳砜纶进行原料复合开发的隔热层新材料具有轻薄、三维立体结构、阻燃隔热、耐水洗，抗化学品腐蚀、防静电、表面平整、均匀度好，及良好的服用性能，可产业应用[6-8]，可替代常规的碳化纤维毡，使消防服耐高温阻燃性能更好，质量更轻，效果更好，符合消防服隔热层新材料的发展要求。

国内传统的消防服一般采用的是后整理阻燃面料，目前相关行业正在研究应用芳纶开发消防服类面料，开发的产品一般采用传统的纺纱、机织及非织造针刺编织方法，产品面密度在200 g/m2以上[9-11]，水刺非织造技术是当今世界最先进的非织造技术之一，最接近机织物、开发的产品表面均匀、光滑、细腻。本文主要对不同混纺比的芳纶1313、芳纶1414、芳砜纶隔热层水刺非织造布的耐高温阻燃性能进行测试，分析不同的混纺比对水刺非织造布性能的影响，对企业设计开发新产品提供一定的理论指导。

1 材料与方法

1.1 实验材料

选用5种不同混纺比的水刺非织造布进行研究，规格如表1。

1.2 实验方法

1.2.1 阻燃性能测试

采用LLY-07A型水刺非织造布阻燃性能测试仪，按照GB/T 5455—1997《纺织品 燃烧性能试验 垂直法》对试样进行测试。

表1 5种水刺非织造布规格Tab.1 Specifications of five spunlaced nonwovens

1.2.2 高温尺寸稳定性测试

试样在TY-681型热风循环干燥箱中经220、260、300 ℃高温分别处理72 h，测试不同温度下水刺非织造布的干热收缩率。

高温干热收缩率=(常温下水刺非织造布长度-高温处理后水刺非织造布长度)/常温下水刺非织造布长度×100%。

1.2.3 高温拉伸性能测试

试样在TY-681型热风循环干燥箱中经220、260、300 ℃高温分别处理1 h，参照GB/T 3923.1—1997《织物断裂强力和断裂伸长率的测定》,采用HD026N多功能电子织物强力仪测试试样的拉伸性能。

1.2.4 透气性测试

采用YG461/Ⅱ数字式透气仪，按照GB/T 5453—1997《纺织品 织物透气性的测定》，透气面积为20 cm2，压力为120 Pa,测试试样的透气性能。

1.2.5 刚柔性测试

采用LLY-01型电子硬挺度仪，按照ZBW04002—1986《薄型粘合法非织造布试验方法》测试试样的弯曲长度。

1.2.6 回潮率测试

采用YG777A全自动八篮快速恒温烘箱，按照GB/T 6503—2008《化学纤维 回潮率试验方法》测试试样的回潮率。

1.2.7 洗涤后阻燃性能测试

依据BS EN 20105-C01—1993《纺织品 色牢度试验》对5块水刺非织造布洗涤25次，采用LLY-07A型水刺非织造布阻燃性能测试仪，按照GB/T 5455—1997《纺织品 燃烧性能试验 垂直法》对洗涤后的试样进行测试。

2 结果与分析

2.1 水刺非织造布的阻燃性能

5种水刺非织造布阻燃性能测试结果见表2。

表2 水刺非织造布阻燃性能Tab.2 Flame retardant performance of spunlaced nonwovens

从表2可以看出，5种水刺非织造布的纵、横向续燃时间均为0 s,阴燃时间小于3 s，损毁长度小于4 cm，都具备较好的阻燃性能。总体阻燃性能优劣排序为5#>3#>1#>2#>4#。由于纤维阻燃性能优劣顺序为芳砜纶>芳纶1313>芳纶1414[2]，因此5#纯芳砜纶水刺非织造布阻燃性能最好。3#与1#由于含芳砜纶阻燃性能也相对较好，不含芳砜纶的2#与4#阻燃性能相对较差。

2.2 高温尺寸稳定性

高温处理后水刺非织造布纵、横向干热收缩率测试结果见表3、4。

由表3、4可以看到，5种水刺非织造布的干热收缩率随处理温度的升高而逐渐增大，5#热收缩率最小，尺寸稳定性最好；3#与1#含芳纶的水刺非织造布干热收缩率稍大；4#与2#尺寸稳定性最差，特别是2#经300 ℃高温处理后纵向收缩率达2.75%。

表3 水刺非织造布纵向干热收缩率与处理温度的关系Tab.3 Relationship between dry heat shrinkage of spunlaced nonwovens longitudinal and processing temperature %

表4 水刺非织造布横向干热收缩率与处理温度的关系
Tab.4 Relationship between dry heat shrinkage of spunlaced nonwovens transverse and processing temperature %

试样220℃260℃300℃1#0370630982#0621021853#0240390494#0450821255#000012021

因此在制备消防服和特种军服时，如采用芳纶为主原料，可添加芳砜纶以减少水刺非织造布在高温下的干热收缩率。

2.3 高温处理对拉伸性能的影响

水刺非织造布经高温处理后拉伸性能测试结果见表5。

表5 水刺非织造布纵横向断裂强力及断裂伸长率Tab.5 Breaking strength & Breaking elongation of spunlaced nonwovens

从表5可以看到，随着温度的升高，5种水刺非织造布纵横向断裂强力及伸长率呈现震荡变化，但总体强力呈升高的趋势，伸长率呈下降趋势。各水刺非织造布力学性能优劣排序为：4#>2#>1#>3#>5#(3#在220 ℃以下力学性能好于1#，而大于220 ℃时则差于1#，但是鉴于实际阻燃中温度大于220 ℃，可认为1#的高温力学性能优于3#)。5#水刺非织造布耐热性及阻燃性好，但其力学性能最差，因此对于芳砜纶水刺阻燃产品，需与其他高强纤维材料混合，以提高水刺非织造布力学性能。

2.4 透气性

水刺非织造布透气性能如表6所示。

表6 水刺非织造布透气性

由表6可知，5种试样透气性都超过1 260 mm/s，远超过常规机织物透气性(一般薄型机织面料透气率为500～800 mm/s 之间)，均达到服用要求。

2.5 刚柔性

水刺非织造布的刚柔性能指标如表7所示。

表7 水刺非织造布弯曲长度Tab.7 Bending length of spunlaced nonwovens

由表7可知，各水刺非织造布纵横向弯曲长度差异不大，均大于6 cm，弯曲性能较差，在一定程度上影响了消防服的服用柔软性。

2.6 回潮率

水刺非织造布回潮率测试结果如表8所示。

表8 水刺非织造布回潮率Tab.8 Moisture regain of spunlaced nonwovens

从表8可知，5种水刺非织造布回潮率都高于5%，总体吸湿性能较好，相对而言1#和2#水刺非织造布回潮率最好(超过6%)，说明以芳纶和芳砜纶为原料开发的水刺非织造布具有较好的吸湿舒适性。

2.7 面料洗涤后阻燃性能

试样洗涤25次后阻燃性能测试结果如表9所示。

表9 水刺非织造布洗涤后阻燃性能

由表9可知，洗涤前后5种水刺非织造布的续燃时间都是0 s，没有变化，阴燃时间和损毁长度数值变化很少，所以以芳纶、芳砜纶为原料的水刺非织造布洗涤后的阻燃性能变化不大，5种水刺非织造布具有较好的耐洗涤性能，其阻燃性能优劣排序总体与表2相同，即为5#>3#>1#>2#>4#。

3 结 语

1)芳纶、芳砜纶隔热层水刺非织造布具有较好的耐高温阻燃性能和耐水洗性能，芳砜纶含量越大，阻燃性能越好，高温处理后水刺非织造布尺寸稳定性越好。

2) 随着温度的升高，水刺非织造布纵横向断裂强力总体呈升高的趋势，纵横向断裂伸长率的变化呈先减小后增大现象，总体趋势呈震荡型下降。纯芳砜纶水刺非织造布强力较差，需与其他高强纤维材料混合，以提高水刺非织造布力学性能。

3)根据水刺非织造布阻燃性、耐高温性、湿舒适性、透气性、刚柔性、耐水洗阻燃性、强力等综合评价，3#水刺非织造布各项性能比较突出，除刚柔性外，芳纶1313/芳纶1414/芳砜纶(30/30/40)为性能优异的消防服隔热层材料。

FZXB

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Analyzing properties of insulating layer of spunlaced nonwovens of aramid and polysulfonamide fibers at different blending ratios

LOU Liqin1, LI Hong1, HUANG Ruizhen2

(1.YuanpeiCollege,ShaoxingUniversity,Shaoxing,Zhejiang312000,China;

In order to develop a light weight spunlaced nonwoven which is high temperature resistant and flame retardant for the insulating layer of firefighting suit, this paper investigated the properties of spunlaced nonwovens of aramid 1313 and aramid 1414 fibers at different blending ratios in terms of high temperature resistance, flame retardancy, mechanical performance, air permeability, softness, moisture regain and washing durability. The results showed that pure polysulfonamide spunlaced nonwovens exhibited poor strength. And with respect to blended spunlaced nonwovens, increasing the content of polysulfonamide improved the flame retardancy with good dimensional size stability after high temperature treatment. The transverse and longitudinal breaking strength of spunlaced nonwovens increased with rising of temperature, while the breaking elongation decreased firstly and then increased, but its general trend was going downwards. Comprehensive performance analysis demonstrated that of all the spunlaced nonwoven fabrics, the 3#spunlaced nonwover was of the optimum blending ratio.

Aramid1313; Aramid1414; polysulfonamide; spunlaced nonwovens; high temperature resistance; flame retardancy

0253- 9721(2013)06- 0046- 05

2012-08-03

2012-11-29

浙江省科技厅项目(2011C21070)

楼利琴(1966—)，女，教授,硕士。主要从事纺织新材料研究及纺织品开发。E-mail:llq@usx.edu.cn。

TS 171.9

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