聚酰亚胺消防服外层织物的性能测试

付立凡 谢春萍 刘新金 苏旭中 乐荣庆

(1.江南大学，江苏无锡，214122；2.南通双弘纺织有限公司，江苏南通，226000)

聚酰亚胺因其优异的性能被广泛应用于航空航天等领域[1-2]。一直以来，聚酰亚胺由于其昂贵的价格，导致在纺织服装领域中很少有应用[3]。2011年，江苏连云港奥神新材料有限公司采用东华大学的干法纺丝技术，使聚酰亚胺实现了产业化，聚酰亚胺的应用也得到了快速的发展[4]。近年来，我国消防服行业存在两方面不足。一方面，消防服领域中，低端产品为主战市场。虽然我国的消防服行业已初具规模，但产品单一，多为防火性能较差、舒适性不高的阻燃后整理材料生产的低端消防服。中高端产品主要靠进口，高端产品技术含量高，企业能力不足或不愿承担风险进行研发。另一方面，与国外成熟商品相比，国内消防服产品的品牌效应不足，从而造成国内消防服发展缓慢，产品竞争力不足[5]。

近两年，东华大学通过对聚酰亚胺的纺纱阶段、组织结构设计以及后整理等方面研究[6]，开发了灭火消防服外层织物。江苏连云港奥神集团有限公司也曾对聚酰亚胺进行过研究，针对其优异的热学性能和良好的可纺性，进行灭火消防服外层面料的开发[7]。利用聚酰亚胺生产消防服外层面料不仅具有纤维自身性能的天然优势，也能促进我国灭火消防服行业的发展。

本文在聚酰亚胺纯纺纱技术成熟的基础上，参考灭火防护服行业标准的性能要求，设计开发灭火消防服外层面料[8-9]。首先使用聚酰亚胺14.8 tex纱生产织物，对其性能进行测试分析，针对其性能缺陷，改变纱线线密度和织物组织，开发了另外两款织物。

1 试验设备与试验方法

1.1 织物拉伸断裂强力试验

使用YG026C型电子织物强力试验机，参考GB/T 3923.1—2013《织物拉伸性能 断裂强力和断裂伸长率的测定》。仪器设置参数：隔距200 mm，拉伸速度20 mm/min，预加张力2 N。织物经、纬向裁剪成长×宽300 mm×50 mm的条形片段。采用扯边纱条样法。

1.2 织物撕裂强力试验

采用YG026C型电子织物强力试验机，参考GB/T 3917.3—2009《纺织品 织物撕破性能 第3部分：梯形试样撕破强力的测定》。仪器设置参数：隔距25 mm，拉伸速度100 mm/min，选择合适的负荷范围。织物经、纬向裁剪成长×宽150 mm×75 mm的条形片段，采用梯形撕破的试验方法对织物的经纬向进行撕破强力测定，每种样布做5组试验，结果取平均值。

1.3 织物耐磨性试验

使用Y522型织物耐磨仪。试验中，将每种织物均裁剪成5块直径90 mm的试验样布，通过称量试验前后织物质量，计算磨损质量减少百分率。仪器设置参数：两个250 g加压重锤，碳化砂轮选用A150，圆盘速度70 r/min。

1.4 织物保暖性试验

使用YG606型织物保暖性试验仪，参考GB/T 11048—1989《纺织品保暖性能的试验方法》。试验中，将每种织物裁剪成长×宽30 cm×30 cm各1块，按照试验流程分别对织物样布进行测试，每组做3次，结果取平均值。

1.5 织物透气性试验

使用YG461E-2型织物透气仪，参考GB/T 5453—1997《纺织品 织物透气性的测定》。使用的织物透气仪是测量在一定压力差下，单位时间通过织物的空气量，推求织物的透气性。仪器设置参数：测试压差200 Pa，测试面积20 cm2。对每组织物测试10组，结果取平均值。

1.6 织物透湿性试验

使用YG601-Ⅱ型电脑式织物透湿仪测定织物在恒定的水蒸气下，规定时间内通过单位面积织物的水蒸气质量，以此判定织物透湿性，参考GB/T 12704—1991《织物透湿量测定方法 透湿杯法》。仪器设置参数：温度38 ℃，相对湿度90%，样品为直径70 mm的样布，每个样品准备3组，测试结果取平均值。

1.7 垂直燃烧法试验

使用YG815型垂直法织物阻燃性能测试仪。织物裁剪成长×宽300 mm×80 mm的条形样布，分别对洗涤前后的样布进行阻燃性能测试，结果取5次测试的平均值。

2 聚酰亚胺平纹织物的性能测试

使用聚酰亚胺14.8 tex纱进行平纹织物的开发，织物经密488根/10 cm，纬密315根/10 cm，对织物的力学性能、热学性能以及服用性能等进行测试。经测试，织物经向拉伸断裂强力584.45 N，纬向拉伸断裂强力505.8 N；织物经向撕裂强力39.17 N，纬向撕裂强力28.56 N；耐磨性试验中，织物质量减少率0.58%，磨盘转数152 r；织物保温率41.37%，克罗值0.3；织物透湿率9 511.7 g/(m2·d)，织物透气率345.2 mm/s；织物在阻燃测试中表现出了优异的阻燃性能，洗涤前织物经向损毁长度11.37 mm，纬向损毁长度13.67 mm，洗涤后织物经向损毁长度13.14 mm，纬向损毁长度15.38 mm，试验过程中织物续燃时间和阴燃时间都为0 s。

分析以上结果认为，该聚酰亚胺平纹织物的力学性能较差，不能满足灭火消防服行业标准织物拉伸强力大于650 N、撕裂强力大于100 N的要求。在阻燃性能测试中发现，该织物的损毁长度较短，续燃时间和阴燃时间都是0 s，表明该织物的阻燃性能较优异。为此，我们从两方面对织物进行改进，一方面提高织物纱线线密度，另一方面改善织物组织结构，以提高织物力学性能[10]。

3 聚酰亚胺织物的优化设计

3.1 织物规格

我们在小样织机上分别纺制了聚酰亚胺29.6 tex平纹织物(以下简称织物A)、聚酰亚胺14.8 tex×2平纹织物(以下简称织物B)以及聚酰亚胺14.8 tex×2四上四下方平织物(以下简称织物C)。三种织物经密均为315根/10 cm，纬密均为276根/10 cm。织物A、织物B和织物C的厚度依次为0.34 mm、0.35 mm、0.42 mm，单位面积质量依次为190.55 g/m2、183.27 g/m2、192.43 g/m2。织物单位面积质量采用EL204型电子天平称量，织物厚度采用YG141型织物厚度仪测试。

3.2 织物性能测试

3.2.1 织物拉伸断裂强力

经测试，织物A、织物B和织物C的经向拉伸断裂强力分别为844.86 N、989.16 N和1 205.13 N；纬向拉伸断裂强力分别为649.13 N、831.71 N和1 098.37 N。从测试数据可以看出，三种织物的拉伸断裂强力都满足了行业标准要求。

可以分析：相对于织物A，织物B和织物C的拉伸断裂强力更加优异，一方面由于单纱的条干均匀度不及双股线，另一方面由于其纬向织物密度相比经向小很多，所以单纱织物的断裂强力相对较低，其纬向拉伸断裂强力稍低于行业标准要求。从织物B和织物C的断裂强力测试数据可以看出，其拉伸断裂的力学性能已经完全满足了灭火消防服外层织物的行业标准，这与双股线较高的纱线强力以及良好的条干均匀度有很大关系；同织物A对比，其拉伸断裂强力优势明显。另外，织物C的特殊组织结构使得其拉伸断裂强力比织物A和织物B也有着较大的提高。

3.2.2 织物撕破强力

经测试，织物A、织物B和织物C的经向撕破强力分别为62.86 N、69.10 N和112.38 N，纬向撕破强力分别为39.18 N、58.13 N和108.21 N。可以看出，织物A和织物B的经向、纬向撕破强力数据均不能满足行业标准要求。

3.2.3 织物耐磨性

经测试，三种织物均未出现破洞，仅有部分纤维出现断裂。每组样布做5次试验，结果取平均值。结果显示，织物A、织物B和织物C的平均质量减少率依次为0.40%、0.49%和0.51%，磨盘转动次数依次为439 r、410 r和325 r。

织物A和织物B磨损所需要的平均磨盘转数差别不大，相比于织物C的耐磨次数要大很多。这是由于，织物C的表面暴露纤维更加松散，组织交织没有平纹织物紧密，所以织物C的耐磨性有所降低。

3.2.4 织物保暖性试验

三种织物的保暖性测试结果平均值见表1。

表1织物的保暖性测试表

试样保温率/%热传系数/W·(m2·℃)-1克罗值织物A织物B织物C51.2539.9542.3814.6423.1417.530.440.380.45

从表1可以看出，三种织物的保暖性均较好。查找相关资料，以常见服装的织物保暖性克罗值数据作为参考，一般外套的克罗值在0.18～0.37之间。从表1可以看出，三种织物的克罗值均处于0.3以上，表明其保暖性良好，而织物A和织物C因其厚度原因，其保暖性能更好。

3.2.5 织物透气性

经测试， 织物A透气率190.2 mm/s，织物B透气率512.3 mm/s，织物C透气率324.8 mm/s。可以看出，三种织物的透气率相差较大。一般来讲，纱线线密度越小，织物经纬密越大，透气率越小；另外，不同的组织结构也会对织物的透气率有较大的影响。

3.2.6 织物透湿性

试验测试要求称重时精确至0.001 g，每个样品称量时间不超过30 s。计算公式：织物每平方米每天的透湿量WVT=24×△m/St，其中S为试样试验面积，t为试验时间，△m为同一试验组合体两次称量之差。经计算，织物A透湿量8 577.9 g/(m2·d)，织物B透湿量9 172.4 g/(m2·d)，织物C透湿量9 002.58 g/(m2·d)。三种织物的透湿性数据差别不是很大，织物B的透湿性能相对较好一点，织物A的最差。

3.2.7 垂直燃烧法

作为灭火消防服外层织物，最重要的要求在于其阻燃性能。查阅相关文献得知，聚酰亚胺属于不可燃纤维[11]。考虑到成衣后，织物结构及织造过程中的处理对织物阻燃性能造成的影响，有必要对织物进行阻燃性能测试。

试验过程中，将三种织物均裁剪成长×宽300 mm×80 mm的条状样布，分别对洗涤前后的样布进行阻燃性测试。结果显示：织物A、织物B和织物C洗涤前的经向损毁长度依次为7.91 mm、6.27 mm和5.38 mm，洗涤后的经向损毁长度分别为8.24 mm、8.10 mm和6.35 mm；洗涤前的纬向损毁长度分别为9.13 mm、9.07 mm和6.17 mm，洗涤后的纬向损毁长度分别为11.29 mm、10.26 mm和9.13 mm。三种织物洗涤前后的续燃时间和阴燃时间都为0 s。

从以上结果可以看出，三种织物都属于不可燃织物。在测试阶段，三种织物都没有熔融、滴落现象，均满足灭火消防服的行业标准阻燃指标。可以看出，织物B的燃烧损毁长度不论是洗涤前还是洗涤后，都较织物A偏短一点；这是因为两种织物的线密度虽然接近，织物紧度也相似，但双股线毛羽较少，纱线条干均匀度好，所以织物B的阻燃性能略优于织物A；织物C由于其特殊的方平组织结构，使其织物厚度最大，且织物也是由毛羽更少的双股线织造，因此其燃烧后的织物损毁长度更小，因此织物C的阻燃性能最好。

4 结论

(1)力学性能测试中，织物A和织物B均满足了行业标准的织物拉伸断裂强力要求，但撕破强力性能都不能满足行业标准要求；织物C的强力性能均能满足灭火消防服外层织物的要求，但耐磨性较织物A和织物B稍差。

(2)保暖性测试结果表明，三种织物的克罗值均在0.3以上，其保暖性良好；织物C厚度最大，其保暖性能更加优异；透气性试验测试结果表明，织物C的透气性最好；透湿性试验结果表明，三种织物的透湿性能一般，差异不大。

(3)垂直燃烧法测试结果表明，织物C因为方平组织结构的原因，其燃烧的损毁长度最小，织物A和织物B的燃烧损毁长度大致接近。