织物规格对防电弧混纺织物性能的影响

李 侠 唐 虹 孙启龙 朱 雯

（南通大学，江苏南通，226019）

电弧事故发生时产生的高热气体和熔融金属液滴会点燃或熔化工作人员的防护服，对人体产生严重热伤害。裸露的人体皮肤暴露于低至1.2 cal/cm2的入射能量值时会引起2度烧伤。防电弧织物因其具备出色的耐热性、阻燃性、不熔融、H级电绝缘、永久性防火和耐洗涤等性能，在遇到电弧闪爆时能迅速炭化，形成致密的碳化膜，阻止热量向防护服内部传递，从而将人体皮肤与电弧热能的接触伤害降至最低［1-2］。因此，具有防电弧功能的服装对电力行业人员的人身安全防护具有十分重要的意义。

目前国内有一些针对防电弧混纺织物研发的企业和高校，其中张生辉等人以阻燃腈氯纶/棉/芳纶1414、阻燃腈氯纶/芳纶1313/芳纶1414和棉/锦纶3种原料配比开发了单位面积质量均为240 g/m2的防电弧织物［3］；李冻等人通过纺制不同混纺比的阻燃腈氯纶/芳纶1313/POD/对位芳纶混纺织物，探讨POD纤维对防电弧织物舒适性和防护性能的影响，并分析了3种防电弧织物的原料和结构参数对其防电弧性能的影响［4-5］。沈剑等人对比了8种阻燃材料的混纺面料方案在电弧闪爆热防护领域的综合表现［6］。

本文通过对4种以腈氯纶和芳纶为主成分的防电弧混纺织物进行拉伸、撕破、透气、TPP值和电弧防护等性能测试，研究织物规格对其防电弧性能的影响。

1 试验

1.1 材料与仪器

采用的测试仪器有YG026D型多功能电子织物强力机、YG（B）461E型数字式织物透气性能测定仪、YG606E型平板式保温仪、RFH-Ⅲ型热防护性能测试仪及Kinectrics材料电弧测试系统。

测试的4种防电弧混纺织物规格见表1。其中，织物组织均为二上一下斜纹，织物各自的经纬纱相同。

表1织物规格

1.2 性能测试

按GB/T 3923.2—2013《纺织品 织物拉伸性能第2部分：断裂强力的测定（抓样法）》测试织物的拉伸性能；经纬向各测试5块试样取平均值。

按GB/T 3917.2—2009《纺织品 织物撕破性能第2部分：裤型试样（单缝）撕破强力的测定》测试织物的撕破强力；经纬向各测试5块试样，结果取平均值。

按GB/T 5453—1997《纺织品 织物透气性的测定》测试织物透气率；试样面积20 cm2，不同部位测试10次，结果取平均值。

按GB/T 11048—2008《纺织品 织物保温性的测定》测试织物热阻值；试样面积30 cm×30 cm，各测试5块试样，结果取平均值。

按GA 10—2014《消防员灭火防护服》测试织物的TPP值；试样尺寸为15 cm×15 cm。

按照ASTM F 1959—2012《服装面料电弧热防护性能值测试方法》测试织物ATPV和Ebt；试样尺寸66 cm×30 cm；每种织物测试12组，每组3块试样。

2 测试结果与讨论

2.1 织物的力学性能

4种织物的拉伸和撕破性能测试结果见表2。DL/T 320—2010《个人电弧防护用品通用技术要求》对防电弧织物断裂强力和撕破强力有明确要求。从表2可以看出，本文测试的4种织物的断裂强力均明显满足该标准要求，即织物单位面积质量在200 g/m2～290 g/m2时断裂强力大于450 N。本文测试的4种织物的撕破强力也均明显满足该标准要求，即织物单位面积质量在200 g/m2～290 g/m2时撕破强力不小于40 N。

表2织物力学性能测试结果

从表2可以看出，Ⅳ织物的断裂强力、撕破强力和顶破强力均大于另外3种织物；这是由于Ⅳ织物中芳纶1313含量高达93%，而芳纶1313具有优异的力学性能，增加了织物的强力。Ⅱ织物和Ⅲ织物与Ⅳ织物相比，即使三者芳纶1414、导电纤维混纺比相同，织物组织也相同，且Ⅱ织物和Ⅲ织物的经密均大于Ⅳ织物，但依然不能补偿其较低的断裂强力。

2.2 织物的舒适性能

透气性主要受空气通过纱线之间空隙能力的影响，织物结构是影响透气性的主要因素。4种织物的透气率和热阻值测试结果见表3。从表3可看出，Ⅲ织物的透气性远好于其他3种织物，这很可能是因为Ⅲ织物的厚度和单位面积质量均最小。将Ⅱ织物、Ⅳ织物进行比较，二者均为斜纹组织，纬密相近，厚度相同，Ⅱ织物经密大于Ⅳ织物；织物紧度越大，空气就越不易透过织物，织物的透气性降低，所以Ⅱ织物透气性低于Ⅳ织物。

热阻值表示材料阻止热量穿过的能力，热阻值越大，织物的阻热和隔热性能越高，保温性越好，而导热性越差。4种织物的热阻值总体相差不大，Ⅰ织物和Ⅳ织物保温性能相对更好。

表3织物的透气率与热阻值测试结果

2.3 织物的热防护性能

织物的热防护和电弧防护性能的测试结果见表4。TPP值是模拟在爆燃环境（50%对流热，50%辐射热）下织物的防热辐射性能指标。从表4可看出，Ⅲ织物的TPP值最低，热防护性能最差。Ⅱ织物、Ⅲ织物成分配比相同，Ⅱ织物经密、厚度和单位面积质量均大于Ⅲ织物，热防护性能好于Ⅲ织物；这说明厚度和单位面积质量影响着织物的热防护性能。Ⅱ织物和Ⅳ织物相比，厚度相同，虽然Ⅱ织物经密和单位面积质量大于Ⅳ织物，但还是Ⅳ织物的热防护性能好得多，这说明织物密度和单位面积质量已不是热防护性能的主要影响因素，最主要影响因素还是组成织物的纤维本身特性。Ⅳ织物的芳纶1313的含量高达93%，而芳纶1313具有优异的阻燃耐高温性能。

表4织物防护性能测试结果

电弧防护性能主要包括电弧热防护性能ATPV、材料破裂阈能Ebt两个指标，最终的防电弧性能值取二者之中的较小值［7］。比较表4中4种织物的ATPV和Ebt的大小可知，应以ATPV作为电弧防护性能的指标。从表4可看出，Ⅱ织物、Ⅲ织物的电弧防护性能明显好于Ⅰ织物、Ⅳ织物，说明腈氯纶/芳纶1313/芳纶1414/导电纤维65/28/5/2配比的织物防电弧性能较突出。比较配比相同的Ⅱ织物、Ⅲ织物可知，Ⅱ织物经纬密、厚度和单位面积质量均大于Ⅲ织物，电弧防护性能好于Ⅲ织物，这说明厚度和单位面积质量影响着织物的电弧防护性能，织物的ATPV值与其厚度和单位面积质量呈正相关。

比较4种织物的Ebt可知，Ⅳ织物的Ebt最大，抵抗电弧爆裂效应的能力最强，而Ⅳ织物的断裂强力、撕破强力和顶破强力均大于另外3种织物，表明织物的Ebt与其力学性能呈正相关。

3 结论

（1）织物的厚度和单位面积质量与其TPP值和ATPV分别呈正相关，与织物的透气性呈负相关。在相同成分配比下，织物的厚度和单位面积质量越大，其热防护性能和电弧防护性能越好。织物的热防护性能影响着织物的电弧防护性能。适度增加织物厚度可在不显著降低织物舒适性的同时，有效增加织物的电弧防护性能。

（2）织物的Ebt与其力学性能呈正相关。增加芳纶1313的含量可有效增强织物的力学性能和破裂阈能，但对提升织物的电弧防护性能不明显。

（3）综合本文试验结果认为，在设计防电弧织物时，腈氯纶/芳纶1313/芳纶1414/导电纤维65/28/5/2配比的织物电弧防护性能较突出。