玄武岩长丝/涤纶交织物阻燃性能测试与研究

张丽娟 任世环 李向红

1. 唐山学院时尚设计系， 河北 唐山 064000；2. 河北科技大学纺织服装学院， 河北 石家庄 050018

随着人口数量的不断增加和生活水平的提高，家用电器的使用率越来越高，同时陈旧小区日益增多，导致火灾发生率不断增大。为使人们免受或少受火灾的危害，同时保护消防人员的人身安全，本文从玄武岩纤维的性能出发，研发了玄武岩/涤纶交织物，并对其阻燃性能进行测试与分析。

1 玄武岩纤维的结构与性能

连续玄武岩纤维以纯天然的玄武岩矿石为原料，在粉碎、熔融玄武岩后经漏板拉丝工艺制成。其形状为圆柱形，表面光滑，主要成分为SiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、CaO、MgO、Na2O等氧化物，属于硅铝酸盐系纤维。其中，最主要的成分SiO2保证了玄武岩纤维的化学稳定性和优异的力学性能；此外,质量分数较高的Al2O3确保了纤维具有良好的力学性能、耐久性、热稳定性和化学稳定性[1]。

连续玄武岩纤维高温下的尺寸稳定性能较为突出，可使用的温度为-260～650 ℃。温度为400 ℃时，纤维的断裂强力保持率约为85%；温度为300 ℃时，纤维的断裂强力保持率约为80%。玄武岩纤维具有较好的高温尺寸稳定性，且隔热性和不燃性较高，高温下没有熔滴现象，环保，力学性能较好，将其用于制作防火隔热服装具有很大的发展空间，因此在防火隔热领域有着广阔的发展前景[2-3]。

2 玄武岩/涤纶交织物的研发

选用133.00 tex×3连续玄武岩长丝(加捻)、22.22 tex高强涤纶长丝和59.05 tex涤纶短纤纱等3种纱线，应用半自动式Y200 S型电子小样织布机织造平纹、3/1斜纹、2/2方平等3种织物组织的玄武岩长丝/涤纶长丝和玄武岩长丝/涤纶短纤纱交织物，共计6种织物。玄武岩长丝/涤纶交织物规格如表1所示。

表1 玄武岩/涤纶交织物规格

3 织物厚度测试

3.1 厚度测试仪器及方法

将织物先放在标准大气条件下调湿。参照GB/T 3820—1997《纺织品和纺织制品厚度的测定》进行测试，6种织物沿经、纬向各测5次求平均值[4]。试验中避开织物中的褶皱部分，自然状态下放置在参考板上测定。

3.2 测试结果与分析

6种试样厚度测试结果如表1所示。试验表明，对该试样厚度产生的影响主要有：(1)涤纶短纤纱横截面呈圆柱状，涤纶长丝呈扁平状，两者纱线线密度的差异造成织物厚度的不同；(2)织物组织中，平纹的纱线浮长最短，因而相同条件下平纹织物最薄，浮长最长的3/1斜纹织物最厚；(3)涤纶长丝与玄武岩长丝间的摩擦较小，纱线有轻微滑移，进而减小了纱线在织物中的屈曲程度，而玄武岩长丝与涤纶短纤纱之间无此现象，这导致其织物厚度比玄武岩长丝/涤纶长丝交织物中同组织结构的织物大。

4 织物阻燃性能测试与研究

4.1 垂直燃烧测试仪器及方法

在织物上用钢尺分别量取300 mm×80 mm的测试试样各5块，裁取后按照GB 6529—2008《纺织品调湿和试验用标准大气》将试样调湿24 h。参照GB/T 5455—2014《纺织品 燃烧性能 垂直方向 损毁长度、阴燃和续燃时间的测定》进行试验，打开YG(B)815 D-I型(垂直型)织物阻燃性能测试仪，按照标准控制室温为(20±2)℃，相对湿度为(65±4)%。将试样垂直夹在试样夹上，确保试样下端和试样夹下端重合后再用4个夹子将试样两边固定。然后点火，将火焰高度调至(40±2)mm并稳定30 s后，按下启动开关。自动火焰装置在火焰燃烧试样12 s后会自动撤离，同时记录续燃时间，注意待试样开始无火焰燃烧时记录阴燃时间。然后将试样取出，沿织物上燃烧留下的黑色印记中心对折，在试样下端(被燃烧端)距离布边各6 mm处挂上与试样面密度相符的重锤，根据织物的面密度选用453.6 g的重锤，试样下端的另一边用手缓缓抬起，将重锤悬在空中一段时间后放下，记录试样被拉断的长度，即损毁长度[5]。整理数据汇总至表2。

表2 玄武岩长丝/涤纶交织物垂直燃烧试验数据

4.2 水平燃烧测试仪器及方法

试验所用仪器包括YG(B)815 D-Ⅱ型(水平法)织物阻燃性测试仪、钢尺(精度为0.1 mm)和剪子。试验按照FZ/T 01028—93《纺织织物燃烧性能测定水平法》进行，沿着与经向、纬向平行的方向，在织物上分别裁剪出尺寸为300 mm×100 mm的试样各5块。按照标准实验室条件，需满足温度为10～30 ℃，相对湿度为30%～80%。将试样正面朝下夹在试样夹上，然后依次将试样夹沿导轨推入，打开仪器并点火，火焰灼烧试样15 s后熄火，试样上火焰燃烧到第一条标记线时开始计时，直至燃烧至第三条标记线时停止计时，记录第一条标记线到火焰熄灭最远处的距离。按照式(1)计算蔓延速率[6]。

(1)

式中：B为火焰蔓延速率，mm/min；L为火焰蔓延距离，mm；t为火焰蔓延距离L时的时间，s。因水平燃烧试验中织物上的火焰蔓延距离L为0，所以B为0，即织物在水平状态下是不燃的。

4.3 垂直燃烧与水平燃烧测试结果分析

垂直燃烧试验中：织物经纬向均有低于2 s的续燃时间；经向有不同程度的损毁长度，但纬向几乎没有损毁长度；无阴燃时间。水平燃烧试验中，织物不燃。结合上面织物经垂直燃烧和水平燃烧试验数据分析得出，影响玄武岩长丝/涤纶交织物燃烧性能的主要因素为原材料和织物厚度。织物与火焰接触处变黑，这是涤纶经火焰灼烧后残留在织物上的，相比玄武岩长丝，涤纶较易燃烧，因此在经向涤纶与火焰垂直时，织物有损毁长度，而在纬向和水平燃烧试验中，火焰在燃烧涤纶时有玄武岩长丝在中间阻隔，使得织物几乎无损毁长度，如图1和图2所示。由此可见，若将玄武岩长丝/涤纶交织物用做阻燃织物，应使玄武岩长丝面向火源方向，或是水平放置。

图1 织物经向垂直燃烧试验布样图

图2 织物纬向垂直燃烧试验布样图

5 总结

玄武岩长丝/涤纶交织物的阻燃测试中：织物垂直燃烧时，阴燃时间为0 s，续燃时间均不超过2 s，损毁长度为0～5 mm；织物水平燃烧时，火焰蔓延速率和蔓延距离均为0，织物不燃。由此可见，玄武岩长丝/涤纶交织物在阻燃服装中有一定的应用前景。