李 龍,李 健,趙永旗,楊建忠,楊 柳
(1.陜西中天火箭技術(shù)股份有限公司,陜西西安710025;2.西安工程大學紡織與材料學院,陜西西安710048)
隨著科技的進步和我國對于特殊行業(yè)工作人員的人身安全的重視,阻燃纖維及阻燃織物種類日漸增多,阻燃劑的創(chuàng)新,后整理技術(shù)的改進,及各種材料的混紡、交織,阻燃織物的風格也在不斷變化[1]??椢镲L格與服裝的服用性能息息相關(guān),并且影響相關(guān)部門選擇防護服產(chǎn)品適用性的評定[2]。美國消防安全協(xié)會(NFPA)的規(guī)范 NFPA—1971與歐洲標準規(guī)范EN—469,均要求熱防護服必須由四層組成,即防火外層、防水透濕層、隔熱防火層、舒適層。其中,防水透濕層為層壓于外層阻燃棉織物上的聚四氟乙烯(PTFE)膜,層壓過程中需用一定量的粘合劑將阻燃棉織物與PTFE膜進行粘合,如層壓后使得織物變得僵硬則會對消防作業(yè)中消防員活動造成阻礙,甚至拖延作業(yè)時間危及到消防員生命安全。因此,對防水透氣層進行彎曲性能的測試十分必要。舒適層即內(nèi)層是最貼近服用者皮膚一層,在服用期間與服用者皮膚進行數(shù)次接觸與摩擦,因此需要對舒適層進行表面摩擦性能測試。作者通過選取外層用覆膜棉型阻燃織物和舒適層用棉型阻燃織物各3種,運用KES-FB織物風格儀進行織物風格的測試與分析,對消防服用阻燃織物的風格進行了評價。
阻燃織物面料:外層為阻燃棉織物,防水透濕層為層壓于阻燃棉織物上的PTFE膜,舒適層用阻燃織物為經(jīng)過阻燃整理的棉織物或嵌入防靜電絲的織物,其織物規(guī)格如表1所示,均由上海伊貝娜紡織品有限公司提供。
表1 試樣的基本規(guī)格Tab.1 Specification of samples
KES-FB-AUTO-A織物風格儀:多臺多指標式的織物風格測試系統(tǒng),系統(tǒng)分為拉伸、剪切試驗儀,純彎曲試驗儀,壓縮性試驗儀和表面性能試驗儀 4 臺試驗主機[4-5],日本 KATO 公司制。
測試方法按照 FZ/T01054.1—1999《織物風格試驗方法總則》,試樣在溫度為(20±3)℃、相對濕度為(65±3%)的標準環(huán)境條件下預(yù)調(diào)濕48 h 后進行測試,試樣大小為 20 cm ×20 cm[2,6]。
拉伸性能:將一定尺寸的試樣在低應(yīng)力下拉伸(試樣受到的最大負荷為490 cN/cm),記錄拉伸循環(huán)中負荷-變形曲線,根據(jù)該拉伸曲線計算出拉伸性能指標[6]。
剪切性能:將試樣一端固定,另一端向與固定端相平行的方向移動,使試樣受到剪切力作用,測定單位寬度試樣上承受的剪切力與剪切變形角度的關(guān)系。
彎曲性能:首先向面料正面彎曲,曲率從0增加到2.5,而后變形回復(fù)到初始狀態(tài)(曲率為0),再向面料的反面彎曲到曲率-2.5后,變形回復(fù)到初始狀態(tài),則得到試樣的彎曲性能相關(guān)指標。
壓縮性能:將織物試樣平放在載物臺上,壓頭以勻速緩慢下降,垂直壓縮試樣表面,通過力傳感器及X-Y記錄儀,測得相關(guān)曲線[7]。
表面摩擦性能:用兩個測頭聯(lián)合測試面料的表面性能。第一個測頭稱為摩擦子,其模仿人的指紋由10根0.5 mm的細鋼絲排成的一個平面,測試時該平面與試樣表面在一定壓力作用下相對滑動,測得動摩擦系數(shù)曲線;第二測頭為一個矩形環(huán),測試時矩形環(huán)在一定壓力作用下與面料接觸,并且沿環(huán)平面的垂直方向與面料發(fā)生相對運動,測得織物厚度(T)隨位移(x)的變化曲線[8]。
由表2可看出,3#試樣的拉伸線性度(LT)均小于1#,2#試樣,說明覆膜阻燃帆布面料比棉錦面料和防撕裂織物柔軟。2#試樣的拉伸功(WT)明顯小于1#和3#試樣,說明覆膜阻燃防撕裂面料在抗變形能力上有明顯的優(yōu)勢。而無覆膜面料中,6#試樣的LT明顯小于4#與5#試樣,因此未做阻燃后整理的全棉防靜電面料手感最為柔軟,而全棉阻燃防靜電面料與全棉阻燃面料的LT差異并不明顯。5#的拉伸功回復(fù)率(RT)最大,說明未嵌入防靜電金屬絲的全棉阻燃面料的彈性最好。在覆膜面料中,2#試樣的拉伸延伸率(EMT)稍小些,說明覆膜阻燃防撕裂棉面料的抗變形能力較好;而無覆膜面料中,5#試樣的EMT小于同組其它試樣,說明全棉阻燃面料具有良好的抗變形能力。
表2 試樣的拉伸性能Tab.2 Tensile properties of samples
由表3可見:在覆膜面料中,3#織物的剪切剛度(G)較大,說明阻燃帆布的抗剪切變形能力較強,即在面料搬運、制衣以及服用過程中不易產(chǎn)生緯斜和弓斜[9];而無覆膜面料中,4#試樣的G最大,即全棉阻燃防靜電面料的抗剪切變形能力最強;而G最小的6#試樣懸垂性最好;對于覆膜面料,3#試樣的剪切變形角度0.5°下剪切滯后矩(2HG)最大,2#試樣的其次,1#試樣的較小,說明阻燃帆布面料的剪切回復(fù)性相對較差;但1#試樣的G也最小,說明覆膜棉錦阻燃面料的回復(fù)能力較好,且懸垂性最好。
表3 試樣的剪切性能Tab.3 Shearing properties of samples
由表4可見,覆膜面料中3#試樣的平均彎曲剛度(B)較小,1#試樣的B與2#試樣的相接近,因此阻燃帆布面料手感相對較為柔軟,懸垂性好。3#試樣的彎曲滯后矩(2HB)數(shù)值稍大,說明阻燃帆布面料最有身骨,但彎曲變形后的回復(fù)能力相對較差。
表4 試樣的彎曲性能Tab.4 Bending properties of samples
無覆膜面料中,6#試樣的B均比4#,5#試樣的小,即全棉防靜電面料最為柔軟。若后續(xù)研究中,外層及隔熱層選取阻燃性能較好的材料(如聚對苯撐苯并二噁唑纖維織物作為外層,芳綸1313作隔熱層)[10],可考慮用全棉防靜電面料作為內(nèi)層以提高穿著舒適度。
從表4還可以看出,覆膜織物試樣的B,2HB整體高于無覆膜織物試樣,且其B與2HB呈正相關(guān),即B越大2HB亦越大。一般情況下,在織物紗支與組織相同時,織物越緊密,織物的B和2HB相對越大。
由表5可見,對于覆膜面料,3種織物的壓縮線性度(LC)差異不大,但1#和3#試樣的壓縮功(WC)大于2#試樣,說明阻燃棉錦與阻燃帆布的蓬松度要比阻燃防撕裂棉面料好;3#試樣壓縮回復(fù)率(RC)最大,說明阻燃帆布壓縮彈性最好,織物有良好豐厚感;6#試樣的WC大于4#、5#試樣,即未做阻燃后整理的全棉防靜電面料的蓬松度最好。而蓬松度越好,織物中的空氣層越厚,在火場中,空氣層可有效減緩熱量傳遞速度,因此織物的蓬松度好,對于阻燃效果會有一定的提高。5#試樣的穩(wěn)定厚度(TM)及表觀厚度(T0)均為同組最小,其TM及T0分別為 0.291,0.569 mm,說明5#試樣較為輕薄。
表5 試樣的壓縮性能Tab.5 Compressive property of samples
由表6可見,3種覆膜織物的摩擦因數(shù)平均差不勻率(MMD)差異不大;2#試樣表面粗糙度(SMD)小于1#和3#試樣,說明阻燃防撕裂棉面料的手感最細膩、滑糯;而無覆膜面料中,3種織物的MMD與SMD差異不大;而6#試樣的平均摩擦系數(shù)(MIU)小,因此全棉防靜電面料較其他兩種面料更為細膩。
表6 試樣的表面摩擦性能Tab.6 Surface friction properties of samples
a.作為消防服中的防水透濕層,覆膜阻燃帆布具有良好的拉伸性能,面料較為柔軟且有身骨,彈性好,有較強的抗拉伸、剪切變形的能力。其中3#試樣覆膜阻燃帆布的織物風格最適合應(yīng)用于消防服面料。
b.無覆膜面料中,未做阻燃后整理的6#試樣的服用性能佳,手感柔軟,壓縮彈性與豐厚感均優(yōu)于其他兩種面料。阻燃后整理對于織物手感及彈性有一定的影響。
c.若后續(xù)研究時,建議外層及隔熱層選取阻燃性能較好的材料(如聚對苯二撐苯并二噁唑纖維織物作為外層,芳綸1313作隔熱層),可考慮用全棉防靜電面料作為內(nèi)層以提高穿著舒適度。
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