CESALON阻燃錦綸混紡紗的性能研究

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1.東華大學(xué)紡織學(xué)院，上海201620；2.上海安凸阻燃纖維有限公司，上海201800；3.東華大學(xué)紡織面料技術(shù)教育部重點實驗室，上海201620

目前，產(chǎn)品阻燃相關(guān)標(biāo)準規(guī)定，公共場所使用、服務(wù)于特殊人群的某些紡織品應(yīng)具備的阻燃、耐高溫的要求。近年來，各企業(yè)紛紛開展紡織纖維的阻燃改性、阻燃新材料的開發(fā)及阻燃紡織品的應(yīng)用與推廣等工作，研究成果受到了各界的廣泛關(guān)注及支持[1-4]。

錦綸也稱聚酰胺纖維，俗稱尼龍，與滌綸相比，它具有質(zhì)輕、易染色、耐磨性和彈性好及不易蟲蛀等優(yōu)良特點，可應(yīng)用于紡織面料、服裝及工業(yè)用品等民用領(lǐng)域，還可用于軍用防護服等軍事領(lǐng)域[5-6]。錦綸的熱學(xué)性能較差，普通錦綸的極限氧指數(shù)(Limiting Oxygen Index，簡稱“LOI”)為20%～24%，屬于可燃纖維，其易燃燒性能及燃燒過程中產(chǎn)生的熔融滴落物易造成火勢蔓延等限制了其廣泛應(yīng)用[7-8]。

CESALON阻燃錦綸是一種經(jīng)過阻燃改性的纖維，它的LOI高達33%，但仍屬于熔融性纖維，燃燒時會產(chǎn)生熔滴現(xiàn)象。本文主要研究不同混紡比的CESALON阻燃錦綸/阻燃黏膠纖維和CESALON阻燃錦綸/芳綸兩類混紡紗的性能，重點探究CESALON阻燃錦綸質(zhì)量分數(shù)對混紡紗阻燃性能的影響，得到最佳的混紡比，以期為CESALON阻燃錦綸混紡產(chǎn)品的生產(chǎn)提供一定的理論指導(dǎo)。

1 試驗部分

1.1 試驗原料

試驗原料采用由上海安凸阻燃纖維有限公司提供的CESALON阻燃錦綸、阻燃黏膠纖維和芳綸等3種阻燃纖維，它們的主要性能見表1。

表1 阻燃纖維的主要性能

由表1可知，CESALON阻燃錦綸具有較高的斷裂強度和斷裂伸長率，其斷裂強度是阻燃黏膠的1.54倍，斷裂伸長率則是阻燃黏膠纖維的3.47倍、芳綸的2.64倍。3種阻燃纖維中，芳綸的斷裂強度最高，是CESALON阻燃錦綸的2.11倍、阻燃黏膠纖維的3.26倍。CESALON阻燃錦綸的LOI較大，表明它具有較好的阻燃性能，但在高溫下有熔滴現(xiàn)象，需與其他纖維混紡以改善其抗熔滴性。阻燃黏膠纖維屬于非熔融性纖維，除具有較好的阻燃性能(它的LOI最大)外，其吸濕透氣性能優(yōu)異，可提高混紡紗的吸濕性能并改善紡紗過程中的靜電現(xiàn)象，且與CESALON阻燃錦綸的細度、長度均相同，這也有利于混紡。芳綸具有優(yōu)異的阻燃性能和耐高溫性及良好的化學(xué)性能和尺寸穩(wěn)定性，它與CESALON阻燃錦綸混紡可有效改善CESALON阻燃錦綸抗熔滴性差的問題。

1.2 試樣制備

采用CESALON阻燃錦綸分別與阻燃黏膠纖維、芳綸按照一定比例混紡，混紡紗線密度設(shè)定為20.00 tex，捻系數(shù)為280。對于CESALON阻燃錦綸/阻燃黏膠纖維混紡紗，共設(shè)置11種CESALON阻燃錦綸質(zhì)量分數(shù)(分別為0、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%)；對于CESALON阻燃錦綸/芳綸混紡紗，共設(shè)置6種CESALON阻燃錦綸質(zhì)量分數(shù)(分別為0、10%、20%、30%、40%、50%)。本試驗采用纖維散混的方式進行混紡，具體的工藝流程：AS181A型梳棉試驗機(開松梳理)→DHA FJ1201型單眼并條機(3道并條)→FA498型粗紗機(粗紗)→DHU X-01型細紗試驗機(細紗)。在紡紗過程中，由于CESALON阻燃錦綸、芳綸的公定回潮率較低，梳理時產(chǎn)生較嚴重的靜電現(xiàn)象，需采取一定的防靜電措施，如適當(dāng)提高車間的相對濕度，給CESALON阻燃錦綸、芳綸上油或提高纖維的實際回潮率，以確保紡紗過程順利進行。

1.3 主要儀器設(shè)備

XL-1A紗線強伸度儀(上海新纖儀器有限公司)；CT3000條干均勻度儀(陜西長嶺紡織機電科技有限公司)；H2006U型毛羽測試儀(北京華昊電子有限公司)；YG815A垂直法織物阻燃性能測試儀(溫州方圓儀器有限公司)；ME204E型電子天平(上海羿舉儀器設(shè)備有限公司)；YG086縷紗測長機(南通宏大實驗儀器有限公司)。

1.4 性能測試

1.4.1 拉伸性能

根據(jù)GB/T 3916—2013《紡織品 卷裝紗 單根紗線斷裂強力和斷裂伸長率的測定(CRE法)》，測試混紡紗的拉伸性能。

1.4.2 外觀質(zhì)量

外觀質(zhì)量主要考察混紡紗的條干均勻度和毛羽情況：

(1)條干均勻度。根據(jù)GB/T 3292.2—2009《紡織品 紗線條干不勻試驗方法 第2部分：光電法》，測試混紡紗的條干CV值。

(2)毛羽情況。利用H2006U型毛羽測試儀測試混紡紗表面3.0 mm以上毛羽指數(shù)，走紗速度30 m/min，片段長度10.0 m。每種試樣測10次。

1.4.3 阻燃性能

參考GB/T 5455—2014《紡織品 燃燒性能 垂直方向損毀長度、陰燃和續(xù)燃時間的測定》，在縷紗測長機上繞取混紡紗200根，保持試樣夾持寬度為10.0 mm，夾持距離為300.0 mm，點燃時間6.0 s。每種試樣測5次。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 混紡紗的拉伸性能

當(dāng)拉伸由兩種組分的纖維構(gòu)成的混紡紗時，混紡紗的拉伸性能與各組分纖維的拉伸性能和混紡比密切相關(guān)[9]。兩類混紡紗的拉伸性能測試結(jié)果分別如圖1、圖2所示。

圖1 CESALON阻燃錦綸/阻燃黏膠纖維混紡紗的拉伸性能測試結(jié)果

圖2 CESALON阻燃錦綸/芳綸混紡紗的拉伸性能測試結(jié)果

由圖1可知，隨著CESALON阻燃錦綸質(zhì)量分數(shù)的提高，CESALON阻燃錦綸/阻燃黏膠纖維混紡紗的斷裂強度呈先減小后增大的趨勢，其在CESALON阻燃錦綸質(zhì)量分數(shù)為70%左右時達到最小，斷裂伸長率則逐漸增加。由于CESALON阻燃錦綸的斷裂伸長率大于阻燃黏膠纖維，隨著CESALON阻燃錦綸質(zhì)量分數(shù)的提高，混紡紗的斷裂伸長率持續(xù)增加；當(dāng)CESALON阻燃錦綸質(zhì)量分數(shù)較小時，拉伸過程中混紡紗中斷裂伸長率較小的阻燃黏膠纖維首先被拉斷，CESALON阻燃錦綸無法承擔(dān)由此產(chǎn)生的額外負荷也發(fā)生斷裂，此時混紡紗的斷裂強度主要由阻燃黏膠纖維貢獻。當(dāng)CESALON阻燃錦綸質(zhì)量分數(shù)增加至70%左右，即其能承受混紡紗中阻燃黏膠纖維被拉斷所產(chǎn)生的額外負荷的時候，CESALON阻燃錦綸/阻燃黏膠纖維混紡紗的斷裂強度達到最小。之后，混紡紗的斷裂強度主要由CESALON阻燃錦綸貢獻，故混紡紗的斷裂強度逐漸提升[10]。

由圖2可知，隨著CESALON阻燃錦綸質(zhì)量分數(shù)的提高，CESALON阻燃錦綸/芳綸混紡紗的斷裂強度顯著減小，斷裂伸長率先小幅減小后持續(xù)增大。由于混紡紗中芳綸的長度和斷裂強度均大于CESALON阻燃錦綸，芳綸的質(zhì)量分數(shù)大，則混紡紗的斷裂強度大，且芳綸的長度長，其在混紡紗中的強度利用率高，混紡紗的斷裂強度也大。另外，CESALON阻燃錦綸的質(zhì)量分數(shù)增加時，混紡紗中纖維長度整齊度變差，紗線內(nèi)部的強力弱環(huán)增多，導(dǎo)致混紡紗的斷裂強度下降。CESALON阻燃錦綸的斷裂伸長率大，當(dāng)它的質(zhì)量分數(shù)較小(10%～20%)時，其對混紡紗的伸長性能不能起到主要作用，混紡紗的斷裂伸長率出現(xiàn)先降低后增加的緩慢變化；當(dāng)CESALON阻燃錦綸質(zhì)量分數(shù)為20%～50%時，混紡紗的斷裂伸長率線性增加。

2.2 混紡紗的外觀質(zhì)量

CESALON阻燃錦綸/阻燃黏膠纖維混紡紗、CESALON阻燃錦綸/芳綸混紡紗的條干CV值和3.0 mm以上毛羽指數(shù)的測試結(jié)果分別如圖3、圖4所示。

圖3 CESALON阻燃錦綸/阻燃黏膠纖維混紡紗的條干CV值和3.0 mm以上毛羽指數(shù)測試結(jié)果

圖4 CESALON阻燃錦綸/芳綸混紡紗的條干CV值和3.0 mm以上毛羽指數(shù)測試結(jié)果

由圖3可知，隨著CESALON阻燃錦綸質(zhì)量分數(shù)的增加，CESALON阻燃錦綸/阻燃黏膠纖維混紡紗的條干CV值和3.0 mm以上毛羽指數(shù)的變化均無顯著規(guī)律。由于本試驗采用纖維散混的方式進行混紡，兩種纖維混合較為均勻且兩種纖維的線密度和長度相同，紡紗過程中提高CESALON阻燃錦綸的實際回潮率有效地減少了靜電現(xiàn)象，因此CESALON阻燃錦綸質(zhì)量分數(shù)對混紡紗的條干CV值及3.0 mm以上毛羽指數(shù)無顯著影響。

由圖4可知，隨著CESALON阻燃錦綸質(zhì)量分數(shù)的增加，CESALON阻燃錦綸/芳綸混紡紗的條干CV值及3.0 mm以上毛羽指數(shù)均呈減小的趨勢。由于芳綸長度長、摩擦力小及容易起靜電等原因，其可紡性差，在混紡過程中容易產(chǎn)生纖維漂浮、纏繞皮輥或羅拉等現(xiàn)象。芳綸的質(zhì)量分數(shù)越大，上述現(xiàn)象越嚴重，導(dǎo)致混紡紗的條干CV值和3.0 mm以上毛羽指數(shù)均增大。采用較大的CESALON阻燃錦綸質(zhì)量分數(shù)，混紡紗的成紗質(zhì)量得到明顯改善，條干CV值及3.0 mm以上毛羽指數(shù)均減小。

通過比較圖3和圖4發(fā)現(xiàn)，CESALON阻燃錦綸/芳綸混紡紗的3.0 mm以上毛羽指數(shù)總體上大于CESALON阻燃錦綸/阻燃黏膠纖維混紡紗。

2.3 混紡紗的阻燃性能

兩類混紡紗的阻燃性能測試結(jié)果分別見表2、表3。其中，損毀長度、續(xù)燃時間、陰燃時間等指標(biāo)的值越低，表示混紡紗的阻燃性能越好，反之越差；燃燒特征方面，燃燒處的收縮現(xiàn)象越明顯及熔融現(xiàn)象越嚴重，說明混紡紗的抗熔滴性越差，而殘?zhí)繉映屎谏f明炭化程度大，相當(dāng)于混紡紗的抗熔滴性強。

表2 CESALON阻燃錦綸/阻燃黏膠纖維混紡紗的阻燃性能測試結(jié)果

表3 CESALON阻燃錦綸/芳綸混紡紗的阻燃性能測試結(jié)果

由表2可知，CESALON阻燃錦綸純紡紗的阻燃性能最好，即不存在續(xù)燃時間、陰燃時間，且損毀長度最短，但其燃燒處產(chǎn)生嚴重的熔融收縮現(xiàn)象，殘?zhí)繉映驶疑财瑺?，說明它的抗熔滴性差。阻燃黏膠纖維純紡紗沒有續(xù)燃時間、陰燃時間，損毀長度較CESALON阻燃錦綸純紡紗長，燃燒處無收縮現(xiàn)象，僅炭化且殘?zhí)繉映屎谏?，表明它的抗熔滴性強。?dāng)CESALON阻燃錦綸質(zhì)量分數(shù)低于20%時，混紡紗出現(xiàn)續(xù)燃，無陰燃現(xiàn)象，同時損毀長度隨著CESALON阻燃錦綸質(zhì)量分數(shù)的減少而增大，燃燒處炭化，紗線略有收縮，抗熔滴性能大幅改善。當(dāng)CESALON阻燃錦綸質(zhì)量分數(shù)為30%時，混紡紗被燒斷，約9.0 s后自行熄滅。當(dāng)CESALON阻燃錦綸質(zhì)量分數(shù)高于30%時，混紡紗均被燒斷，并繼續(xù)往上端燃燒至夾持點后自行熄滅。一方面，阻燃黏膠纖維屬于非熔融性纖維，其燃燒后會分解成氣體和殘?zhí)?，?dāng)CESALON阻燃錦綸質(zhì)量分數(shù)增加到一定程度時，混紡紗燃燒時產(chǎn)生“蠟燭效應(yīng)”，即阻燃黏膠纖維作為“蠟燭”的“芯”，CESALON阻燃錦綸作為“蠟燭”的“油”，導(dǎo)致混紡紗劇烈燃燒；另一方面，阻燃黏膠纖維燃燒后產(chǎn)生的殘?zhí)繉訉ESALON阻燃錦綸有支架作用，能有效防止CESALON阻燃錦綸的熔滴滴落并加速熔滴的炭化，提高混紡紗的成炭率，從而改善混紡紗的抗熔滴性。

由表3可知，芳綸純紡紗具有優(yōu)異的阻燃性能，損毀長度最短，不存在陰燃時間，燃燒處形成了致密的殘?zhí)繉?。CESALON阻燃錦綸質(zhì)量分數(shù)低于40%時，隨著CESALON阻燃錦綸質(zhì)量分數(shù)的增加，混紡紗的阻燃性能下降。CESALON阻燃錦綸質(zhì)量分數(shù)為50%時，混紡紗的阻燃性能提高，熔融現(xiàn)象嚴重。CESALON阻燃錦綸質(zhì)量分數(shù)較小時，由于芳綸本身具有耐高溫和阻燃性能，其在燃燒時不收縮、不產(chǎn)生熔滴且形成致密堅硬的殘?zhí)繉?，形成有效的支架防止CESALON阻燃錦綸的熔滴滴落。另外，致密的殘?zhí)繉幽苡行Ц艚^氧氣，阻礙燃燒進行，故CESALON阻燃錦綸質(zhì)量分數(shù)增大，阻燃性能下降。當(dāng)CESALON阻燃錦綸質(zhì)量分數(shù)達到一定程度時，混紡紗中的芳綸不足以形成有效的支架，混紡紗阻燃性能下降，熔融現(xiàn)象產(chǎn)生，抗熔滴性未得到改善。

通過比較表2、表3可知，CESALON阻燃錦綸/芳綸混紡紗的阻燃性能總體上優(yōu)于CESALON阻燃錦綸/阻燃黏膠纖維混紡紗。

3 結(jié)論

對不同混紡比的CESALON阻燃錦綸/阻燃黏膠纖維混紡紗和CESALON阻燃錦綸/芳綸混紡紗的拉伸性能、外觀質(zhì)量及阻燃性能進行測試與分析，得出：

(1)隨著CESALON阻燃錦綸質(zhì)量分數(shù)的增加，CESALON阻燃錦綸/阻燃黏膠纖維混紡紗的斷裂強度先減小后增大，斷裂伸長率逐漸增加，條干CV值和3.0 mm以上毛羽指數(shù)無顯著變化規(guī)律，其中在CESALON阻燃錦綸質(zhì)量分數(shù)為70%左右時斷裂強度達到最小值。CESALON阻燃錦綸質(zhì)量分數(shù)低于20%時，CESALON阻燃錦綸/阻燃黏膠纖維混紡紗的阻燃性能較好，抗熔滴性大幅改善。

(2)隨著CESALON阻燃錦綸質(zhì)量分數(shù)的增加，CESALON阻燃錦綸/芳綸混紡紗的斷裂強度顯著減小，斷裂伸長率先小幅減小后呈線性增大，條干CV值及3.0 mm以上毛羽指數(shù)逐漸下降。當(dāng)CESALON阻燃錦綸質(zhì)量分數(shù)低于20%時，隨著CESALON阻燃錦綸質(zhì)量分數(shù)的提高，CESALON阻燃錦綸/芳綸混紡紗的阻燃性能下降，但抗熔滴性得到有效改善。CESALON阻燃錦綸/芳綸混紡紗的阻燃性能總體上優(yōu)于CESALON阻燃錦綸/阻燃黏膠纖維混紡紗。