織物規(guī)格對(duì)防電弧混紡織物性能的影響

李 俠 唐 虹 孫啟龍 朱 雯

（南通大學(xué)，江蘇南通，226019）

電弧事故發(fā)生時(shí)產(chǎn)生的高熱氣體和熔融金屬液滴會(huì)點(diǎn)燃或熔化工作人員的防護(hù)服，對(duì)人體產(chǎn)生嚴(yán)重?zé)醾?。裸露的人體皮膚暴露于低至1.2 cal/cm2的入射能量值時(shí)會(huì)引起2度燒傷。防電弧織物因其具備出色的耐熱性、阻燃性、不熔融、H級(jí)電絕緣、永久性防火和耐洗滌等性能，在遇到電弧閃爆時(shí)能迅速炭化，形成致密的碳化膜，阻止熱量向防護(hù)服內(nèi)部傳遞，從而將人體皮膚與電弧熱能的接觸傷害降至最低［1-2］。因此，具有防電弧功能的服裝對(duì)電力行業(yè)人員的人身安全防護(hù)具有十分重要的意義。

目前國(guó)內(nèi)有一些針對(duì)防電弧混紡織物研發(fā)的企業(yè)和高校，其中張生輝等人以阻燃腈氯綸/棉/芳綸1414、阻燃腈氯綸/芳綸1313/芳綸1414和棉/錦綸3種原料配比開發(fā)了單位面積質(zhì)量均為240 g/m2的防電弧織物［3］；李凍等人通過紡制不同混紡比的阻燃腈氯綸/芳綸1313/POD/對(duì)位芳綸混紡織物，探討POD纖維對(duì)防電弧織物舒適性和防護(hù)性能的影響，并分析了3種防電弧織物的原料和結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)其防電弧性能的影響［4-5］。沈劍等人對(duì)比了8種阻燃材料的混紡面料方案在電弧閃爆熱防護(hù)領(lǐng)域的綜合表現(xiàn)［6］。

本文通過對(duì)4種以腈氯綸和芳綸為主成分的防電弧混紡織物進(jìn)行拉伸、撕破、透氣、TPP值和電弧防護(hù)等性能測(cè)試，研究織物規(guī)格對(duì)其防電弧性能的影響。

1 試驗(yàn)

1.1 材料與儀器

采用的測(cè)試儀器有YG026D型多功能電子織物強(qiáng)力機(jī)、YG（B）461E型數(shù)字式織物透氣性能測(cè)定儀、YG606E型平板式保溫儀、RFH-Ⅲ型熱防護(hù)性能測(cè)試儀及Kinectrics材料電弧測(cè)試系統(tǒng)。

測(cè)試的4種防電弧混紡織物規(guī)格見表1。其中，織物組織均為二上一下斜紋，織物各自的經(jīng)緯紗相同。

表1織物規(guī)格

1.2 性能測(cè)試

按GB/T 3923.2—2013《紡織品 織物拉伸性能第2部分：斷裂強(qiáng)力的測(cè)定（抓樣法）》測(cè)試織物的拉伸性能；經(jīng)緯向各測(cè)試5塊試樣取平均值。

按GB/T 3917.2—2009《紡織品 織物撕破性能第2部分：褲型試樣（單縫）撕破強(qiáng)力的測(cè)定》測(cè)試織物的撕破強(qiáng)力；經(jīng)緯向各測(cè)試5塊試樣，結(jié)果取平均值。

按GB/T 5453—1997《紡織品 織物透氣性的測(cè)定》測(cè)試織物透氣率；試樣面積20 cm2，不同部位測(cè)試10次，結(jié)果取平均值。

按GB/T 11048—2008《紡織品 織物保溫性的測(cè)定》測(cè)試織物熱阻值；試樣面積30 cm×30 cm，各測(cè)試5塊試樣，結(jié)果取平均值。

按GA 10—2014《消防員滅火防護(hù)服》測(cè)試織物的TPP值；試樣尺寸為15 cm×15 cm。

按照ASTM F 1959—2012《服裝面料電弧熱防護(hù)性能值測(cè)試方法》測(cè)試織物ATPV和Ebt；試樣尺寸66 cm×30 cm；每種織物測(cè)試12組，每組3塊試樣。

2 測(cè)試結(jié)果與討論

2.1 織物的力學(xué)性能

4種織物的拉伸和撕破性能測(cè)試結(jié)果見表2。DL/T 320—2010《個(gè)人電弧防護(hù)用品通用技術(shù)要求》對(duì)防電弧織物斷裂強(qiáng)力和撕破強(qiáng)力有明確要求。從表2可以看出，本文測(cè)試的4種織物的斷裂強(qiáng)力均明顯滿足該標(biāo)準(zhǔn)要求，即織物單位面積質(zhì)量在200 g/m2～290 g/m2時(shí)斷裂強(qiáng)力大于450 N。本文測(cè)試的4種織物的撕破強(qiáng)力也均明顯滿足該標(biāo)準(zhǔn)要求，即織物單位面積質(zhì)量在200 g/m2～290 g/m2時(shí)撕破強(qiáng)力不小于40 N。

表2織物力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果

從表2可以看出，Ⅳ織物的斷裂強(qiáng)力、撕破強(qiáng)力和頂破強(qiáng)力均大于另外3種織物；這是由于Ⅳ織物中芳綸1313含量高達(dá)93%，而芳綸1313具有優(yōu)異的力學(xué)性能，增加了織物的強(qiáng)力。Ⅱ織物和Ⅲ織物與Ⅳ織物相比，即使三者芳綸1414、導(dǎo)電纖維混紡比相同，織物組織也相同，且Ⅱ織物和Ⅲ織物的經(jīng)密均大于Ⅳ織物，但依然不能補(bǔ)償其較低的斷裂強(qiáng)力。

2.2 織物的舒適性能

透氣性主要受空氣通過紗線之間空隙能力的影響，織物結(jié)構(gòu)是影響透氣性的主要因素。4種織物的透氣率和熱阻值測(cè)試結(jié)果見表3。從表3可看出，Ⅲ織物的透氣性遠(yuǎn)好于其他3種織物，這很可能是因?yàn)棰罂椢锏暮穸群蛦挝幻娣e質(zhì)量均最小。將Ⅱ織物、Ⅳ織物進(jìn)行比較，二者均為斜紋組織，緯密相近，厚度相同，Ⅱ織物經(jīng)密大于Ⅳ織物；織物緊度越大，空氣就越不易透過織物，織物的透氣性降低，所以Ⅱ織物透氣性低于Ⅳ織物。

熱阻值表示材料阻止熱量穿過的能力，熱阻值越大，織物的阻熱和隔熱性能越高，保溫性越好，而導(dǎo)熱性越差。4種織物的熱阻值總體相差不大，Ⅰ織物和Ⅳ織物保溫性能相對(duì)更好。

表3織物的透氣率與熱阻值測(cè)試結(jié)果

2.3 織物的熱防護(hù)性能

織物的熱防護(hù)和電弧防護(hù)性能的測(cè)試結(jié)果見表4。TPP值是模擬在爆燃環(huán)境（50%對(duì)流熱，50%輻射熱）下織物的防熱輻射性能指標(biāo)。從表4可看出，Ⅲ織物的TPP值最低，熱防護(hù)性能最差。Ⅱ織物、Ⅲ織物成分配比相同，Ⅱ織物經(jīng)密、厚度和單位面積質(zhì)量均大于Ⅲ織物，熱防護(hù)性能好于Ⅲ織物；這說明厚度和單位面積質(zhì)量影響著織物的熱防護(hù)性能。Ⅱ織物和Ⅳ織物相比，厚度相同，雖然Ⅱ織物經(jīng)密和單位面積質(zhì)量大于Ⅳ織物，但還是Ⅳ織物的熱防護(hù)性能好得多，這說明織物密度和單位面積質(zhì)量已不是熱防護(hù)性能的主要影響因素，最主要影響因素還是組成織物的纖維本身特性。Ⅳ織物的芳綸1313的含量高達(dá)93%，而芳綸1313具有優(yōu)異的阻燃耐高溫性能。

表4織物防護(hù)性能測(cè)試結(jié)果

電弧防護(hù)性能主要包括電弧熱防護(hù)性能ATPV、材料破裂閾能Ebt兩個(gè)指標(biāo)，最終的防電弧性能值取二者之中的較小值［7］。比較表4中4種織物的ATPV和Ebt的大小可知，應(yīng)以ATPV作為電弧防護(hù)性能的指標(biāo)。從表4可看出，Ⅱ織物、Ⅲ織物的電弧防護(hù)性能明顯好于Ⅰ織物、Ⅳ織物，說明腈氯綸/芳綸1313/芳綸1414/導(dǎo)電纖維65/28/5/2配比的織物防電弧性能較突出。比較配比相同的Ⅱ織物、Ⅲ織物可知，Ⅱ織物經(jīng)緯密、厚度和單位面積質(zhì)量均大于Ⅲ織物，電弧防護(hù)性能好于Ⅲ織物，這說明厚度和單位面積質(zhì)量影響著織物的電弧防護(hù)性能，織物的ATPV值與其厚度和單位面積質(zhì)量呈正相關(guān)。

比較4種織物的Ebt可知，Ⅳ織物的Ebt最大，抵抗電弧爆裂效應(yīng)的能力最強(qiáng)，而Ⅳ織物的斷裂強(qiáng)力、撕破強(qiáng)力和頂破強(qiáng)力均大于另外3種織物，表明織物的Ebt與其力學(xué)性能呈正相關(guān)。

3 結(jié)論

（1）織物的厚度和單位面積質(zhì)量與其TPP值和ATPV分別呈正相關(guān)，與織物的透氣性呈負(fù)相關(guān)。在相同成分配比下，織物的厚度和單位面積質(zhì)量越大，其熱防護(hù)性能和電弧防護(hù)性能越好?？椢锏臒岱雷o(hù)性能影響著織物的電弧防護(hù)性能。適度增加織物厚度可在不顯著降低織物舒適性的同時(shí)，有效增加織物的電弧防護(hù)性能。

（2）織物的Ebt與其力學(xué)性能呈正相關(guān)。增加芳綸1313的含量可有效增強(qiáng)織物的力學(xué)性能和破裂閾能，但對(duì)提升織物的電弧防護(hù)性能不明顯。

（3）綜合本文試驗(yàn)結(jié)果認(rèn)為，在設(shè)計(jì)防電弧織物時(shí)，腈氯綸/芳綸1313/芳綸1414/導(dǎo)電纖維65/28/5/2配比的織物電弧防護(hù)性能較突出。