不锈钢纤维_棉纤维混纺纱阻燃面料的制备及性能.pdf

第4 期科研与生产2023年8 月不锈钢纤维/棉纤维混纺纱阻燃面料的制备及性能严涛海1,时雅菁1,王迪迪1,黄露明2,陆东东3（1.闽江学院服装与艺术工程学院，福建福州3 5 0 10 8;2.春晖科技集团有限公司，福建福州3 5 0 0 18；3.福建华峰新材料有限公司福建省运动鞋面料重点实验室，福建莆田3 5 116 4摘要：目前常规的焊接服面料是阻燃棉面料，需要改善其抗熔孔性，文章制备了3 种不同比例的不锈钢纤维/棉纤维混纺面料，研究了不锈钢纤维添加比例的变化对面料舒适性及阻燃性能的影响。结果发现，不锈钢纤维/棉纤维混纺面料的力学性能较好，相对传统电焊服所用面料而言显著改善了服用性能及功能性，不锈钢纤维的添加有利于改善面料的透气性、力学性能、阻燃性能等性能，但是会影响面料透湿性、柔软性等性能，10%的不锈钢纤维添加比例具有成本低、舒适性好、阻燃性良好等综合优势，预计在焊接服面料应用上拥有较大发展潜力。关键词：阻燃功能；舒适性；不锈钢纤维；混纺面料Doi:10.3969/j.issn.2095-0101.2023.04.001中图分类号：TS106文献标识码：A文章编号：2 0 95-0 10 1(2 0 2 3)0 4-0 0 0 1-0 3随着全球经济一体化的加速发展，服装行业的竞争日益激烈，而服装科技的进步显著提升了劳动生产率，人们对服装的性能和品质有了更高的要求，不仅要求服装柔软舒适，也希望其具有更多的实用性能，社会各界对服装的性能需求呈多元化趋势，这是服装需求的变化。各类具有特殊性能的服装也为工业发展提供了一定的保障，电焊行业从劳动保护和科学规范的要求出发，对其服装有阻燃和抗熔孔性等功能性的需求。不锈钢纤维熔点为13 5 0，在氧化氛围中，温度高达600条件下可连续使用，是很好的耐高温材料2。经课题组初步实验证实，90 0 g/m纯不锈钢纤维机织面料具有良好的抗熔孔性，但纯不锈钢纤维面料价格较高，其热湿舒适性也较差，需要加以改善。电焊行业需要特定的功能性服装，因而需要研发能够阻燃并且有一定柔软舒适性的面料，可应用于电焊和消防等领域，改善现有劳动防护服装的性能。电焊服是一种专门为电焊工设计的防护服，它要求能够有效地抵御高温（阻燃）、焊接飞溅和高辐射等恶劣环境，从而保护劳动者的身体健康。纺织品的阻燃整理具有较大的灵活性，能根据产品的最终使用要求赋予织物阻燃性，还能结合其他整理如防水、抗菌、防静电等进行多功能后整理，具有简便的工艺特点。织物的阻燃整收稿日期：2 0 2 3-0 5-2 1基金项目：福建省科技计划项目引导性项目（编号：2 0 2 2 H0049)；福建省运动鞋面材料重点实验室开放项目(SSUM2202)第一作者：严涛海（198 3 一），湖北仙桃人，副教授，博士，主要研究方向为功能性纺织品，。理方法应根据织物的组织结构、最终用途和阻燃性能等因素来确定，一般有4 种阻燃工艺3,即连续喷雾法、浸渍烘燥法、涂层法和浸轧焙烘法。本文研究了不同比例的不锈钢纤维和棉纱混纺后制备面料并经阻燃功能整理后的性能差异，通过对纱线及面料的各种服用舒适性及阻燃功能性的测试研究最佳混纺比，进而研究不同比例不锈钢纤维纱线对面料性能的影响。1实验材料1.1实验原料与设备实验原料：3 2 0 T/M不锈钢纤维/棉混纺纱（不锈钢纤维比例分别为0%、10%、2 0%)购于福建东龙针纺有限公司，磷氮系阻燃处理剂阻燃整理剂购于江西百川防火技术咨询有限公司。实验设备：温州大荣纺织仪器有限公司的自动织物硬挺度试验仪YG022、数字式织物厚度仪YG141D、织物起毛起球仪YG502、织物透气性测试仪YG461x、织物透湿量仪YG216-H、缕纱测长机YG086c,IN-STRON（英斯特朗）的万能材料试验机3 3 6 5,温州方圆仪器有限公司的织物阻燃性能测试仪YG815A-1.2面料制备及测试样品的经向所用纱线与纬向所用纱线为同种纱线，制备的面料样品下机经向密度为2 2 0 根/10 cm，纬向密度为15 2 根/10 cm，组织结构设计为三上三下右斜纹。普通棉纱不存在阻燃性能，面料使用磷氮系阻燃剂，使用浸轧焙烘法制备阻燃面料。参照GB/T3923.12013纺织品织物拉伸性能第1部分：断裂强力和断裂伸长率的测定（条样法）测试织物断裂强力；参照GB/T18318.12009纺织品第4 期科研与生产2023年8 月弯曲性能的测定第1部分：斜面法测试织物硬挺度；参照CB/T4802.1一2 0 0 8 纺织品织物起毛起球性能的测定第1部分：圆轨迹法测试织物耐磨性；参照GB/T5453一1997 纺织品织物透气性的测定测试织物透气性能；参照GB/T12704.12009纺织品织物透湿性试验方法测试织物透湿性能；参照GB8965.1一2020防护服装阻燃防护第1部分：阻燃服测试面料阻燃性能。2结果与分析2.1纱线线密度测试分析棉纤维中分别加人0%、10%、2 0%比例的不锈钢纤维混纺后制备的混纺纱线密度数据见表1。线密度对于纺织加工和产品质量至关重要，同时也会直接影响到面料的使用性能，是纤维很重要的物理特性和几何特征之一,也是面料设计的重要基础之一4。由表1数据可知，加人不锈钢纤维后，不锈钢纤维混纺棉的纱线线密度有所增加，而10%不锈钢纤维含量的混纺纱线与2 0%不锈钢纤维含量的纱线线密度相差不大，这是因为它们的混纺工艺基本一致,后期都是通过相同的并线和加捻工艺制备而成的。表1不同比例不锈钢纤维混纺棉的线密度锈钢纤维含量/%线密度/tex标准差0161.8710.016510164.4770.024120164.5130.03822.2力学性能测试表2 是不锈钢纤维/棉纤维混纺纱线的强度测试数据，分析数据可知，不锈钢纤维含量增加后，纱线的断裂强度指标明显改善，断裂伸长率也明显提高。由此可知，不锈钢纤维与棉纤维混纺后所制备的纱线，相对纯棉纱线来说，力学性能会有所改善。这是因为不锈钢纤维本身具有较好的断裂强度，与棉纤维混纺后的纱线强力也会相对更高。表3 为不锈钢纤维/棉纤维混纺面料的一次拉伸断裂力学测试数据，分析数据可知，不锈钢纤维含量越高，经向断裂强度越高，而10%和2 0%不锈钢纤维含量的面料经向断裂强度和断裂伸长率各自相差不大。这是因为制备该面料所使用的不锈钢纤维/棉纤维混纺纱线的经向断裂强度和断裂伸长率差距不大，并且使用了同样的机织工艺。而增加不锈钢纤维含量后，面料的断裂伸长率反而有所下降，这是因为随着不锈钢纤维单纱并捻数量的提高，纱线的不匀也上升了。同时，也是因为不锈钢纤维的断裂伸长率比棉纤维低，导致面料整体断裂伸长率反而有下降的趋势。综合来说2 0%比例的不锈钢纤维混纺棉面料的经向断裂强度和断裂伸长率都最具优势，且标准方差较小，说明该不锈钢纤维添加比例相对另外两个比例来说，在拉伸断裂力学性能上更有优势表2 不同比例不锈钢纤维混纺棉纱线强度测试不锈钢纤维断裂强度/断裂伸标准变异含量/%(cN/tex)长率/%方差系数12.83.480.685.991014.63.810.847.242015.14.290.926.79表3 不同比例不锈钢纤维混纺棉面料强度测试不锈钢纤维经向断裂强断裂伸标准变异含量/%度/MPa长率/%方差系数013.6317.300.215.761015.1214.610.436.132015.4514.830.397.112.3样品硬挺度测试分析织物的硬挺度反映了它们对弯曲变形的抵抗能力。通常而言，抗弯长度、抗弯刚度的数值越高，织物就越硬挺。硬挺度也是考核织物服用性能的一项重要指标，作为服装来讲一般面料越柔软则穿着感越舒适，但是某些产业用领域需要面料具有一定的硬挺度。参照GB/T18318.12009纺织品弯曲性能的测定第1部分：斜面法测试织物硬挺度后，得出的测试数据见表4。表4织物硬挺度测试不锈钢纤维伸出长抗弯长抗弯刚度/试样标签含量/%度/mm度/mm(mgcm)0经向74.9437.463233.20纬向36.8818.423611.210经向60.9227.484411.610纬向83.2241.584837.220经向81.3640.664474.220纬向77.3042.664890.2从表4 中可知，2 0%比例的不锈钢纤维混纺棉织物经向纬向的伸出长度、抗弯长度以及抗弯刚度等3项指标综合来说都是最大的，因而其具有最大的硬挺度，柔软性最差，同时纯棉面料具有最好的柔软性，10%含量的不锈钢纤维/棉纤维混纺面料的柔软性则居中。这是因为不锈钢纤维本身刚性较大，所以混纺后的纱线所制备的织物硬挺度就会相对有所提高。不含不锈钢纤维的纯棉布，经向纬向的各个数值指标都相对较低，相对而言纯棉面料的柔软性较好。但是考虑到面料的力学性能及阻燃性能，混纺面料中含10%不锈钢纤维的硬挺度居中反而是最优选择。2.4样品透气性测试分析在本次透气性测试中，样品面积为2 0 cm，使用定第4 期科研与生产2023年8 月压差方法测得数据，差压10 0.0 Pa，测量单位是mm/s。参照GB/T54531997纺织品织物透气性的测定测试不锈钢纤维/棉纤维混纺织物，其透气测试数据见表5。表5 不不锈钢纤维混纺织物透气测试表不锈钢纤透气率/变异系标准差最大值最小值维含量/%(mm/s)数/%054.98614.55426.47093.82044.3701070.68013.35118.890102.56056.6302078.03011.60114.87098.45064.890由表5 可知，在混纺面料的这3 种比例不锈钢纤维含量的对比中，不锈钢纤维含量越高，透气率越高，反之越低。这是因为不锈钢纤维表面更光滑，且不锈钢纤维与棉纤维混纺后，同等线密度下不锈钢纤维含量越高面料孔隙越大，所以透气性也越好，故不锈钢纤维含量更高的混纺面料其透气性有明显的改善2.5样品透湿性测试分析参照GB/T12704.12009纺织品织物透湿性试验方法测试不锈钢纤维/棉纤维混纺织物的透湿性，测试数据见表6表6 不同比例不锈钢纤维混纺棉织物透湿性测试不锈钢纤维吸湿前吸湿后试样透湿率含量/%重量/g重量/g/(g/m.h)0167.181169.112200.80610169.041170.606162.74520202.915204.037116.677在给定的温度条件下，透湿率可以用来衡量一个物体表面上的水分含量，它的单位是克每平方米小时(g/mh)，一个物体表面上的水分含量可以用来衡量这个物体表面上的湿度。透湿率越大则透湿性越好，而透湿性好的面料更有利于排出人体内的湿气，劳动者穿着劳动防护服的舒适度也会更好。由表6 可知，在这3 种比例不锈钢纤维含量的对比中，不锈钢纤维含量越低，透湿率越高，反之透湿率越低，因此纯棉面料具有最优的透湿性，10%不锈钢含量的混纺面料居中，2 0%不锈钢含量的面料具有最差的透湿性。这是因为混纺面料中的棉纤维相对而言吸湿性更好，因此棉纤维含量越高则透湿率将越高2.6阻燃性测试分析阻燃面料是指纤维阻燃和后整理阻燃两种，在接触火焰或炽热物体时，能防止其本身被点燃或延缓、终止燃烧。阻燃织物是一种特殊的材料，它可以有效地阻挡火焰的蔓延，从而防止自身被点燃，并且可以通过纤维阻燃和后整理阻燃来实现5。参照GB8965.12020防护服装阻燃防护第1部分：阻燃服测试不锈钢纤维/棉纤维混纺织物的阻燃性能，其测试数据见表7。本试验采用了后整理阻燃工艺，由表7 可看出，3种织物均不续燃且不阴燃，也都没有熔融、滴落的情况。而随着不锈钢纤维比例的增加，损毁长度逐渐降低，不锈钢纤维的加人对织物阻燃效果具有显著的正相关性。这是因为不锈钢纤维本身具有耐高温阻燃的特性，能阻止火焰的燃烧及蔓延，所以随着不锈钢纤维含量的增加，织物的阻燃效果有明显改善。表7织物阻燃性能续燃阴燃损毁熔融、时间/s时间/s长度/mm滴落名称纬经纬经纬经纬经向向向向向向向向0不锈钢纤维00001210无无10%不锈钢纤维000064无无20%不锈钢纤维000023无无3结论本文用3 种比例的不锈钢纤维/棉纤维混纺纱制备出机织面料，并利用阻燃整理工艺将其制备成阻燃面料。不锈钢纤维添加比例从0%到2 0%纱线的经向断裂强度明显改善。含2 0%不锈钢纤维织物经向或纬向对应的抗弯刚度指标最高，此时的面料最为硬挺。不锈钢纤维含量越高的面料，透气率越高。不锈钢纤维含量越低的织物，透湿率越高。随着不锈钢纤维比例的增加，损毁长度逐渐降低，不锈钢纤维的加人对织物阻燃效果具有正相关性。不锈钢纤维混纺棉面料相对纯棉面料而言阻燃性能更好，综合性能优势和成本考虑，10%不锈钢纤维含量的混纺面料预计将在电焊服面料领域有较大的应用前景。参考文献1汪泽幸,姚航,李文辉，等.焊接服新旧标准对比分析/OL.棉纺织技术:1-7 2 0 2 3-0 5-0 4 .http:/ 0 17,3 4(3):4 1-4 4.3黄秀丽.阻燃织物的应用和发展.中国纤检，2010(6):81-83.4严涛海.纳米纤维包覆纱线外包包缠纱及其包缠机理.东华大学学报(自然科学版),2 0 2 1,4 7(2):4 0-4 5.5严涛海,王建刚,陈东生.以薄膜太阳能电池供电的发热碳纤维机织物的发热工艺.闽江学院学报,2 0 16,37(2):108-114.6丁明,张申,朱熙敏,等.一种高阻燃耐温性防静电纱线的开发.上海纺织科技,2 0 2 1,4 9(10):3 5-3 8.