聚酰亞胺纖維阻燃隔熱面料的設(shè)計與開發(fā)

顧 佳,戴夢男,段金明,盧秋燕,崔 紅

(鹽城工學(xué)院 紡織服裝學(xué)院,江蘇 鹽城224000)

聚酰亞胺纖維屬于高性能芳雜環(huán)高分子聚合物,極限氧指數(shù)(loi)高達(dá)38%,遇高溫明火碳化無熔滴、離火自熄、無毒,可保證織物在高、低溫環(huán)境下具有良好的機械性能和尺寸穩(wěn)定性,且耐熱氧化性、耐腐蝕、耐紫外性能良好,是制作防護(hù)服的理想材料,適用于消防服、石油化工服、金屬冶煉安全服、爐前服和防火裝飾材料等。

本文設(shè)計的聚酰亞胺纖維阻燃隔熱面料為三層織物。由外及內(nèi)三層分別為阻燃層、隔熱層和舒適層。最外表層為阻燃層,經(jīng)緯紗線均使用聚酰亞胺纖維純紡紗線;中層為隔熱層,經(jīng)紗使用聚酰亞胺纖維純紡紗線,緯紗使用阻燃滌綸/棉混紡紗;里層為舒適層,經(jīng)紗為羊絨纖維紗線,緯紗為大豆蛋白纖維/棉纖維混紡紗。該織物由聚酰亞胺纖維、阻燃滌綸纖維、羊絨纖維、大豆蛋白纖維、棉纖維等混紡交織而成,使面料在阻燃隔熱的同時手感相對舒適柔軟,可以應(yīng)用于消防、廚房用具、裝飾等行業(yè)產(chǎn)品的開發(fā),不僅能減少平時使用明火以及高溫所產(chǎn)生的危險,而且能夠避免產(chǎn)生不必要的損失,從而拓寬紡織品的用途。

1 原料紗線性能

紗線的基本性能對紡織品的開發(fā)有著極其重要的作用,如紗線線密度決定織物的厚度(克重)、經(jīng)緯密度;毛羽影響織造時開口的清晰程度以及織物性能;紗線的強度主要決定此紗線是否能夠作為經(jīng)紗使用。所以在進(jìn)行織物設(shè)計之前,須先對紗線的一些性能進(jìn)行測試分析,經(jīng)測試,聚酰亞胺纖維純紡紗線的線密度為18.2 tex。分別測試了紗線毛羽和拉伸性能,紗線毛羽測試儀器為YG172A紗線毛羽測試儀,紗線拉伸性能測試儀器為YG(B)021DL電子單紗強力機。

1.1 紗線毛羽

試驗所得測試數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 紗線毛羽測試結(jié)果

紗線毛羽是指伸出紗線表面的纖維,它不僅影響織物的表面性能還影響織物的物理性能。由表1可見,1～3 mm的毛羽數(shù)量較多,3 mm以上的毛羽,根數(shù)在大幅度減少。所測試的毛羽長度中,毛羽長度越長,其根數(shù)也越少,兩者呈遞減趨勢,長度在3 mm以下時,能夠使織物具有良好的保暖性、柔軟性,但是長度大于3 mm時,纖維之間非常容易纏結(jié)在一起,在后面的織造過程中造成開口不清。而聚酰亞胺纖維有著較高的初始模量,相比較而言更容易產(chǎn)生毛羽。

1.2 紗線拉伸性能

試驗所得測試數(shù)據(jù)如表2所示。

紗線強度影響后期織造工序能否正常進(jìn)行,同等條件下,所使用紗線的強度越高,越有利于織造。從表2可以看出,聚酰亞胺纖維純紡紗線的斷裂強度符合織造時作為經(jīng)紗要求的強度,能夠作為經(jīng)紗使用。

表2 紗線拉伸性能測試結(jié)果

2 織物設(shè)計與織造

2.1 設(shè)計構(gòu)思

三層組織有三個經(jīng)紗系統(tǒng)和三個緯紗系統(tǒng)組成,各自獨立的經(jīng)緯紗交織形成織物的表層、中層和里層。本設(shè)計在紡織加工過程中,表層主要起阻燃作用,使用聚酰亞胺纖維的雙股紗線作為表層的經(jīng)、緯紗系統(tǒng);中層主要隔熱,經(jīng)緯紗線同樣使用聚酰亞胺纖維紗線;里層貼近皮膚,為舒適層,以羊絨紗線為經(jīng)紗、大豆蛋白/棉混紡紗線作為里層的緯紗系統(tǒng)。表、中層面料的設(shè)計具有阻燃和隔熱的功能性效果,減少高溫給人們帶來的干擾和危害,里層的設(shè)計使得三層面料在阻燃隔熱的同時手感相對舒適柔軟,使之不僅能夠應(yīng)用于消防,也能用于廚房用具等行業(yè),大大增加了紡織品的附加值。

2.2 織物設(shè)計

織物設(shè)計主要是成品規(guī)格設(shè)計,含紗線的選擇與設(shè)計、經(jīng)緯紗線密度設(shè)計、織物組織設(shè)計、織造工藝設(shè)計、后處理工藝設(shè)計,織造所用紗線主要為金黃色的聚酰亞胺紗線,同時所用阻燃滌綸和棉混紡紗線與羊絨紗線均為有色紗線,所以紗線設(shè)計、染整與后處理工藝設(shè)計不作相關(guān)考慮。

2.2.1 穿綜設(shè)計

穿綜方法應(yīng)該根據(jù)所設(shè)計的織物組織、所使用的紗線原料以及所需要的經(jīng)緯密度來定,常見的穿綜方法有順穿法(將組織循環(huán)中的經(jīng)紗逐一順次穿入每頁綜片上)、飛穿法、照圖穿法(也叫山形穿法或是對稱穿法,將運動規(guī)律相同的經(jīng)紗穿入到同一綜框內(nèi))、間斷穿法以及分區(qū)穿法。一般情況下把提綜次數(shù)較多的經(jīng)紗穿在前面綜框的綜絲內(nèi)。

三層織物中,表層、中層、里層組織的設(shè)計為簡單的平紋或斜紋,穿綜方法大同小異,大體可確定為表層經(jīng)紗系統(tǒng)穿在前幾頁綜框,中層經(jīng)紗系統(tǒng)穿在中間位置,里層經(jīng)紗為最后。

2.2.2 穿筘設(shè)計

每筘齒內(nèi)穿入數(shù)的多少,需依據(jù)織物的經(jīng)紗密度、線密度以及織物組織要求的不同,采用不同的穿入數(shù)。為了確?？椩旃ば虻恼＿M(jìn)行,每筘穿入數(shù)一般較少,注意應(yīng)盡可能地使每筘穿入數(shù)等于其組織循環(huán)經(jīng)紗數(shù),或組織循環(huán)經(jīng)紗數(shù)的約數(shù)或者是倍數(shù)。

本織物設(shè)計選用120筘/10 cm的鋼筘,表層經(jīng)紗與中層經(jīng)紗穿入同一鋼筘,即3入;里層經(jīng)紗穿到同一筘齒內(nèi),即2入。

2.2.3 織物上機圖

三層織物組織具體上機圖如圖1所示,組織圖中表、中、里層組織均為平紋,在表示經(jīng)緯紗組織點的意匠方格里,藍(lán)色表示表、中、里的經(jīng)緯紗交織的組織點,不同的紅色則都是表示接結(jié)點?？椢锝M織圖所采用的接結(jié)方式是中經(jīng)接表緯、里經(jīng)接中緯。穿綜具體分3個區(qū)域:(1)第1、2、3、4頁綜,穿表層經(jīng)紗,表示為圖中的藍(lán)色;(2)第5、6、7、8、9、10頁綜框,穿中層經(jīng)紗,表示為圖中的紅色;(3)第11、12、13、14、15、16、17、18、19、20頁綜,穿里層經(jīng)紗,表示為圖中的紫紅色。

2.2.4 織造要點

三層織物織造時,經(jīng)向紗線由3層過渡到2層,再到1層,投緯時,均需按順序投緯,投中層緯紗時打緯力道不需太重,若中途發(fā)現(xiàn)有不合理的地方需及時調(diào)整紋板圖中接結(jié)點位置,以便能夠及時調(diào)整好紗線排列形成所設(shè)計的圖案效果。打緯次數(shù)較多時容易起毛起球,會造成斷經(jīng)、結(jié)頭、反面起毛起球等布疵,織造過程中需時刻注意經(jīng)紗情況。

2.3 織物織造效果

2.3.1 紗線組成

聚酰亞胺纖維阻燃隔熱三層織物紗線組成成分分別為:聚酰亞胺纖維純紡紗線,羊絨纖維紗線,阻燃滌綸纖維/棉纖維混紡紗線,大豆蛋白纖維/棉纖維混紡紗線。

2.3.2 織物成品

聚酰亞胺纖維阻燃隔熱三層織物正反面成品圖如圖2、圖3所示。2.3.3 織物效果

圖2 織物正面成品圖

圖3 織物反面成品圖

聚酰亞胺纖維阻燃隔熱三層織物成品開發(fā)的消防服用馬甲效果圖,如圖4所示。

圖4 織物效果圖

2.4 織物基本性能

對織物的基本性能進(jìn)行了測試,各項指標(biāo)如表3所示。

表3 織物基本性能指標(biāo)

由表3數(shù)據(jù)分析可得,三層織物的上機幅寬與下機幅寬相差較大。三層織物的厚度相較于一般的多層織物薄。

3 結(jié)語

聚酰亞胺纖維阻燃隔熱三層織物以聚酰亞胺纖維、阻燃滌綸纖維等純紡或混紡紗線為原料,以保證織物具有阻燃性、隔熱性和舒適性為設(shè)計方向,充分利用了聚酰亞胺纖維的各項性能,包括其優(yōu)異的物理機械性能、良好的熱穩(wěn)定性、保暖性、耐腐蝕性、過濾性以及阻燃性。所設(shè)計的三層織物由SL820型半自動織樣機織造,表層阻燃,使用的經(jīng)緯紗線均為聚酰亞胺纖維純紡紗線;中層隔熱,經(jīng)紗使用聚酰亞胺纖維純紡紗線,緯紗使用阻燃滌綸纖維/棉纖維混紡紗線;里層舒適,使用羊絨紗線為經(jīng)紗,大豆蛋白纖維/棉纖維混紡紗線為緯紗?？椩斓淖罱K成品,層與層之間相互連接較為合理,具備服用性能,可用作防護(hù)用服裝面料。阻燃隔熱面料的設(shè)計與開發(fā),降低了火災(zāi)帶來的傷害和損失,同時也提高了功能性紡織品的使用面與使用率。隨著需求的擴(kuò)大,阻燃隔熱面料的使用會有更大的發(fā)展空間和市場前景。