一种新型透气式防护袜套的制备方法

时间：2024-08-31

李茹茹，王灵杰，李秀明

(北京邦维高科新材料科技股份有限公司，北京 100043)

0 引言

当前，世界各国仍面临核生化威胁，尤其是在区域性战争和恐怖袭击中，化学战剂不断威胁着人员的生命安全。典型的化学毒剂，如沙林、芥子气、光气、氯化氰等，它们可通过与人体的呼吸道和皮肤接触，对人体造成严重伤害甚至使其死亡[1-2]。为了保障战场环境下作战人员的生命安全，美国和欧洲等一直在发展个体防护装备，不断提高其防护性能及舒适性，个体防护装备主要包括防毒面具、防护服、防护手套、防护靴套等[3]。随着科学技术的快速发展，国内的透气型防护材料不断涌现，其中腈氯纶掺炭纤维织物、活性炭纤维复合织物等材料已达到工业化生产水平，并已应用于透气型防护服、透气型防护手套等产品[4-5]。其中，防护靴套作为个体防护装备的重要组成部分，主要为橡胶材料，不具有透气、透湿功能，穿戴舒适性也较差。因此，亟需开发一种新型的透气式足部防护装备。

本文开发了一种新型透气式防护袜套。该袜套为双层结构，内外层均采用腈氯纶掺炭纤维股线和锦氨包覆丝织造，腈氯纶掺炭纤维中的活性炭可吸附有毒有害物质，锦氨包覆丝使防护袜套具有拉伸性能，能提高穿着舒适性，经织造、缝头、水洗、定型等工艺制备的防护袜套具有良好的透气性和防护性能。

1 试验

1.1 原料

实验采用腈氯纶掺炭纤维股线进行织造，选取的纱线：线密度为59 tex，断裂强度为7.5 cN/tex，断裂伸长率为11.1%，回潮率为9.1%。锦氨包覆纱为弹性增强纱线。

1.2 设备及仪器

生产设备为市面所售普通袜机、电脑直缝机、电脑洗衣机以及定型机。性能测试仪器为YG(B)461E数字式织物透气性能测试仪和防护性能测试装置。

1.3 工艺流程

防护袜套的加工主要分为织造、水洗和定型等过程。

1.4 测试标准及方法

透气性能测试参考GB/T 5453—1997《纺织品织物透气性的测定》。

防护性能测试参考GJB 3253—1998《阻燃伪装防毒服规范》。

2 测试工艺、结果与讨论

2.1 纱线材料的筛选

透气防护袜套编织需要具有吸附功能的纱线，国内已工业化生产的炭吸附型材料有活性炭纤维复合织物、腈氯纶掺炭纤维织物。活性炭纤维复合织物是将活性炭纤维布或毡与棉布、非织造布或化纤布进行复合，获得织物的服用性能，但是该类织物其制作工艺无法获得满足加工要求的纱线；与活性炭纤维复合织物相比，腈氯纶掺炭纤维织物是将具有阻燃性的含氯改性聚丙烯腈与具有良好吸附性能的超细活性炭，以二甲基甲酰胺为溶剂，采用共混法纺丝工艺，获得腈氯纶掺炭纤维，再经纺纱、织造工序加工而成[6]，在纤维形态时便具有吸附性能，纺制的腈氯纶掺炭纤维纱线具有良好的力学性能。因此选用腈氯纶掺炭纤维纱线作为防护袜套的主体原料。在常规化纤中，锦纶的耐磨性最好，氨纶具有良好的弹性及其恢复性，选择锦氨包覆纱作为防护袜套的弹性增强纱线，可提高袜子的使用耐久性和穿着舒适性。

2.2 水洗工艺对防护袜套收缩性能的影响

袜套织造是线圈间相互穿套的过程，线圈间会有一定内应力存在，在受到外力作用时，如机械拉伸、温度升降等，均可改变线圈的状态[9]。当袜套放入热水中时，因受到热量影响，纤维大分子运动性增加，编织过程中线圈串套产生的内应力释放，松弛的织物在热水中逐渐收缩，使织物结构变得致密。水洗工艺的温度和时间对袜套的收缩性影响很大，因此需要通过改变水洗温度和时间确定适宜的工艺参数。

2.2.1 水洗温度

将缝头整理后的袜套放入不同温度的水中，浸泡5 min后，经脱水、晾干后测试其横向拉伸值，结果见表1。实验结果表明，水洗温度越高袜套的收缩性越大，但温度过高，袜套收缩严重，厚度明显增加，已不能很好地满足穿着性能。若选用常温水洗，袜套的尺寸虽能满足穿着要求，但常温处理后袜套的尺寸稳定性较差，一旦后续使用过程中水洗温度超过该水洗温度，袜套尺寸会再次发生变化，影响使用性能。因此水洗温度选用60 ℃，该温度高于常规洗涤水温，且收缩后的尺寸和横向拉伸值满足防护袜套使用要求。

表1 水洗温度对袜套收缩性能的影响

2.2.2 水洗时间

为研究水洗时间对袜套收缩性的影响，将缝头整理后的袜套放入60 ℃热水中浸泡，浸泡时间分为5 min、10 min、15 min、20 min、30 min，经脱水、晾干后，测试结果见表2。实验结果表明，随着水洗时间的延长，袜套尺寸不会发生明显变化，其横向拉伸值随着时间的延长逐渐降低。当水洗时间延长至30 min时，横向拉伸值不再发生变化，袜套的收缩率趋于稳定，因此将水洗时间确定为20 min。

表2 水洗时间对袜套收缩性能的影响

2.3 防护袜套性能测试

2.3.1 透气性能测试

对防护袜套进行透气性测试，测试方法参考《GB/T 5453—1997 纺织品织物透气性的测定》，实验仪器为YG(B)461E数字式织物透气性能测试仪。分别对袜筒、袜底两个部位进行测试，测试结果见表3。通常透气防护服吸附层材料透气性要求为大于100 mm/s，测试结果表明防护袜套的透气性能满足该指标。

表3 透气性测试结果(mm/s)

2.3.2 防护性能测试

织物在穿着过程中，往往受到两个甚至多个方向的张力作用，因此相对于单向拉伸，研究织物的双向拉伸更有意义[10]。防护袜套存在一定拉伸性能，应测试双向拉伸状态下的防护性能。防护袜套的防护性能测试方法参考GJB 3253—1998《阻燃伪装防毒服规范》，测试温度为20 ℃，测试湿度为80%。经测试，防护袜套在双向最大拉伸状态下对化学战剂的模拟剂的防护时间大于6 h。