聚丙烯织物的热性能与阻燃性能

V. Mane, M.Y. Gudiyawar

D.K.T.E.S纺织工程学院(印度)

聚丙烯织物的热性能与阻燃性能

V. Mane, M.Y. Gudiyawar

D.K.T.E.S纺织工程学院(印度)

摘要：聚丙烯(PP)的热性能很差，很多研究都致力于提高其热性能。采用空气喷射变形机将PP长丝与黏胶长丝进行混纺，将混纺后的纱线制成织物，并对织物的耐热性和阻燃性进行研究。结果发现：通过与黏胶长丝混纺，可以提高PP的导热性能；以黏胶为皮层、PP为芯层的纱线的耐热性也较PP有所提高；与黏胶长丝混纺后,PP的阻燃性能略有提高。

关键词：聚丙烯；黏胶；混纺丝；热性能；阻燃性能

服装热阻是用以度量服装阻碍穿着者体内热量散失到外界环境中的一种物理量，它受多种影响因素(如服装热阻、皮肤与服装间的空气层，以及织物内层与外层间的空气层等)综合作用的影响。织物的热阻或多或少与其厚度成正比。近年来，空气变形聚丙烯(PP)长丝因其功能与经济上的优势引起研究者的广泛兴趣。PP织物在纺织业中广泛应用。但PP的主要缺点是热稳定性、吸湿性与染色性差，并且其织物的折皱回复性差。为了克服这些缺点，尝试将PP纤维与其他纤维混纺，这不仅可提高PP织物的舒适性，还能提高其热稳定性。阻燃织物要考虑难燃性和自熄性两方面。当受到过热或火焰时，这类织物应能阻止火焰传播，而当着火时，需在离开火源后能自熄。这类织物还要求可用于热防护领域，如可以阻止热量从织物表面转移到穿戴者身上。同时，还要求纤维在接近火焰和高温时有一定的耐磨性。PP是近来能实现重要商业价值的合成纤维，在所有商用纺织纤维中PP的隔热性最好，并且质轻。PP纤维主要用于非织造地毯、簇绒、机织地毯、非织造卫生材料、装饰织物、毛毯、服装及产业应用领域等。一般而言，PP纤维具有很好的耐酸性、耐强碱性及耐虫性。它的低吸湿性导致水分的输送速度快。PP的另一个优点是具有多种纤维形态，包括短纤、双组分短纤、单丝、复丝、裂膜丝、原纤化裂膜、合成纸浆等。它可以制成绳索、地毯底布、地毯面纱、装饰布、土工布、过滤材料、园艺/农业材料、车用织物、清理材料及一次性尿布等。

PP丝具有良好的拉伸性能和较差的热性能。本文对PP及其混纺纱与织物的热稳定性和阻燃性能进行研究。主要研究PP与黏胶混纺纱及织物的生产，以改善PP的热性能和阻燃性能。文中混纺纱的生产和研究有利于PP在地毯、家用纺织品领域的应用。

1试验

1.1材料

采用PP全拉伸丝与黏胶全拉伸丝为原材料，其规格参数如表1所示。

表1　纱线规格参数

1.2方法

1.2.1纱的生产

采用Himson HJT-1000型空气喷射变形机制作如下的空气变形纱试样：

——100%PP空气变形纱；

——100%黏胶空气变形纱；

——PP(芯层)/黏胶(皮层)混纺纱；

——PP(皮层)/黏胶(芯层)混纺纱。

所有空气变形纱试样在纺丝速度为300 m/min、空气压力为0.8 MPa、每小时喷水量为1 L、加热管温度稳定为100 ℃条件下制得。

所得空气变形纱的规格参数如表2所示。

1.2.2织物的织造

通过机织工艺将上述纱线制成织物，织物的规格参数如表3所示。

表2　空气变形纱的规格参数

1.3测试

1.3.1纱的性能

——线密度。纱线线密度的测定参照ASTM D 1907标准。

——拉伸性能。纱线拉伸性能如断裂强度与断裂断裂伸长率的测试参照ASTM D 2256标准，采用Instron万能试验机进行测试，设定夹距为500 mm，速度拉伸为300 mm/min。

——收缩性能。纱线收缩是指纱线处于受热且未拉伸状态下长度的减小。在一些情况，纱线的长度会增大，称为负收缩或拉伸。纱线的收缩率是一个很重要的参数，因为它与结晶度和取向度相关，影响纱线的加工性能。纱线收缩率的计算如式(1)所示。

(1)

式中：ε——收缩率；

L0——试样的初始长度；

L——试样收缩后的长度。

——物理体积。采用杜邦公司的方法(ASTM D 4031-07) 测定变形纱的物理体积。在相同应力下，将100 g变形前后的纱线卷绕在纱管上。变形纱物理体积的计算式如式(2)和(3)所示。

(2)

(3)

式中：v——变形纱物理体积；

P1——初始纱的卷装密度,g/cm3；

P2——变形纱的卷装密度, g/cm3；

m2——满管的质量，g；

m1——空管的质量，g；

l——纱的卷装长度，cm；

r2——满管的半径，cm；

r1——空管的半径，cm。

1.3.2织物的性能

——热阻测试。根据ISO 11902/EN 31092标准，测试标准稳态条件下织物的耐热和耐水蒸气性能(气防护热板法)。该方法为测试纺织原料与服装、枕芯、睡袋、装饰等材料的耐热和耐水蒸气性能提供指导。

——可燃性测试。织物的垂直燃烧测试参照ASTM D 568标准。将10 cm长的织物试样放置在垂直测试仪上进行测试。织物试样以固定的距离与火焰接触，使织物持续接触火焰5 s，记录织物燃烧的长度。

——面密度测试。采用克重裁切刀精确测定织物的面密度。试验采用圆形克重裁切刀，可以切割出均匀的圆形织物。克重裁切刀切出的样本面积为100 cm2。 该仪器配有4片可更换刀片及常用的切割垫。

——透气性测试。根据ASTM D 737-04标准，采用Shirley空气渗透性测试仪对织物试样的透气性进行测试。结果可用196 Pa(2 cm水压)下每秒通过1 cm2织物的空气的体积表示。空气渗透率的计算是以196 Pa(2 cm水压)下测试区以L/s读取的流量值除以测试仪器的面积(5.07 cm2)得到。将平衡过的试验试样放置在盘子与下部夹子之间，并对织物施加足够的应力以消除折皱。施加足够的压力，防止织物滑动，阻止夹子表面的空气泄漏。

2结果与讨论

按照试验设计，采用小样机分别将4种空气变形纱织制成织物试样。织物的性能如表4所示。

表4　织物的性能

2.1纱的性能

PP变形纱的热性能如表2所示。不同温度和时间对变形纱断裂强度和断裂伸长率的影响如表5～表7所示。可以看出，不同温度和时间下，变形纱的断裂强度大不相同。这就意味着温度对纱线的性能有一定的影响。

表5　温度对空气变形纱拉伸性能的影响(时间：30 min)

表6　温度对空气变形纱拉伸性能的影响(时间：60 min)

表7　温度对空气变形纱拉伸性能的影响(时间：90 min)

由试验结果可以看出，PP及其混纺纱的断裂强度随着温度的升高而减小，且以PP为芯层的混纺纱的断裂强度较高。因此，与以PP为皮层的混纺纱相比，以PP为芯层的混纺纱具有更好的热稳定性。PP及其混纺纱的断裂伸长率随着温度的升高而增大。纱线断裂强度的降低和断裂伸长率的增加，表明在较高温度下纱线内部无定形区域的增加。另外，纱线断裂强度和断裂伸长率变化在温度为120 ℃时最为显著。

2.2织物的性能

织物的热收缩性能如表4所示。由表4可以看出，不同温度下织物的热收缩率明显不同。PP织物及其混纺织物的热收缩性能类似。在120 ℃时，织物具有稳定的热收缩性能。当温度高于120 ℃时，织物的热收缩率明显增大。

2.2.1织物的热性能

100%PP织物的热导率较低，黏胶织物的热导率稍高于PP织物。而PP与黏胶混纺纱的热导率较PP织物有所提高。混纺纱中PP、黏胶所处位置对织物的热导率也有影响。织物在不同温度下的拉伸性能如表8所示。

表8　温度对拉伸性能的影响(时间：30 min)

由表8可以看出，不同温度下，织物的断裂强力与断裂伸长率差异明显。在温度升高至80 ℃时，织物的断裂强力和断裂伸长率变化不明显，但80 ℃后， 织物的断裂强力和断裂伸长率发生明显变化，PP及其混纺织物的断裂强力逐渐下降，断裂伸长率逐渐增加。说明温度高于80 ℃后，纤维内的分子解取向增加。

2.2.2织物的阻燃性能

织物垂直燃烧的试验结果如表9所示。

表9　垂直燃烧测试结果

由表9可以看出，与100%黏胶织物相比，100%PP织物的点燃时间更短，PP(芯层)/黏胶(皮层)混纺织物的点燃时间较长，与100%黏胶织物相比，100%PP织物的燃烧时间更长。含黏胶组分的PP织物的燃烧时间与100%PP织物相似。

3结论

PP空气变形纱的断裂强度和断裂伸长率在温度高于120 ℃后发生急剧变化，断裂强度减小，断裂伸长率增大。在温度为140 ℃下，将PP纱加热1 h，其将呈完全熔融态。通过与纤维素纤维(如黏胶)混纺，PP织物的热导率增大。

当温度高于120 ℃，PP织物的热收缩率明显增大。随着温度的升高，所有PP织物的断裂强力均减小，断裂伸长率增大，且温度高于80 ℃后，织物的断裂强力和断裂伸长率就会发生急剧变化。

钟晓慧 译王依民 校

Thermal and flame-resistance behavior of polypropylene fabrics

VivekMane,M.Y.Gudiyawar

D.K.T.E. Society’s Textile and Engineering Institute，Icgalkaranji/India

Abstract:Polypropylene(PP)is widely known for its poor thermal characteristics. Many attempts have been made to improve its thermal behavior. In this study, PP filament yarns were blended with viscose filament yarns using an air-jet texturing machine. The blended yarns of PP and viscose were converted into fabrics and the fabrics thermal resistance and flame-resistance characteristics were studied. It was found that the thermal conductivity of PP can be improved by blending it with viscose yarn. Thermal resistance of PP can be improved by having viscose sheath and PP core yarn. Flame-resistance of PP also can be marginally improved by blending it with viscose filament yarn.

Key words:polypropylene; viscose; blended yarn; thermal behavior; flame-resistance behavior