DOI :10.19333/j.mfkj.20200502604
蒋㊀巍1，李金凤1，张晓岩2
(1.吉林化工学院，吉林吉林㊀132022;2.吉林石化公司炼油厂，吉林吉林132000)
㊀㊀摘㊀要：涤纶燃烧因出现熔滴现象而甚少被用于阻燃防护服，文章采用自制阻燃剂对涤纶和毛织物进行阻燃处理，阻燃效果较好，并探讨了毛/涤混纺织物的阻燃性及断裂强度㊂结果表明：自制的氮磷复合阻燃剂对涤纶的阻燃级别可达B2阻燃级别，极限氧指数可达28.4%；对毛织物的阻燃效果可达到B1阻燃级别，极限氧指数可达
34.7%；阻燃涤纶织物的断裂强力明显高于阻燃毛织物；阻燃毛/涤混纺织物极限氧指数均能达到难燃材料级别，当涤纶含量高于50%时，混纺织物断裂强力高于芳纶等织物㊂ 关键词：阻燃涤纶；毛织物；阻燃性；极限氧指数中图分类号:TS 101.95㊀㊀㊀㊀文献标志码:A
Study on flame retardant properties of polyester ,wool and
wool /polyester blended fabric
JIANG Wei 1,LI Jinfeng 1,ZHANG Xiaoyan 2
(1.Jilin Institute of Chemical Technology,Jilin ,Jilin 132022,China;2.Oil Refinery of Jilin
Petrochemical Engineering Corporation,Jilin,Jilin 132000,China)
Abstract :Due to the melting and dripping of polyester,it is rarely used in flame-retardant protective
clothing.Self-made flame retardants have good flame-retardant effects on polyester and wool fabrics.The flame retardancy and breaking strength of wool /polyester blended fabrics were discussed.The results show that the self-made nitrogen-phosphorus composite flame retardant can reach the flame retardant level of B2for polyester,and the limiting oxygen index can reach 28.4%;for wool fabrics,it can reach the flame retardant level of B1,and the limiting oxygen index can reach 34.7%.The breaking strength of combustible polyester is significantly higher than that of wool fabrics;when polyester is blended with wool fabrics,the limiting oxygen index can reach the level of flame retardant materials.When the polyester content is higher than 50%,the breaking strength of wool /polyester blended fabric is higher than that of aramid and other fiber fabrics.
仿生花Keywords :flame retardant polyester;flame retardant wool fabric;flame retardant;limiting oxygen index wool /polyester blended fabric
收稿日期:2020-05-11
第一作者：蒋巍，教授，主要从事高分子合成㊁改性及表征方面的工作,E-mail:jiangweijl@163㊂
㊀㊀涤纶作为重要的纺织材料广泛应用于纺织领域，随着人们环保意识的不断增强，环境友好的阻燃型涤纶越来越受到关注㊂涤纶阻燃的研究始于20世纪
50年代初[1-3]，经过数十年的发展，产业化实践已经开始，最早出现相关产品的是德国㊁意大利和日本[4-6]㊂而我国是从20世纪80年代中期才开始阻燃型纺织品的研究，包括阻燃型涤纶，并取得了一定的
进展[7-9]㊂阻燃型涤纶优势明显，耐磨性好㊁强度大，断裂强度超出腈纶㊁芳纶等织物，但缺点是受热后熔融软化，燃烧后会发生熔滴滴落现象，滴落的熔滴会导致火焰再次蔓延，或造成人员烫伤等严重后果[10-11]，因此，阻燃型涤纶一般不被用作阻燃防护服，只能用于汽车等修饰面料，这大大限制了阻燃型涤纶的应用[12]㊂本文将自制的氮磷协调阻燃剂，分
别用于涤纶㊁毛织物及其混纺织物的阻燃处理，混纺织物阻燃处理后可解决涤纶燃烧的融滴现象，充分发挥涤纶高耐磨㊁高强度㊁泽好㊁成本低等优势，阻燃混纺织物的阻燃性能较好，可广泛用于阻燃防护面料等，可扩大涤纶的应用领域㊂
1㊀实验部分
1.1㊀试剂与仪器
主要试剂：新型氮磷复合阻燃剂(自制)[13-15]；涤纶斜纹布，面密度160g/m2，纤维直径38μm；毛织物，面密度440g/m2，纤维直径50μm㊂
主要仪器:YGB815A型织物阻燃性能测试仪㊁YG026T型电子织物强力机(温州方圆仪器有限公司),ZR-01型智能氧指数测试仪(青岛山纺仪器有限公司),R-3型自动定型烘干机(广州志顺机械设备有限公司)㊂
1.2㊀实验步骤
1.2.1㊀实验原理
为了解决阻燃涤纶燃烧熔滴的问题，采用与其他纤维混纺的方法，混纺织物既要有很好的阻燃性能又要保证抗拉伸性能㊂羊毛织物阻燃处理后燃烧不会出现熔滴现象，羊毛与涤纶纤维混纺后形成了起支架作用的骨架结构，涤纶燃烧产生的熔滴很容易附着于支架结构，减少了熔滴滴落的现象，并且可防止涤纶熔滴的碳化，提高了高温碳含量，这不仅保证了阻燃性，也解决了熔滴二次伤害的问题㊂涤纶含量会直接影响阻燃效果和力学强度，选择阻燃涤纶含量在30%㊁40%㊁50%㊁60%㊁70%5个点研究混纺织物的阻燃性能和力学性能㊂织物阻燃性能分为易燃㊁可燃和难燃，分别对应的极限氧指数为 小于22%㊁22%~27%之间和大于27%㊂
1.2.2㊀阻燃织物及混纺织物的整理工艺
根据不同测试内容，参照GB/T5455 2014‘纺织品燃烧性能损毁长度阴燃与续燃时间的测定“标准准备样条，将自制阻燃剂配成200g/L的整理液，然后将标准尺寸的涤纶织物㊁毛织物投入到整理液中，处理20min，取出上轧车，轧液率80%左右，采用两浸两轧的浸轧方式,80ħ预烘10min，然后160ħ焙烘3min，待用㊂将涤纶纤维与羊毛按一定配比混合，手工加捻搓成混纺织物，经阻燃处理后进行阻燃性能和强度的测试㊂
1.3㊀性能测试
1.3.1㊀垂直燃烧法测试织物阻燃性
石英陶瓷辊
测试方法参照GB/T5455 2014，取2块35cmˑ9cm(经ˑ纬)的织物，称量，将自制阻燃剂配成整理液，整理工艺及参数按1.2.2节所示，对阻燃处理后织物进行垂直燃烧试验㊂
1.3.2㊀断裂强力测试
测试方法参照GB/T3923.1 2013‘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)“，
将整理后的试样沿经向和纬向剪下3.0mmˑ5.5mm试样3条，布条必须平直，不能歪斜㊂将电子织物强力机的拉伸速度设定为50mm/min,2个夹钳距离200mm，将布样的一端夹紧于实验机上面的夹口，开启实验机，记录断裂强力㊂
1.3.3㊀极限氧指数测试
极限氧指数测定法参照GB/T5454 1997‘纺织品燃烧性能试验氧指数测定法“，每种织物准备140mmˑ50mm大小的试样15条，在整理液中按两浸两轧方式整理，处理后的15个阻燃织物样条，分别在不同氧浓度下观测燃烧㊁自熄现象，完成一套极限氧指数的测试过程，计算该织物的极限氧指数㊂
2㊀结果与讨论
蓝膜片回收2.1㊀羊毛织物、涤纶织物整理前后阻燃性能
将自制的氮磷复合阻燃剂溶解在水中，配制质量浓度200g/L的整理液，按1.2.2节方法整理好各种织物，参照GB/T5455 2014，测量垂直燃烧后的炭长及样条的续燃时间，测试炭长及续燃时间㊂根据UL94-V0阻燃标准规定:B1阻燃级别需炭长小于15cm㊁续燃时间低于5s;B2阻燃级别需炭长小于20cm㊁续燃时间低于15s㊂对织物阻燃级别进行评级㊂测试结果如表1所示，样条燃烧效果如图1㊁2所示㊂
表1㊀阻燃剂对不同织物的炭长数据
㊀㊀织㊀物炭长/cm续燃时间/s
样条1样条2样条3平均值样条1样条2样条3平均值
阻燃级别未阻燃羊毛织物19.818.720.019.514.214.113.413.9B2
阻燃羊毛织物12.812.913.112.9 4.7 4.6 4.4 4.6B1
未阻燃涤纶织物25.927.427.226.817.818.418.618.3无
阻燃涤纶织物15.215.714.815.213.713.914.614.1B2
㊀㊀由表1和图1㊁2可知，自制的氮磷复合阻燃剂对羊毛织物和涤纶织物均有一定的阻燃效果，且羊毛织物(B1)阻燃效果要好于涤纶织物(B2)，所以，本文研究拟选择用羊毛与涤纶混纺来确保阻燃效果，并提高织物的强度㊂
图1㊀羊毛织物阻燃处理前后燃烧痕迹图片
图2㊀涤纶织物阻燃处理前后燃烧痕迹图片2.2㊀羊毛织物㊁涤纶织物处理前后极限氧指数测试
极限氧指数的测定按1.3.3节所示方法，测得未阻燃处理的羊毛织物的极限氧指数为25.7%，阻燃处理后羊毛织物的极限氧指数为34.7%，由可燃变为难燃，并远远超出难燃标准；未阻燃的涤纶织物极限氧指数为19.8%，阻燃处理后涤纶织物的极限氧指数为28.4%，高于27%，属于难燃织物，符合阻燃材料标准，证明自制阻燃剂具有良好的阻燃效果㊂阻燃处理后的涤纶织物虽然已经达到难燃级别，但涤纶燃烧后的熔滴现象限制了其在阻燃防护服领域的应用㊂因此，采用羊毛与涤纶混纺，通过支架作用阻止熔滴产生，由此使阻燃涤纶在阻燃防护服领域得到很好的推广㊂
2.3㊀毛织物㊁涤纶织物断裂强力测试
织物的断裂强力测试按照1.3.2节的方法进行，整理织物：浸轧方式(二浸二轧，轧液率80%，试样尺寸30cmˑ9cm,3块)；整理参数：焙烘条件150ħˑ90s㊁整理液质量浓度200g/L㊁浸渍条件60ħˑ10min㊁预烘条件80ħˑ3min㊂不同织物的断裂强力测试结果如表2所示㊂可知，毛织物和涤纶织物经阻燃处理后，断裂强力均有不同程度的降低，这是因为阻燃剂的酸碱性和阻燃处理时的高温都会对织物纤维造成伤害，降低纤维强度，进而使织物的断裂强力降低㊂阻燃涤纶织物的断裂强力远高于阻燃羊毛织物，羊毛与涤纶混纺后再进行阻燃处理可提高混纺织物的强度，进而提高混纺织物的撕裂强度和断裂强力，增强防护服的使用寿命，并且降低了面料的成本，得到低价高强的阻燃防护服㊂
表2㊀不同织物断裂强力测试结果N 织㊀物经纬向
断裂强力
样条1样条2样条3平均值阻燃毛织物
阻燃涤纶织物
毛织物
涤纶织物
经向
纬向
经向
纬向
经向
纬向
经向
纬向
368.7351.2344.5354.8
445.8439.6417.8434.4
漂浮箱419.6425.0437.6427.4
521.5497.3499.8506.2
398.7405.3394.2399.4
489.8490.1481.7487.2
470.8483.9475.7476.8
566.0551.7569.5562.4 2.4㊀混纺配比对极限氧指数的影响
不同混纺配比的混纺织物经200g/L的整理液进行阻燃处理后的极限氧指数结果如表3所示㊂由表3可知，
混纺织物中涤纶含量增加，极限氧指数降低，任何比例的羊毛/涤纶混纺织物的极限氧指数均超过国标的难燃标准，均可达到最难燃的阻燃级别，所以可根据断裂强力等其他使用性能的需求选择适当的配比㊂
表3㊀涤纶含量对混纺织物极限氧指数的影响%涤纶含量3040506070
极限氧指数32.331.430.730.229.5 2.5㊀混纺配比对织物断裂强力的影响
不同混纺配比的羊毛/涤纶混纺织物经200g/L 的整理液进行阻燃处理后的断裂强力的测试结果如表4所示㊂
表4㊀涤纶含量对织物断裂强力的影响涤纶含量/%
断裂强力/N
经向纬向
0354.8434.4
30357.9437.9
40366.4442.1
50370.9450.7
60379.6459.8
70385.7465.4
混合辅助肢体100427.4506.2
由表4可知，阻燃处理的羊毛/涤纶混纺织物的断裂强力随着混纺织物中涤纶含量的增加呈逐渐增
强的趋势，涤纶含量高于50%时，断裂强力都高于芳纶织物(芳纶织物斜纹布,190g/m2，纤维直径40μm；断裂强力经向367.9N，纬向445.7N)等普
遍适用的纤维织物的断裂强力㊂
3㊀结㊀论
通过自制氮磷复合阻燃剂对涤纶织物㊁羊毛织物及羊毛/涤纶混纺织物进行阻燃处理，并进行阻燃性及断裂强度的测试，得到如下结论:
①自制的氮磷复合阻燃剂对涤纶织物和羊毛织物都能达到UL94-V0阻燃标准，羊毛织物达到B1阻燃级别，涤纶达到B2阻燃级别㊂
②经氮磷复合阻燃剂处理后的涤纶织物和羊毛织物的极限氧指数分别可达28.4%和34.7%，都属于难燃材料；阻燃涤纶织物的断裂强力明显高于阻燃羊毛织物㊂
③以涤纶含量为30%~70%的配比混纺时，阻燃处理的羊毛/涤纶混纺织物极限氧指数均能达到难燃材料级别(大于27%)，涤纶含量高于50%时，阻燃混纺织物断裂强力高于芳纶织物等常用的阻燃织物，因此，利用涤纶与羊毛混纺织物经阻燃处理后，既可保障织物阻燃性㊁断裂强力等力学性能，还可降低成本，拓展了涤纶纤维在阻燃防护领域的应用㊂
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