1、 本科 毕业 设计 (论文 ) （二零 届） 羊毛 /聚丙烯腈预氧化纤维混纺阻燃织物设计及打样 所在学院 专业班级 纺织工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 摘要 ： 随着城市现代化建设的不断推进、旅游交通运输业的快速发展以及外销纺织品的强力需求，阻燃纺织品存在巨 大的潜在市场，加速阻燃纺织品的开发以及商品化生产已刻不容缓。本文介绍了阻燃织物的应用领域、阻燃机理及其制备方法，对最新研究成果进行了总结，对阻燃织物的发展现状、趋势及相应法律法规进行了说明和展望。针对羊毛、聚丙烯腈预氧化纤维的原料特点，选择了特殊的纺纱油剂，制订了合理的纺纱工艺和技术措施，开发了 5种不同混纺比的羊
2、毛/聚丙烯腈预氧化纤维混纺纱，并在手摇针织横机上织成同一规格的针织物。通过极限氧指数法测试分析讨论了 5种阻燃针织物试样的阻燃性能。研究结果表明：随着聚丙烯腈预氧化纤维比例的提高，织物阴燃时间和毁损长 度都单调递减，但当聚丙烯腈预氧化纤维的比例达到较高水平时阴燃时间和毁损长度的变化就不大了，综合考虑织物的阻燃性能、生产操作难度、服用性能和生产成本等影响，本文认为聚丙烯腈预氧化纤维与羊毛的混纺比为 40/60时，织物就可以达到较高的阻燃效果，而且此时加工工艺操作简单，产品实物质量较高，生产成本较经济，是 一种 较好的羊毛 /聚丙烯腈预氧化纤维混纺阻燃针织物开发方案。 关键词： 羊毛；聚丙烯腈预氧
3、化纤维；阻燃织物；极限氧指数 II Design and product development of flame retardant fabric with Wool/PANOF blended yarn Abstract： with the continuous progress of urban modernization, and the rapid development of tourism, transportation and demand for textiles export, fire-retardant textiles there is a huge potentia
4、l market, to accelerate the development and commercialization of flame-retardant textile production has become essential. This article describes the application field of flame retardant fabrics, flame retardant mechanism and preparation methods, the latest research results are summarized on the Deve
5、lopment of flame retardant fabrics, trends and related laws and regulations are described and prospects. For the material characteristics of wool and PANOF, select a special spinning oil, formulate a reasonable spinning process and technical measures, develop 5 wool/PANOF Blended yarns with differen
6、t blending ratio and woven on the hand flat knitting machine knits the same specifications. By limiting oxygen index test and analysis of the flame retardant properties of 5 retardant knitted fabric samples. The results show that: with a higher proportion of PANOF, the fabric of time and the smolder
7、ing damage length of monotone decreasing, but when the ratio reached a high level smoldering changes in the length of time and damage not much, This paper argues that PANOF and wool blend ratio of 40/60, the fabric can achieve a higher flame retardant effect, and process is simple, the higher produc
8、ts quality, production costs are more economical. It is a better wool /PANOF blended flame retardant knitted development program. Keywords: Wool; PANOF; Flame retardant fabric; Limiting oxygen index III 目 录 1 绪 论 . 1 1.1 概述 . 1 1.2 相关研究的最新成果及动态 . 1 1.2.1 纺织品的阻燃机理 . 1 1.2.2 纺织品的阻燃方法 . 2 1.2.3 阻燃纺织品的应
9、用领域 . 2 1.2.4 阻燃纺织品的发展与产品开发现状 . 3 1.2.5 阻燃纺织品法规 . 4 1.2.6 相关研究存在的问题与发展方向 . 5 1.3 研究内容、研究方法与预期达到的目标 . 6 1.3.1 课题的研究内容 . 6 1.3.2 课题的研究方法与技术路线 . 6 1.3.3 研究难点 . 6 1.3.4 预期达到的目标 . 6 1.4 论文详细工作进度和安排 . 6 2 羊毛 /聚丙烯腈预氧化纤维混纺阻燃织物设计及打样 . 8 2.1 实验原材料 . 8 2.2 羊毛 /聚丙烯腈预氧化纤维混纺工艺 . 9 2.2.1 纺纱工艺流程 . 9 2.2.2 原料选配与和毛工序
10、 . 9 2.2.3 梳理工序 . 9 2.2.4 细纱工序 . 10 2.2.5 络筒工序 . 11 2.3 织物打样 . 11 2.3.1 针织横机各部位名称及功能 . 11 2.3.2 手摇横机的基本操作 . 12 2.3.3 手摇横机打样操作应注意的问题 . 12 2.4 本章小结 . 12 3 织物阻燃性能测试与分析 . 13 3.1 试验材料 . 13 3.2 测试仪器与测试方法 . 13 3.2.1 测试仪器 . 13 3.2.2 测试方法 . 13 3.3 实验结果与讨论 . 14 3.4 本章小结 . 16 4 总结与展望 . 17 参考文献 . 18 致 谢 . 错误 !未
11、定义书签。 IV 附录 . 19 附录 A . 19 1 1 绪 论 1.1 概述 随着经济技术的飞速发展，各类纺织品在人类的生活中起着越来越重要的作用，纺织品种的不断增多，由 于大部分纺织品不具备阻燃性而引起的潜在火灾威胁也进一步增大。近年来，因织物燃烧引起的火灾在世界各国不断增加。据公安消防部门的统计数据显示，我国平均每年因织物燃烧引起的火灾约 34万起，死亡人数达 3000人左右，火灾损失超过 2亿元。在欧洲，每年约有 5000多人丧命于织物燃烧造成的火灾 1。因此如何减少纺织品燃烧危险性及燃烧时有毒气体的释放，减少人民生命财产的损失，已引起全世界的关注和重视。 我国近年来也在大力开展对
12、阻燃纺织品的研究开发，并取得了相当进展，如阻燃纤维的开发、阻燃整理技术的研究等。随着城市现代化 建设的发展，旅游、交通运输业的发展，以及外销纺织品的需求，阻燃纺织品存在巨大的潜在市场，因此加速阻燃纺织品的开发以及商品化生产已刻不容缓 2。 1.2 相关研究的最新成果及动态 所谓 “ 阻燃 ” ，并不表示阻燃纺织品在接触火源时不会燃烧，而是织物在火中能尽可能降低可燃性，减缓蔓延速度，不形成大面积燃烧，而离开火焰后能很快自熄，不再燃烧或阴燃。 1.2.1 纺织品的阻燃机理 阻燃剂与纺织品的燃烧有着密切的关系，最新观点认为：燃烧应有四要素 燃料、热源、氧气、链反应。而通常织物燃烧又可分为三个阶段，即
13、热分解、热引 燃、热点燃，对于不同燃烧阶段的四要素采用相应的阻燃剂加以抵制，就形成了各种各样的阻燃机理及中断阻燃机理。一般把阻燃机理大致分成 5种： （ 1）吸热反应阻燃机理：采用具有高热容量的阻燃剂的吸热反应机理。主要是利用阻燃剂在高温下发生脱水、相变或脱卤化氢等吸热分解反应特性，降低纤维表面和火焰区的温度，减慢热裂解反应速度，抑制可燃性气体的生成。 （ 2）形成自由基阻燃机理：阻燃剂吸热变成气体，该气体在火焰燃烧区大量捕捉高能量的羟基自由基和氢自由基，降低它们的浓度，从而抑制或中断燃烧的连锁反应，阻燃剂在气相过程发挥阻燃作 用。 （ 3）熔化阻燃机理：在热和能量的作用下，阻燃剂转变成熔融状
14、态，在织物表面形成不能渗透的覆盖层，可阻挡热传导和热辐射，减少反馈给纤维材料的热量，从而抑制热裂和燃烧反应。 （ 4）生成不燃性气体阻燃机理：阻燃剂吸热分解放出氮气、二氧化碳、二氧化硫和氨等不燃烧气体，使纤维材料裂解处的可燃性气体浓度被稀释到燃烧极限以下。同时，这种不燃性气体还有散热降温作用。 2 （ 5）凝聚相阻燃机理：通过阻燃剂作用，改变纤维大分子链的热裂解反应过程，促使其发生脱水、缩合、环化、交联等反应，减少可燃挥发物形成 3。 1.2.2 纺 织品的阻燃方法 阻燃和防火为同义词 ， 阻燃加工的目的是使纤维制品在火焰中能降低其可燃性 ， 能减缓蔓延的速度 ， 不形成大面积燃烧 ， 而离开
15、火焰后 ， 能很快自熄 ， 不再燃烧或阴燃 。 阻燃加工的方法通常有 纤维的阻燃处理和织物的阻燃整理两类 4： （ 1）纤维的阻燃处理 阻燃处理方法分为提高成纤高聚物的热稳定性和原丝阻燃改性两种。纤维的阻燃处理是对一些本身是可燃的原丝（如涤纶、棉纶、腈纶）加入某种阻燃剂，使其抑制燃烧过程中的游离基；或是改变纤维的热分解过程，促进脱水炭化；有些则是使阻燃剂分解释放出不燃气体覆盖在纤维表面，起隔绝空 气作用。目前，制备阻燃性能的纤维一般有两种方法：一种方法是直接选用具有不燃或耐燃性能的纤维原料制备阻燃纤维，如聚四氟乙烯纤维、酚醛纤维、预氧化纤维、芳纶、芳砜纶、 PBI、 PBO 等，这些纤维具有优
16、异的耐温耐燃性能，但价格昂贵；另外一种方法是在聚合体或纺丝时加入一些阻燃剂，如采用阻燃母粒或注入的方法生产阻燃纤维，常见的有阻燃涤纶、阻燃粘胶、阻燃改性腈纶等，这类纤维价格要相对便宜很多。 通常研究者采用纤维材料的极限氧指数 LOI（ %）来表征纤维的阻燃性能，一般将 LOI 低于20%的纤维称为易燃纤维， 20%26%之 间的称为可燃纤维， 26%34%的称为难燃纤维， 35%以上称为不燃纤维 5。 （ 2）织物的阻燃整理 阻燃织物通常可通过后整理法和阻燃纤维法得到。阻燃后整理法主要是通过浸轧的方法，使阻燃剂或阻燃中间体向纤维可及区扩散、渗透、吸附，然后在一定条件下使其与纤维大分子结构中活性
17、基团反应形成网状结构或者以其机械性粘接、沉积在织物表面，使织物获得一定的阻燃性能并具有一定条件下的耐洗涤性。对于不同的阻燃机理产生不同类型的阻燃剂。而不论何种阻燃剂它的阻燃机理总要设法使织物纤维制品经阻燃处理之后，可能提高其氧指数才是目的。 换言之，就是使织物燃烧的临界条件不易达到而实现阻燃的效果。 目前，织物阻燃整理的加工主要有 3种： 喷涂技术，主要针对不需洗涤或洗涤次数极少的装饰织物和建筑用织物； 浸轧和浸渍技术，次技术主要加工睡衣、床上用品等，也可以加工外衣； 涂层技术，此技术主要加工劳动防护用以及装饰织物。采用阻燃整理方法制备的织物，多存在手感不好的缺陷，服用性能较差。 阻燃纤维法主
18、要采用阻燃纤维进行纺织加工，从而使织物具有一定的阻燃性能。 1.2.3 阻燃纺织品的应用领域 阻燃织物以其特有的阻燃特性，在众多领域中得到广泛的应用。阻燃织 物的主要应用领域见表 1-1。 3 表 1-1 阻燃织物的主要应用领域 服装用 防护服：消防、焊工等工作服和军服 一般服装：睡衣、婴幼儿等服装 家装用 家庭装饰用：地毯、窗帘、墙布等 床上用品：毛毯、被、床罩等 家具用：椅套、台布、家具包布 公共场所用：装饰墙布（毡）、窗帘、帷幕、装饰包布等 其他：假发、人造毛皮、长毛绒玩具 产业用 交通运输用：飞机、轮船、火车内饰用布 军事用：炮衣、帐篷布等 工业用：滤布等 近年来，世界上很多国家对阻燃
19、织物的使用领域制定了相关的法律性规定。如 日本消防条例中就明确规定了在大小宾馆、剧院和医院等公共建筑中，必须使用阻燃纺织品。 1.2.4 阻燃纺织品的发展与产品开发现状 （ 1）纺织品阻燃技术的发展 国外发展状况为满足市场的多元化需求，以日本为首的各国加强了耐久、高效、复合功能的阻燃纤维的开发。国外市场上有一种芳族聚酰胺和陶瓷纤维的防火织物，制成的防火服质轻、透气好，防火能力比常规防火服提高了 3倍。欧洲市场上近年出现了自身防燃的 Visil纤维。 我国纺织品阻燃技术的研究较欧美等国家起步晚，是从 20世纪 50年代研究纯棉织物不耐洗阻燃入手的， 60年代开始 研制耐洗的纯棉阻燃织物；至 70
20、年代，随着合成技术的发展，阻燃纺织品扩大到混纺纤维，开发了可用于混纺纤维和合成纤维的阻燃剂；发展到 80年代，我国对纺织品阻燃研究进入了较快、较全面、较系统的发展时期，开发了许多适合于纯棉及化纤织物的阻燃剂及阻燃处理技术 6。近年来，我国在纺织品阻燃技术的研究方面取得了较大进展。中国纺织科学研究院先后研制成功了丙纶阻燃母粒、抗燃烧抗静电复合溶料、安全无毒的毛粘混纺阻燃产品等科研成果；上海合成纤维研究所、上海纺织研究院、中国纺织大学和山西煤化所、山西纺织研究院承担的攻关项目 “ 聚丙 烯腈预氧化纤维阻燃织物的配制 ” 通过鉴定一系列优良性能，且长久使用或经多次熨烫、日晒水洗，性能仍然不变的永久性
21、阻燃纤维及其系列织物已开始全面上市，使我国成为世界上少数可以生产永久性阻燃产品的国家。 阻燃剂目前，我国已开发研制出一系列品种齐全、性能优异的新型阻燃剂。北京福姆斯有限公司生产的 “ 驱火神 ” 织物阻燃剂可用于棉麻等天然纤维素织物、毛呢丝绒、腈纶、涤纶、维纶等化纤制品及由上述纤维混纺的各类织物制品。此外，吉林吉化集团公司研究所、山西省化纤所、辽宁省化工研究所也开发研制了一系列纺织品用阻燃剂。 4 （ 2）阻燃纺 织品的开发现状 目前，棉织物的阻燃整理发展很快，且比较成熟。纯棉耐久性阻燃整理目前有三种方法：第一种方法是 Proban/氨熏工艺法。 Proban法在英国 Wilson公司首先用于
22、工业化生产。此法生产的阻燃织物被公认为阻燃效果好，织物强力降低幅度小。但由于设备问题限制了其推广；第二种方法是 Pyrovatex CP整理工艺法。此法整理的织物的阻燃性能较好，耐久性好，可耐家庭洗涤 50次以上，手感良好，但强力降低稍大；第三种方法是纯棉暂时性、半耐久性阻燃整理法。此法主要适用于电热毯、墙布、沙发布等织物的阻燃整理，能耐 洗 115次温和洗涤，但不耐皂洗，但是此类商品对耐洗次数要求不是很高，因而应用广泛。 羊毛具有较高的回潮率和含氨量，故有较好的天然阻燃性。最早的羊毛阻燃整理是采用硼砂、硼酸溶液浸渍法，产品用于飞机上的装饰用布。这种方法阻燃效果良好，但不耐水洗。国际羊毛局研究
23、的方法是采用钛、锆和羟基酸的络合物对羊毛织物整理，获得了满意的阻燃效果且不影响羊毛的手感，故得到普遍的采用。 对于涤纶织物的阻燃整理目前为止还没有一种适宜的理想阻燃剂。三磷酸酯对涤纶阻燃有一定效果，但有致癌作用。美国莫贝尔公司推出的 Antiblaze19T阻燃剂，适于 100%的涤纶织物，效果较好，但毒性比较大。 研究表明将适用于其他纤维的磷、卤阻燃剂作为锦纶的阻燃剂使用，效果并不理想。现在有些实验室用羟甲基脲树脂处理运输带用尼龙布，效果较好；采用含有硫、溴、锑的化合物对尼龙塔夫绸进行阻燃涂层整理，获得了一定的效果。 腈纶比涤纶和锦纶更易燃烧，其极限氧指数仅 1818.5，是一种易燃纤维。青
24、岛大学研究开发了腈纶剪绒装饰织物用系列阻燃剂，对绒面织物背面阻燃涂层后可使氧指数达 29以上，基本无继燃、阴燃。这种装饰布可用于汽车、飞机、宾馆及家庭的沙发布和装饰布。 涤 纶和棉燃烧性能不同，混纺后燃烧过程变得更为复杂：棉纤维燃烧后碳化，而涤纶燃烧时熔融滴落。由于棉纤维能作为支持体能使熔融纤维集聚，并阻止它滴落，进而使熔融纤维燃烧更加剧烈，即所谓 “ 支架效应 ” 。现在一些实验室采用溴 -锑复合体系的阻燃剂，阻燃效果较好，但手感和色泽等受到影响，而且还不具备工业化生产的条件。 在英国、欧洲和美国，大多数耐火、耐热纤维和纺织品仍然要进行化学处理。这些纤维具有耐燃的芳香族聚合结构，大多在约 3
25、75 以上分解。以聚氩酰胺、聚酰胺亚胺和聚苯丙咪唑为代表的这类纤维往往用于无纺结构或与其他纤维混纺 ，以抵消其不太理想的纺织特性。其阻燃效果可以和经阻燃处理的棉、毛织物一比高低。这种阻燃织物正逐渐被应用于高性能的防护服和绝缘织物方面，尤其是消防、运输和国防领域。 1.2.5 阻燃纺织品法规 近年来，针对纺织品的不同用途，世界各国制定的阻燃法规已经由飞机内饰纺织材料、地毯和建筑装潢材料逐渐扩大到纺织服装、家具沙发套、床垫和室内装饰物等。英国、美国和日本等国家还以法律形式规定了妇女、儿童、老年人、残疾人的服装以及睡衣要具有阻燃功能，且必须5 在产品上标明。 1992年，美国加利福尼亚州制定了第一个
26、床垫阻燃标准，即 TB-129。 2001年加利福尼亚州家庭装饰及隔热局为床垫以及床上用品制定了阻燃标准 TB-603，并以法律形式予以颁布。我国在最近几年也不断加强和完善关于阻燃技术及其制品的法规体系建设。如公安部消防局组织制定了强制性国家标准 GB 20286-2006 公共场所用阻燃制品燃烧性能要求和标识，该标准于2007年 3月 1日正式实施， 2008年 7月 1日起强制执行。法规规定了公共场所用阻燃制品及组件的定义和分类、燃烧性能要求和标识等内容。该标准将公共场所阻燃制品及组件分为六个大类，其中第二类即为阻燃织物，规定公共场所 使用的装饰墙布、窗帘、帷幕、装饰包布毡、床罩、家具包布
27、等阻燃织物的燃烧性能应符合有规定的标准。 随着法规的贯彻执行和人们对安全及生命的重视，我国也在逐步推广、使用阻燃纺织品，我国阻燃纺织品市场将逐渐扩大。同时国家对阻燃产品的法律法规也在逐步健全，使阻燃产业在研究开发、生产和推广应用等方面快速形成完整的体系，促进阻燃纤维科研成果尽快实现工业化生产。 1.2.6 相关研究存在的问题与发展方向 据报道，我国在特殊环境下作业的职工每年需 30万套耐热阻燃防护服，而目前由于受价格因素的影响，许多应当使用耐热阻燃纺织品的 行业和环境远未完全应用。因此开发价格低廉、性能优良的耐热阻燃织物已成为当务之急 7。 赋予纺织品阻燃性能的方法一般有两种：一是选用阻燃纤维
28、纺纱、织造；二是织物的阻燃整理。与阻燃纤维的生产相比，阻燃整理工艺简单，在应用上有一定的灵活性，但阻燃效果、耐久性和手感不佳。目前发达国家已有 70%的居民用上了永久性阻燃家纺产品，但国内阻燃织物普及率很低，且产品以不耐久或半耐久阻燃整理的居多。以阻燃纤维为原料的永久性阻燃织物是纺织品开发的新热点，市场潜力巨大，但国内这类产品的研究报道较少 8。 目前，多数阻燃纤维或织 物仅具有阻燃功能，不能满足某些部门的特殊要求，以对织物进行后整理而获得具有阻燃性持久及赋予高性能、多功能等特点的阻燃纺织品及其加工工艺是阻燃纤维发展的方向和趋势。如阻燃拒水、阻燃拒油、阻燃抗静电，所以发展阻燃多功能产品势在必行
29、。此外，卤溴族阻燃剂一统阻燃领域的传统局面将会被打破，逐步兴起的是磷系、氮系、有机硅型、膨胀型阻燃剂，无机阻燃剂由于它们具有低烟毒，不含卤锑，是阻燃剂无卤化的途径之一，因而成为主要的研究方向。协效阻燃剂的阻燃效果大于单独使用某种阻燃剂的效果，可以减少用量，降低成本，所以是近年的较热门的 研究方向之一。 完善法规标准正确评价纺织品的阻燃性能，应以其使用场合的要求为准，按用途制订标准。只有不断地健全和完善各项法规标准，才能更好地推动阻燃纺织品的开发和推广应用，对因纺织品易燃引起的火灾事故的预防起着重要的实用价值。 我国早期研发的是由一般面料经阻燃整理的阻燃纺织品，由于不耐洗涤而不具备永久阻燃性；而后开发的一些阻燃合成纤维，虽然具有永久阻燃性，极限氧指数也达到较好水平，但服用性较差，且在火灾发生时易产生熔融滴落物，会对现场人员造成二次伤害；采用芳纶 1313 纤维制成的
