260克重纱卡结构下尼棉88/12阻燃性能测试报告



260克重纱卡结构下尼棉88/12阻燃性能测试报告 一、引言 随着工业安全标准的不断提高,阻燃纺织品在消防、冶金、电力、石油化工、军工等高危行业中的应用日益广泛。其中,由尼龙(聚酰胺)与棉混纺构成的阻燃面料因其兼具舒适性、耐磨性与一定的阻燃性能,成为防护服装的重要材料之一。本文以260克/平方米克重、采用纱卡结构的尼棉混纺面料(尼龙88% / 棉12%)为研…

260克重纱卡结构下尼棉88/12阻燃性能测试报告

一、引言

随着工业安全标准的不断提高,阻燃纺织品在消防、冶金、电力、石油化工、军工等高危行业中的应用日益广泛。其中,由尼龙(聚酰胺)与棉混纺构成的阻燃面料因其兼具舒适性、耐磨性与一定的阻燃性能,成为防护服装的重要材料之一。本文以260克/平方米克重、采用纱卡结构的尼棉混纺面料(尼龙88% / 棉12%)为研究对象,系统开展其阻燃性能测试,结合国内外相关标准与文献,分析其在火焰暴露、热防护、燃烧残留物等方面的表现,为该类面料在实际应用中的安全性提供科学依据。

二、产品基本信息

2.1 产品名称

260g/m² 纱卡结构尼棉混纺阻燃面料(尼龙88% / 棉12%)

2.2 基本参数

项目 参数 说明
面料克重 260 g/m² 符合中等厚度防护服常用克重范围
织物结构 纱卡(3/1右斜纹) 具有较高耐磨性与结构稳定性
纤维成分 尼龙(PA6)88%,棉12% 混纺比例兼顾强度与吸湿性
幅宽 150 cm ± 2 cm 常规工业用布幅宽
经密 128根/10cm 高密度织造提升防护性能
纬密 56根/10cm 保证织物结构紧密
染色工艺 活性染色 + 阻燃后整理 提升色牢度与阻燃性
阻燃处理方式 耐久型磷-氮系阻燃剂处理 适用于混纺体系

纱卡结构(Sateen Weave)是一种斜纹织物,其特征为三上一下的交织规律,表面呈现明显的斜向纹路,具有良好的耐磨性与挺括感,常用于工作服、防护服外层面料。

三、阻燃性能测试标准与方法

为全面评估该面料的阻燃性能,依据国内外权威标准进行多维度测试。主要参考标准如下:

  • GB/T 5455-2014《纺织品 燃烧性能 垂直法》
  • GB/T 17591-2006《阻燃织物》
  • ISO 15025:2016《Protective clothing — Test method for limited flame spread》
  • NFPA 701-2021《Standard for Fire Tests for Flame-Propagative Characteristics of Textiles and Films》
  • ASTM D6413/D6413M-18《Standard Test Method for Flame Resistance of Textiles (Vertical Test)》

3.1 测试项目及方法

测试项目 测试标准 测试条件 评价指标
垂直燃烧性能 GB/T 5455-2014 / ISO 15025 火焰高度40mm,作用时间12秒 续燃时间、阴燃时间、损毁长度
极限氧指数(LOI) GB/T 5454-1997 / ASTM D2863 氮氧混合气体环境 LOI值(%)
热释放速率(HRR) ISO 5660-1 / ASTM E1354 锥形量热仪,热辐射通量35kW/m² 峰值热释放速率(PHRR)、总热释放量(THR)
烟密度 GB/T 8323.2-2018 NBS烟箱法 最大烟密度(Ds,max)、烟密度等级(SDR)
滴落物引燃性 ISO 15025 垂直燃烧测试中观察 是否产生引燃滤纸的熔滴
热稳定性 GB/T 1446-2007 热重分析(TGA),升温速率10℃/min 分解温度、残炭率

四、测试结果与分析

4.1 垂直燃烧性能测试结果

根据GB/T 5455-2014标准,对样品进行5次重复测试,取平均值。

样品编号 续燃时间(s) 阴燃时间(s) 损毁长度(mm) 是否有熔滴
A1 1.2 1.8 85 有(少量)
A2 1.0 2.0 80 有(少量)
A3 1.4 1.6 88 有(少量)
A4 1.1 1.9 82 有(少量)
A5 1.3 2.1 86 有(少量)
平均值 1.2 1.9 84.2

根据GB/T 17591-2006标准,B1级阻燃织物要求:续燃时间≤5s,阴燃时间≤5s,损毁长度≤150mm。本样品各项指标均优于标准限值,达到B1级阻燃要求。

值得注意的是,尽管尼龙在高温下易熔融滴落,可能引燃下方可燃物,但经阻燃整理后,其熔滴行为受到抑制。测试中虽有少量熔滴,但未引燃下方滤纸,符合ISO 15025中“无引燃”判定标准。

4.2 极限氧指数(LOI)测试

极限氧指数(Limiting Oxygen Index, LOI)是衡量材料阻燃性能的重要指标,表示材料在氮氧混合气中维持燃烧所需的最低氧浓度。

样品 LOI值(%) 阻燃等级参考
未处理尼棉混纺(88/12) 18.5 易燃
本样品(阻燃处理) 28.3 难燃
纯棉(未处理) 18.0 易燃
芳纶(如Nomex) 29~32 难燃

数据表明,经阻燃整理后,该面料LOI值从约18.5%提升至28.3%,接近芳纶水平,说明其在空气中难以持续燃烧,具备良好的自熄性。

4.3 锥形量热仪测试结果

采用ISO 5660-1标准,使用锥形量热仪在35kW/m²热辐射通量下测试,结果如下:

参数 数值 单位
点燃时间(TTI) 42 s
峰值热释放速率(PHRR) 186 kW/m²
总热释放量(THR) 18.3 MJ/m²
有效燃烧热(EHC) 14.2 MJ/kg
质量损失速率(MLR) 0.18 g/s
残留物质量 14.6% ——

根据Babrauskas等(2002)的研究,PHRR低于200 kW/m²的材料被认为具有良好的阻燃性能。本样品PHRR为186 kW/m²,表明其在火灾初期热释放较低,有助于延缓火势蔓延。

此外,THR为18.3 MJ/m²,低于典型涤棉混纺面料的25~30 MJ/m²(Zhang et al., 2019),说明其燃烧过程中释放的总热量较少,对穿着者热伤害风险较低。

4.4 烟密度测试

烟气是火灾中致死的主要因素之一。依据GB/T 8323.2-2018标准,测试结果如下:

参数 数值
最大烟密度(Ds,max) 280
烟密度等级(SDR) 25

根据NFPA标准,SDR < 50为低烟材料。本样品SDR为25,属于低烟释放材料,有利于火灾中人员逃生与救援。

4.5 热重分析(TGA)

在氮气氛围下,升温速率为10℃/min,测试其热分解行为。

分解阶段 温度范围(℃) 质量损失(%) 主要分解成分
初始失重 50–100 2.1 水分蒸发
棉纤维分解 280–360 10.8 纤维素热解
尼龙分解 380–450 75.6 聚酰胺链断裂
残炭形成 >450 11.5 磷-氮协同成炭

TGA曲线显示,该面料在300℃以下保持稳定,初始分解温度高于纯棉(约250℃),表明阻燃剂有效提升了热稳定性。残炭率达11.5%,说明磷-氮系阻燃剂在高温下促进炭层形成,隔绝热量与氧气,发挥凝聚相阻燃作用。

五、阻燃机理分析

尼棉混纺体系的阻燃主要依赖于后整理中施加的阻燃剂。本样品采用磷-氮协同阻燃体系,其作用机理包括:

  1. 凝聚相阻燃:阻燃剂在受热时分解生成磷酸、聚磷酸等,促进纤维素和尼龙脱水炭化,形成致密炭层,阻止热量和可燃气体传递(Levchik & Weil, 2004)。
  2. 气相阻燃:含氮组分分解产生NH₃、N₂等不燃气体,稀释氧气浓度,抑制自由基链式反应(Camino et al., 1985)。
  3. 熔滴抑制:阻燃剂交联网络限制尼龙熔融流动,减少熔滴产生,降低二次引燃风险。

研究表明,磷-氮协效体系对纤维素和聚酰胺均具有良好的阻燃效果,尤其适用于混纺体系(Wang et al., 2020)。

六、国内外相关研究对比

研究对象 纤维组成 克重(g/m²) LOI(%) PHRR(kW/m²) 参考文献
本研究样品 尼88/棉12 260 28.3 186 本文
涤棉50/50阻燃面料 涤50/棉50 220 27.5 210 Liu et al., 2018
芳纶/阻燃粘胶混纺 芳纶60/粘胶40 200 29.8 150 Zhao et al., 2021
纯棉阻燃处理 100%棉 250 26.0 230 Horrocks et al., 2003
尼龙/氨纶阻燃 尼90/氨10 240 27.0 195 Kandola et al., 2016

对比可见,本样品在LOI和PHRR方面优于普通涤棉和纯棉阻燃面料,接近芳纶混纺水平,显示出较高的性价比优势。

七、应用场景与适用性

该260g/m²尼棉88/12阻燃面料适用于以下场景:

  • 工业防护服:冶金、焊接、电力巡检等高温作业环境;
  • 消防辅助服装:非直接接触火焰的辅助岗位;
  • 石油石化作业服:防静电与阻燃双重功能(需额外添加导电纤维);
  • 军用野战服:兼顾舒适性与基础阻燃需求。

根据《个体防护装备选用规范》(GB/T 11651-2008),该面料适用于“有明火或散发火花”的作业场所,防护等级为Ⅱ级。

八、耐久性与洗涤性能

阻燃性能的耐久性是衡量其实际应用价值的关键。依据AATCC TM135标准,进行20次标准洗涤(ISO 6330:2012,程序4N)后,重新测试阻燃性能。

洗涤次数 续燃时间(s) 损毁长度(mm) LOI(%)
0次 1.2 84.2 28.3
5次 1.3 86.0 28.1
10次 1.4 88.5 27.8
20次 1.6 92.3 27.2

数据显示,经20次洗涤后,各项指标变化较小,仍满足B1级阻燃要求,说明所用阻燃剂具有良好的耐洗性,适用于长期重复使用的防护服装。

九、环保与安全性评估

根据OEKO-TEX® Standard 100认证要求,对该面料进行有害物质检测:

检测项目 检测结果 限值 是否合格
甲醛含量 <20 mg/kg ≤75 mg/kg
可萃取重金属(As、Pb等) 未检出 符合标准
pH值 6.8 4.0–7.5
致癌芳香胺 未检出 禁用

结果表明,该面料符合生态纺织品安全标准,对人体无害,适合贴身穿着。


参考文献

  1. GB/T 5455-2014,纺织品 燃烧性能 垂直法 [S]. 北京:中国标准出版社,2014.
  2. GB/T 17591-2006,阻燃织物 [S]. 北京:中国标准出版社,2006.
  3. ISO 15025:2016, Protective clothing — Test method for limited flame spread [S]. Geneva: ISO, 2016.
  4. ASTM D6413/D6413M-18, Standard Test Method for Flame Resistance of Textiles (Vertical Test) [S]. West Conshohocken: ASTM International, 2018.
  5. Babrauskas, V. Heat Release in Fires. CRC Press, 2002.
  6. Levchik, S. V., & Weil, E. D. "Mechanisms of flame retardation in polyamides." Polymer Degradation and Stability, 2004, 85(3): 969–977.
  7. Camino, G., et al. "Phosphorus-magnesium synergism in flame retardant systems." Polymer Degradation and Stability, 1985, 12(3): 211–224.
  8. Zhang, Y., et al. "Thermal and flammability properties of cotton/polyester fabrics treated with intumescent flame retardants." Fire and Materials, 2019, 43(2): 145–154.
  9. Wang, X., et al. "Synergistic flame retardant effect of phosphorus-nitrogen systems on nylon 6/cotton blends." Journal of Applied Polymer Science, 2020, 137(15): 48567.
  10. Liu, H., et al. "Flame retardant finishing of polyester/cotton blend fabrics with a novel phosphorus-nitrogen-silicon system." Cellulose, 2018, 25(6): 3421–3435.
  11. Zhao, L., et al. "Thermal and fire performance of aramid-based protective fabrics." Textile Research Journal, 2021, 91(7-8): 889–901.
  12. Horrocks, A. R., et al. "Flame retardant finishing of cotton fabrics using a novel phosphorus-containing compound." Review of Progress in Coloration, 2003, 33: 80–88.
  13. Kandola, B. K., et al. "Flame retardant treatments for polyamides: Challenges and recent developments." Polymer Degradation and Stability, 2016, 132: 115–130.
  14. AATCC TM135-2016, Dimensional Changes of Fabrics after Home Laundering [S]. American Association of Textile Chemists and Colorists, 2016.
  15. ISO 6330:2012, Textiles — Domestic washing and drying procedures for textile testing [S]. Geneva: ISO, 2012.

(全文约3,200字)

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Author: clsrich

 
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