基于Borda法的阻燃织物与应用领域适配性分析

沈卓颖， 金艳苹*,2， 龙夏磊

(1. 浙江理工大学 服装学院，浙江 杭州 310018； 2. 义乌工商职业技术学院 创意设计学院，浙江 义乌 322000)

随着社会的发展和科技的进步，人们对纺织品的需求已不再局限于服用等基本功能[1]，具有抗菌、阻燃、芳香等功能性纺织品应运而生。阻燃纺织品可以在一定程度上降低其可燃烧性，已被广泛运用于军事、工业、家纺等多个领域。目前，纺织品的阻燃整理方法分为混纺阻燃纤维法和织物后整理法，其中后整理方法有浸轧法、浸渍法、涂布法等[2-5]。阻燃整理方法在赋予织物阻燃性能的同时，可能会导致其力学性能和舒适性等其他服用性能下降[6-8]。

消防、工业生产、室内装饰等不同应用领域对阻燃织物性能的要求不同。如消防服用织物需要具备优异的热防护性和热湿舒适性，以确保消防员的生命安全[9]；针对焊接过程中常出现熔融金属喷溅现象，焊接防护服用织物需兼顾阻燃性和力学性[10]；同样，窗帘等家纺产品所用面料需要具有良好的力学性能和阻燃性能[11]；国家对汽车内饰面料的燃烧性能有强制标准要求，选择阻燃剂时要考虑阻燃整理对面料表面质量的影响[12]。因此，织物在进行阻燃功能性整理时，需要与织物应用领域的需求相结合。目前，阻燃整理方式较多，但是各类阻燃织物在不同领域的适用性尚不明确，因此在未完全实现功能性和服用性兼顾的情况下，研究阻燃织物加工方法与其适用领域之间的关系具有一定的现实意义。文中通过测定目前市场上常见的12种不同阻燃整理方式制得阻燃织物的性能，分析其优劣，研究阻燃整理方式与阻燃织物性能之间的关系，从而为不同阻燃整理方法所得织物的适用性提供一定参考。

1 材料与方法

1.1 原料与仪器

1.1.1样品 按阻燃整理方式的不同，选取市场上常见的12种阻燃织物。其中T类样品(T1，T2，T3，T4)为涂层整理工艺所得织物，H类样品(H1，H2，H3，H4)为浸轧整理工艺所得织物，C类样品(C1，C2，C3，C4)为混纺再织造工艺所得织物。织物样品具体规格见表1。

1.1.2仪器 YG(B)815D-I 阻燃性能测试仪，YG(B)216-Ⅱ 织物透湿量测试仪，皆由温州大荣纺织仪器有限公司制造；YG026PC-250 万能强力仪，温州方圆仪器有限公司制造；YG522N 耐磨性测试仪，宁波纺织仪器厂制造；FX 3300 IV透气性测试仪，上海灏兴科技有限公司制造。

1.2 实验方法

每组实验重复3次，测试结果取平均值。

1.2.1阻燃性能测试 根据GB/T 5455—2014《纺织品 阻燃性能垂直方向损毁长度、阴燃和续燃时间的测定》，采用阻燃性能测试仪测试12种面料的续燃时间、阴燃时间和损毁长度。测试条件：温度20±10 ℃,相对湿度55%±25%。

1.2.2力学性能测试 根据GB/T 3923.1—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)》，采用万能强力仪测试12种面料的断裂强力和伸长率。

根据GB/T 21196.1—2007《纺织品 马丁代尔法织物耐磨性的测定 第1部分:马丁代尔耐磨试验仪》，采用耐磨性测试仪测定12种面料的耐磨性能。测试条件：温度25±5 ℃,相对湿度65%±5%。

1.2.3透气性测试 按照GB/T 5453—1997《纺织品 织物透气性的测定》，采用透气性测试仪对12种织物的透气率进行测定。测试条件:温度25±5 ℃,湿度65%±5%，恒温恒湿条件下调湿24 h以上。

1.2.4透湿性测试 按照GB/T12704.1—2009《纺织品 织物透湿性试验方法 第1部分：吸湿法》，采用透湿量测试仪对12种织物的透湿率进行测定。试样在温度25±5 ℃,相对湿度65%±5%条件下调湿24 h以上。测试条件:温度38±2 ℃,湿度90%±4%。透湿率的计算公式如下：

(1)

式中：vWVT为透湿率，单位g/(m2·d)；Δm为同一实验组合体两次称量之差，单位g；S为有效实验面积(本次实验装置面积为28.3 cm2),单位cm2；t为实验时间，单位d。

1.3 适用性评价方法

文中采用模糊Borda组合评价法(Borda法)，评价各样品在阻燃防护用品、交通工具内饰用织物、装饰用织物3大领域中的适配性。

Borda法是对论域U={u1,u2,u3, …,um}中的m个元素进行评价，从而获得新的序列Li，计算U中每个元素的Borda数，即

(2)

式中，X∈U，Bi(X)表示在序列Li中位于X之后的元素个数。

Borda数越大，表明元素的综合效果越佳。为提高决策效果，联合采用加权计算法，即

(3)

式中:ωi(X)为序列Li的权系数。

论域U={U1,U2,U3,U4,U5,U6,U7,U8,U9}。

2 结果与讨论

2.1 阻燃性能

12种织物的阻燃性能测试结果见表2所示。

表2 织物垂直燃烧法测试结果

由表2可以看出，不同阻燃整理方式对织物的阻燃性能影响不同，即使在阻燃整理方式相同的情况下，由于使用的阻燃剂或阻燃纤维不同，织物的阻燃性能也有差异。对照相关标准[13-15]，T1,T2和H2织物的续燃时间未达到要求。这是可能因为T1，T2和H2织物中阻燃剂用量少，起不到阻燃效果。

T3和T4织物的阴燃时间相近，且与B1级阻燃织物的要求以及A级防护服、焊接服的要求相符；两种织物的续燃时间虽有一定差距，但也均符合B1级阻燃织物的要求；两种织物的损毁长度均达到B1级装饰类和飞机轮船内饰用织物的阻燃标准，且符合C级阻燃服和焊接服的要求。

H1和H3织物的续燃和阴燃时间相近，且与B1级阻燃织物的要求以及A级的防护服、焊接服的要求相符。从阻燃性能上判断，H1和H3织物中所使用的阻燃剂均能极大地提高棉织物的阻燃性能。由于棉织物手感柔软，所制成的服装穿着舒适性较好，因此H1和H3织物可以作为阻燃服和焊接服面料的备选织物。H4织物的阻燃性能优于H1和H3织物，符合A级阻燃服和焊接服的标准。

C1与C4织物在阻燃纤维占比上存在细微差距，但两者的阻燃效果相近，续燃时间和阴燃时间达到了A级阻燃服和焊接服的标准；但其损毁长度只能满足装饰类织物和飞机、轮船内饰用织物的要求,以及C级阻燃服和焊接服的要求。C2和C3同为聚丙烯腈氨纶混纺织物，但混纺纤维成分与占比不同，两者的阻燃效果有着明显的差距。C2织物的阴燃时间和损毁长度较长，属于B2级装饰类织物和飞机、轮船内饰用织物;C3织物符合B1级飞机、轮船内饰用织物和装饰类织物标准,以及A级阻燃服和焊接服的标准，作为飞机、轮船内饰用织物和装饰类织物的优先级更高。

2.2 力学测试

2.2.1拉伸性能 织物断裂强力和伸长率测试结果见表3和表4。

表4 织物断裂伸长率测试结果

由文献[9-11]可知，阻燃防护服用织物断裂强力应不低于450 N,座椅用织物断裂强力应不低于250 N，其他领域断裂强力最低为180 N。因此，12种织物的断裂强力均能够满足阻燃防护用品对断裂强力的要求。

由表3可以看出，T2，T3织物的断裂强力明显大于T1，T4织物的。这是因为PA涂层具有较好的黏着力，PU涂层有较好的拉伸性能，PUA材料同时具有两者的共同点。因此，当涂层黏着力较好时，织物受到力的作用，涂层易被拉破;而PU涂层具有较好的拉伸性能，使其断裂需要更大的作用力。

对比同为全棉的H1和H3织物，H1织物的断裂强力大于H3织物的。这是因为H1织物使用的化学阻燃剂是三聚氰胺，可一定程度提高棉织物的断裂强力。H2和H4织物使用了同种阻燃剂进行阻燃整理，两者的断裂强力相近，但伸长率差距较大。这说明将棉纤维与其他非阻燃纤维混纺对织物的断裂强力影响较小，但对伸长率有一定的影响。

比较C1和C4织物可以看出，不同种类纤维混纺的织物，其中芳纶纤维的种类和比例对织物的拉伸性能影响较小。对比C2和C3织物可以发现，C2织物的断裂强力比C3织物的小，但其伸长率高于C3织物的。由此推断，阻燃纤维的种类和混纺比例对混纺的阻燃织物的拉伸性能有一定的影响。

2.2.2耐磨性 各种织物耐磨性测试结果如图1所示。由图1可看出，同样为100%涤纶织物，T1，T2，T3织物的耐磨性明显高于T4织物的。这是因为与PA和PU涂层相比，PUA涂层厚度较小，故用其作为阻燃剂制备的涂层织物T4的耐磨性较差。

H1和H3织物均是棉织物，但耐磨性存在一定差距，这是因为四羟甲基氯化磷阻燃剂对棉织物的耐磨性影响较大。同样运用四羟甲基氯化磷阻燃剂，H2织物的耐磨性优于H4织物，说明棉含量低、酰胺含量高的织物耐磨性好。

图1 织物耐磨性Fig.1 Wear resistance of fabrics

由图1可知，采用混纺再织造工艺制备的4种织物中，C3的耐磨性略高于C4，C4的耐磨性明显高于C1；结合表1可知，C1是由纯芳纶1313纺制而成，C4是将芳纶1313、芳纶1414和防静电纤维混纺而成，由此可以推断，在芳纶1313中混纺芳纶1414和防静电纤维可以提高织物耐磨性。同为芳纶1313和防静电纤维混纺的C3和C4织物，C3织物中芳纶含量低，且有75%的聚丙烯腈氨纶纤维。芳纶1313耐磨性较差，而聚丙烯腈氨纶耐磨性较好，所以芳纶1313含量越低，聚丙烯腈氨纶越高，耐磨性越好。

2.3 透气性能测试结果与分析

各织物透气性测试结果如图2所示。

图2 织物透气性Fig.2 Air permeability of fabrics

由图2可以看出，涂层整理工艺处理的4种织物的透气性明显低于其他8种非涂层阻燃整理织物。这是因为涂层整理工艺主要通过将涂层附着在织物表面来阻断织物两边空气的流通，经过涂层整理后的织物透气性能变差。

H1和H3织物同为棉织物，但是H1织物的透气性比H3织物的差，这是因为三聚氰胺阻燃剂浸轧所得的织物透气性较差。H2和H4织物虽然使用了相同的阻燃剂进行整理，但H4织物的透气量比H2织物的大，这是因为H4织物的含棉量更高，透气性更好。

使用混纺再织造工艺制备的4种织物中，C4的透气性最好；结合表1可知，C1，C3，C4成分中均含有芳纶1313，且C3和C4还共同含有防静电纤维，而C4的透气性最好。这说明，将芳纶1313与芳纶1414和防静电纤维混纺可以改善织物的透气性。

2.4 透湿性能测试结果与分析

各织物透湿性能测试结果如图3所示。

图3 织物透湿性Fig.3 Moisture permeability of fabrics

由图3可以看出，4种涂层整理工艺类织物中，T1织物透湿率最低，T2织物和T3织物的透湿率较高，说明涂层阻燃剂不同导致织物透湿率不同。PU涂层由于其多孔性使之具有优于其他两种涂层的透湿性，因此改变涂层阻燃剂的种类可以提高织物的透湿率。

H3织物和H4织物的透湿率均高于H2织物，这是因为其含棉量较高，透湿性较好。H1织物的透湿率最低，说明三聚氰胺阻燃剂浸轧所得织物透湿性比四羟甲基氯化磷阻燃剂浸轧的织物差。

H2，H3和H4织物的透湿率差距较小，说明混纺纤维和混纺比例对织物的透湿率影响较小。且C1和C4、C2和C3织物的透湿率相近也为以上结论提供证明。

2.5 适配性评价结果与分析

由于T1，T2和H2织物的续燃时间未达到标准，不再对其进行讨论。论域U={U1,U2,U3,U4,U5,U6,U7,U8,U9}={织物T3,织物T4,织物H1,织物H3,织物H4,织物C1,织物C2,织物C3,织物C4}。9种织物的性能测试结果见表5。

焊接服是焊接工人工作时所穿的具有防护性能的防护服装，其对防护服用织物的阻燃性能、断裂强力、透湿性均有一定要求，尤其是织物的阻燃性能。因此在计算过程中损毁长度、断裂强力和透湿率3个性能的加权的系数分配较大。损毁长度、断裂强力、耐磨性、透气性、透湿性的加权系数分别为：0.4，0.2，0.1，0.1，0.2。

室内装饰用织物应有一定的阻燃性，一旦发生火灾可以减缓火势的蔓延，为消防员争取救援和灭火的时间，在一定程度上减少火灾造成的财产损失和人员伤亡。装饰用织物对断裂强力、透气性要求比其他性能高，因此在计算过程中断裂强力、透气率的加权的系数分配较大。损毁长度、断裂强力、耐磨性、透气性、透湿性的加权系数分别为：0.2，0.3，0.1，0.3，0.1。

表5 织物性能测试结果

交通工具内由于空间狭小、人口密度高，一旦发生火灾，会造成严重后果，因此其内饰用织物需要较高的强力及耐磨性，所以在计算过程中断裂强力和耐磨性的加权的系数分配较大。损毁长度、断裂强力、耐磨性、透气性、透湿性的加权系数分别为：0.2，0.3，0.3，0.1，0.1。

根据不同领域对相关性能的加权系数，可以计算得到各织物试样在3个领域的适配性Borda 数，具体数值见表6。

表6 适配性测试

按各项指标优劣对U1至U9排序， C3织物较适合做阻燃服和焊接服的面料，T4织物适配性最低，C类织物和H类织物与装饰用织物的适配性较高。装饰用织物适用性较高的是C3、C4和H4织物，且通过混纺再织造工艺制得的织物与装饰用织物的适配性较高。交通工具内饰用织物的适用性最高的是C3，H1和C4织物；C3织物同样最适合做交通工具内饰用织物的面料，总体上3类织物均与交通工具内饰用织物有较好的适配性。

3 结语

通过对12种织物性能测试发现，市面上所售的大部分阻燃织物均有较好的阻燃效果，达到研究领域阻燃织物的标准，但发现也有少部分未达到相关领域阻燃织物标准。在除T1，T2和H2织物外的9种织物中，C3损毁长度最短，H1，H4，C3织物的阻燃性能均较好；T3织物断裂强力最大，耐磨性最好；C4织物的透气性能最好，H3和H4织物的透湿性能较好。

根据Borda法得出混纺再织造工艺制得的织物较适合阻燃防护服领域，混纺再织造工艺制得的织物和浸轧整理工艺得到的阻燃织物较适合装饰用织物领域，各类阻燃织物均适合交通工具内饰用织物领域，若考虑成本，则涂层整理工艺类阻燃织物更为合适。m(腈氯纶)∶m(芳纶1313)∶m(抗静电纤维)=75∶23∶2的面料在各个领域都最为适用。