宇航防护服材料的研制与生产yd16229
周玉洁1 纪义春2 1天津纺织工程研究院有限公司 2天纺投资控股有限公司荣泽纺织分公司
原载: 天津纺织科技，2013/2;32-36
【摘要】 本文通过对“神舟七号”宇航员用航天防护服外层面料的开发与研制，及具体生产过程及相关技术参数的介绍， 阐述了当今高端防护材料的生产重点及难点。
【关键词】舱外服 外层防护材料 织物研制 生产工艺
“神舟七号” 飞船在北京时间2008年9月25日21时0分04秒由长征2F火箭发射升空。北京时间2008年9月曰17点37分“神舟七号”飞船成功着陆于中国内蒙古。中国进入载人航天史翻开了新的一页! 之前我们接到中国航空航天部及天津工业大学的盛情邀请后，参与加工制作航天仓外服外层面料的任务，根据防护材料加工外协任务书的要求，从该项目的策划和研制工作着手，经过了小试、中试到大试的过程。经中试评审后正式上机生产，经检验和实验，产品性能指标满足要求，
产品质量合格。
由于原料本身的性能特点、原料的加工特点及产品组织结构特殊等，使得产品有较高的加工难度和复杂性。为此，我们与天津工业大学开展了深入的工艺研究，制定了工艺方案和工艺流程，确定了工艺方法和基本技术参数，通过中试对工艺可行性和样品的性能进行了检验和试验，表明工艺能够满足任务书要求。通过本次航天仓外服外层面料的研制与生产，在特种织物设计开发领域我们又有了一个新的突破，为将来探索更为广泛的航空航天领域，打下了坚实的基础。该技术我们已申请了发明专利“一种宇航防护服面料及其加工工艺”201010575040.0)
1 原料性能及检测
原料是产自美国Gore公司的PT F E有捻长丝(345D)；产自美国Dupont公司的Nomex问位芳纶无捻长丝(200D)。原料成型、包装良好，无污渍乱筒，无毛丝断头。对其进行了强度、伸长率、不匀率等方面的性能检验，各项指标满足使用要求。原料测试数据见表1和表2：
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表1
PTFE有捻长丝 |
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表2 Nomex无捻长丝 |
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2 工艺设计方案
2.1 原料的准备和加工
对Nomex长丝进行加捻，捻度300 4-10捻／米，定型。倒筒。
(1)长丝准备在丝织设备上倒筒加工，可减少磨损不起毛。
(2)采用高压热定型避免在后道工序中扭绞。
(3)定长的小卷装可节省原料。
检验纱线成型质量要求：加捻捻度(300±10捻／米)一致均匀，无飞花污染；倒筒无乱丝，筒子大小一致。
2.2 织物组织
采用3／1↖和1门平纹双层接结组织，3／1↖作为表面组织。经纬纱用PTFE(345D)加捻长丝， 1／1平纹作为反面组织。采用Nomex作为经纬纱原料 由于采用了下接上接的结法，接结点隐藏于表面经纱和长浮长线下，且采用了表里经2:1的排列比，表里纬4:2的排列比。提高了表面层的紧度，从而实现了两种原料分为正反面露“底”的目的，满足了任务书对防护材料的要求。织物组织图如图1所示。
通过经纬纱排列比的变化和经纬密度变化的小样试织，以及大机试样，确定了工艺状态和工艺参数，保证了大批量生产的顺利进行。
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图1 织物交织组织图 |
2.3 密度和幅宽
坯布经密：552根／10cm，成品经密：555根/10cm；
坯布纬密：459根／10cm，成品纬密：458根／10cm；
坯布幅宽：153cm，成品幅宽：150cm。
2.4 总经根数
总经根数8469根=地经8373根(5582根PTFE+2791根Nomex)+边经48 x 2根PTFE。
2.5 经纬向织缩率
经向织缩率：8％；纬向织缩率：4％。
2.6 用纱量
经用纱量：32.1225 kg／百米；纬用纱量：27.4194kg／百米。
2.7 生产量
根据要求整经长度34米，实际生产量37平方米。
2.8 织物紧度
表层总紧度：98.1％；里层总紧度：66.4％。
3 生产工艺流程及上机工艺参数 .
3.1 整经工艺
根据不同原料按一定排列比严格分开的要求，必须采用分条整经方式，本次采用了科林分条整经机进行分条整经，由于两种经纱的平均浮长接近，所以采用了单织轴织造，但两种经纱的伸长率差异大，所以整经时，分别施加了不同的张力，以避免开口不清和经缩起圈。
采用胶条贴附法卷轴，严格控制十字绞，通过严格控制操作规程，经轴的质量较好，上机顺利，织造中无松经起圈问题，织轴平整，张力均匀。
(1)机型：江苏射阳科林分条整经机-ASGA262型，l
(2)整经长度：330米；
(3)绞数：37绞；
(4)每绞宽度：44.69mm；
(5)每筘齿根数：7、6、6根；
(6)坡度(位移)：2.25度；
(7)整经张力：分段加压，前区+5、中区+4、后区+3，在此基础上将Nomex纱再加压+10；
(8)轴宽：164cm。
3.2 穿经
采用8片综上机，边经穿于1、2片综，地经穿于3-8片综。严格按穿综图和十字绞分纱，防止错经和顶绞。采用不锈钢片综、不锈钢筘和停经片可以防止经纱起毛和绣渍污染经纱。
(1)边经穿法： (11、22)×1 2，左右两边相同，每筘齿穿4根纱；
(2)地经穿法：3-8片顺穿，每筘齿穿3根纱。
3.3 织造
采用意大利PICANL剑杆织机GTM-AS多臂、多色换纬织机，能满足多片综开口和任意引纬的工艺要求，工艺参数采用计算机控制，调整方便，能按设计要求完成织造。采用专人盯车，防止了开车印、稀密路、缺经缺纬疵点的产生。
(1)机型：意大利PICANL剑杆织机GTM-AS，机台号A24#。
(2)上机工艺，见表3：
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表3 织机工艺参数 |
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(3)提综图如图2
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图2 提综图 |
3.4 织物下机检验
按FZ65007-1995特种工业用丝绸外观检验法检验，疵点参照特种用帆绸外观标准要求，每30米疵点不超过15个。
3.5 织物后整理
(1)工艺流程
预处理→精炼→水洗→脱水→拉幅定型
(2)精炼液配方
初练：液碱2kg、精炼剂2kg、水1.5T；复练：液碱2kg、精炼剂2kg、磷酸三钠0.5kg、水1.5T。
（3)工艺参数
清水（60℃，2转)→精炼液（PH值10-11，90℃、1h）→水洗（1、85℃、25min．2、65℃,25min．3、室温水洗、25min)→脱水→拉幅定型(幅宽151.6cm、车速50m/min，温度200℃)
4 质量控制情况
4．1 人员控制
进行所有项目人员的上岗培训．明确各自的职责；操作人员熟悉各工序作业指导书．并熟悉工艺卡和工艺表、特殊操作要求的说明；每一工序配备专人检查，重要工序多人盯车、多工种同时保证、技术人员现场监督
4．2 设备情况
主要的设备有科林分条整经机，意大利PICANL剑样织机GTM-AS多臂，生产前做好设备的检查和保养，确保设备运行正常。上机前进行调试确认，检查张力和设备运转情浣，确保设备运转稳定，满足工艺要求。
4．3 过程控制及措施
为保证产品质量，操作人员严格按工艺卡、工序要求说明、作业指导书等生产和操作，做好跟踪记录。采用及时检查、及时发现的方法，避免质量问题的发生，保证后续生产。
在批量生产过程中，严格工艺文件的执行．严格按工艺卡生产和操作。保证了产品工艺的一致性和产品质量的稳定性。
(1)严格原科检验。以确保原料前后进货一致。
(2)控制成纱过程，采用同机台，同一工艺参数加捻，单一品种加工倒筒无乱丝．筒子大小一致。加捻捻度一致均匀，无飞花污染；采用专用长丝络筒机进行倒筒加工，减少倒筒起毛，筒子大小一致保证整经退绕张九均匀。
(3)控制整经过程，确保整经张力均匀，各绞长度一致，无卡绞和塌绞，倒轴轴面圆整。
◎上筒时小心拿放，防止脱纱，了机时筒子纱头用胶带粘在管头上。
◎上机时每一绞都用胶带粘贴固定，防止纱线滑脱，松紧不一，卷轴时也要加以固定，用胶带将各纹均匀平整的粘在轴管上，以均匀上机织造张力。
◎整经上机时．每一绞打结大一些．防止卷轴时滑脱。
◎整经时两头(开始、结束)都打十字绞，以方便穿综和减少了机纱长度以方便经纱张力均匀无顶绞。
◎降低整经速度减少整经断头，发现断头时，不倒轴找头，而及时补纱，防止纱线排列错乱。
◎整经张力：分段加压，在此基础上Nomex再统一加上张力10g。
(4)做妊穿综过程及检查检验
◎严格按穿综图和十字绞穿综，防止纱线排列错乱和顶绞。
◎严格按Rastex2和Nomexl的排列比穿综和穿筘，并在穿综过程中及时检查有无错穿。
(5)控制上机织造过程
◎做好机台卫生。
◎上轴时防止插片，拴把宽度不大于5cm，保证栓把张力均匀．不能有滑脱松经。
◎专人盯车，防止开车印、稀密路、断经、断纬疵点。
◎不喷水。不打蜡，杜绝污渍、油污。
◎断经不接头，采用补头前拉后法织造，等断经够长时直接穿拉到机前织造，但要注意补头纱的清洁干净，、
5成品检验与测试
依据FTB200-RWT防护材料加工验收的主要技术指数与要求，对该产品进行检验测试，结果完全合格。
5．1 外观
(1)产品经后练白、拉幅、定型后，布面平整光洁。
按FZ65007-1995特种工业用丝绸外观检验方法，参照特种工业帆绸外观标准要求，每30米匹长疵点数为．第一匹(76．7m)疵点数8个。第二匹（64.1m）疵点数18个;第三匹(85.1m) 疵点数19个。
（2）采用卷式无折痕包装，用光滑坚韧、干燥防潮的塑料薄膜及复合编织袋包装，再装入专用纸箱。每匹布一个包装箱，附有合格证。
5．2 织物性能指标
(1)梯形撕破：经向N≮300N；
(2)克重：373.4g／m2
(3)厚度：1．43 mm
织物性能试验及检验记录见表4和表5
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表4 织物拉伸试验报告1 |
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表5 织物拉伸试验报告2 |
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6 结语
舱外航天服外层防护材料是舱外航天服成型的关键所在，它具备了我国以前航空服所不具备的防辐射、防紫外线、抗骤冷、骤热等功能。出舱的航天员可能会遇到向着太阳的一面200多摄氏度高温、背着太阳的一面是零下的低温。这种骤冷、骤热的变化必须要使用特殊的材料及防护层。
以前，只有美国和俄罗斯有可出舱的太空服。一套可以在舱外活动的太空服如果从国外购买，大概需要1亿美元，如果租借则需要1亿元人民币。现在，舱外航天服外层防护材料的研制成功，使我们的航天员穿上自己国家研制的可出舱太空服成为现实。
通过本次航天仓外服外层面料的加工制作，在特种织物设计开发领域我们又有了一个新的突破，为将来探索更为广泛的航空航天领域，打下了坚实的基础。
参考文献：
[1]FTB200-RW7 《防护材料加工外协任务书》 中国航空航天部，2006年
[2]FTB200-DG7 《防护材料加工验收大纲》中国航空航天部.2006年
[3]FZ65007-1995《特种工业用丝绸外观检验方法》中国工业产品标准制定中心，1995年
[4]FZ66201-1995《特种工业用丝绸》中国工业产品标准制定中心，1995年。