節(jié)能環(huán)保型航空地毯的開發(fā)研制

湯華榮，趙 杰，崔子民(， )

近十年來，國內(nèi)地毯行業(yè)的生產(chǎn)得到了迅猛的發(fā)展，商用、民用地毯保持著不斷發(fā)展壯大的趨勢，而飛機、郵輪、火車用產(chǎn)業(yè)地毯也同時隨著世界經(jīng)濟的全球化而開始蓬勃發(fā)展起來，其中飛機用航空地毯作為產(chǎn)業(yè)地毯中的高端產(chǎn)品，因其具有很高的技術(shù)含量及使用要求，使大多數(shù)地毯生產(chǎn)企業(yè)望而卻步。但航空業(yè)在近幾年的飛速發(fā)展，使航空地毯的需求量每年呈成倍增長趨勢。因此開發(fā)適合飛機使用要求的高端航空地毯是地毯行業(yè)的重大課題。我們針對目前航空地毯發(fā)展的迫切需求，開發(fā)了符合民航安全要求，超輕阻燃、節(jié)能環(huán)保型的航空地毯。

1 產(chǎn)品類型的設(shè)計

現(xiàn)有眾多地毯品種中，以簇絨地毯與機織地毯為主。簇絨地毯結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，背膠用量較多，且一次與二次底布主要為滌綸及丙綸材質(zhì)，阻燃性能較差；機織地毯中阿克明斯特地毯與雙層威爾頓地毯，為全開絨產(chǎn)品，容易落毛，且產(chǎn)品絨高高，底背厚，經(jīng)、緯紗用量高，地毯總重量較重；機織單面威爾頓地毯毯形穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)有多種編織方式，其中的圈絨結(jié)構(gòu)，不易形成落毛、掉絨等問題，且能生產(chǎn)2.5～5 mm的低絨高產(chǎn)品，絨紗及經(jīng)緯紗單耗量低，毯背平整，用膠量消耗低，同時地毯重量可以通過改變編織結(jié)構(gòu)、絨紗細(xì)度等方法進(jìn)行控制。因此單面威爾頓地毯相比其他類型的地毯更適合用作超輕航空地毯。

2 原輔材料選用及紡紗工藝設(shè)計

2.1 絨紗

2.1.1原料選用及配比

(1)羊毛：選用100%新西蘭羊毛。羊毛纖維相比其他地毯纖維具有許多優(yōu)點，如無脫毛現(xiàn)象，光澤柔和，彈性、蓬松性優(yōu)良，保暖性極好，耐污防塵等性能，特別是其特殊的分子結(jié)構(gòu)中含有天然的阻燃基團(tuán)，而使其成為所有纖維材料中阻燃性能最好的材料。羊毛指標(biāo)見表1。

表1 羊毛指標(biāo)

(2)絨紗配比：新西蘭羊毛T128-4/697.7% ；美國首諾抗靜電纖維2.3% 。

2.1.2紡紗

(1)紗線工藝參數(shù)設(shè)計：紗線細(xì)度153.4 tex×2,單紗捻度180 T/m,合股捻度110 T/m,捻向Z/S。

(2)紡紗工藝流程：采用半精梳紡紗工藝，其主要工藝流程為：B261和毛機→B272梳毛機→B306針梳機→B423針梳機→B432針梳機→B442針梳機→B465粗紗機→B552細(xì)紗機→絡(luò)筒→并線→合股加捻→搖紗。

(3)紗線質(zhì)量指標(biāo)見表2。

表2 紗線指標(biāo)

(4)控制要點：

前紡：嚴(yán)格控制梳毛與針梳工序的回潮率，保持在56%～65%之間，減少紗線毛羽，使紗線的條干均勻，以利于織造，保證地毯絨面的光、潔、亮。

后紡：在絡(luò)筒與加捻工序之間加入一道并線工序，主要控制三根單紗的穩(wěn)定性，通過并線使合股的三根單紗保持平行、順直，張力大小均勻一致，防止出現(xiàn)松緊紗、弓紗、多股、缺股等紗疵。

2.2 經(jīng)紗

選用100%滌綸阻燃經(jīng)線，細(xì)度為34.4 tex×3，強力≥30 N。

2.3 緯紗

選用阻燃PP絲，規(guī)格為278 tex,斷裂強度≥0.3 N/dtex.

3 染色

3.1 染料的選用

選用瑞士HUNTSMAN公司的蘭納灑脫染料，該類型染料性質(zhì)穩(wěn)定，色牢度優(yōu)良，能確保紗線色牢度達(dá)到4級以上。

3.2 染色工藝

3.2.1工藝流程

洗線→染色→脫水→烘干→包裝

3.2.2工藝曲線圖(見圖1)

圖1 染色升溫曲線圖

3.3 技術(shù)要點

3.3.1阻燃劑及助劑化料方法

檸檬酸、阻燃劑A、阻燃劑B為固體，加入染缸之前必須用35～40℃溫水化勻，注意檸檬酸要緩慢加入。

3.3.2阻燃劑處理工藝

按染線升溫曲線標(biāo)準(zhǔn)來確定選用曲線，當(dāng)染色工藝曲線運行到98 ℃保溫15 min時，開始依次加入檸檬酸、阻燃劑A、阻燃劑B、最后加入甲酸，且每種助劑加入時間間隔10 min，全部加完后再保溫50 min。

3.3.3返洗工藝

紗線染完后進(jìn)行返洗，用50 ℃清水，洗15 min。

4 織造

采用比利時MICHEL VAN DE WIELE公司生產(chǎn)的單面威爾頓織機進(jìn)行生產(chǎn)。

4.1 織造工藝流程

4.2 織造工藝參數(shù)及技術(shù)要點

上機經(jīng)密316根/m，緯密620根/m，幅寬4.04 m；下機經(jīng)密320根/m，緯密640根/m，幅寬4.01m；坯毯重量1453 g/m2，其中絨紗重量996 g/m2，經(jīng)紗重量252 g/m2，緯紗重量205 g/m2。

技術(shù)要點：使用進(jìn)口2.5 mm起絨桿替代原3～4 mm起絨桿，適當(dāng)調(diào)整絨紗張力，使絨高達(dá)到3 mm，絨高較常規(guī)航空地毯減少0.5 mm，重量降低50 g/m2左右，由于紗線優(yōu)越的蓬松性，絨面仍能保持良好的豐滿耐用度。

5 后整理

5.1 背膠目的

在地毯背面涂一層航空乳膠，起到固定毯形，增加絨頭拔取力的作用，同時達(dá)到阻燃要求。

5.2 膠液配方的研制

5.2.1粉煤灰的研究應(yīng)用

從20世紀(jì)70年代始，隨著世界性能源危機、環(huán)境污染以及礦物資源的枯竭，大大激發(fā)了對粉煤灰的研究和開發(fā)，多次召開的國際性粉煤灰會議，使粉煤灰的研究工作日趨深入。隨著應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，應(yīng)用技術(shù)也不斷更新，粉煤灰成為國際市場上引人注目的資源，成為價格低廉、興利除害的新興建材原料和化工產(chǎn)品原料，備受青睞。

(1)粉煤灰替代碳酸鈣的優(yōu)點：航空地毯背膠重量占地毯重量的20%以上，而其中的主體填充物成分，除AI(OH)3外，大都使用碳酸鈣CaCO3,其占背膠重量的20%左右，用量很大，主要通過開山取石獲得。粉煤灰相對碳酸鈣具有密度小、重量輕的特點，粉煤灰比重在1.0左右，而碳酸鈣比重在2.0左右，因此采用粉煤灰作為背膠填充物可以減輕上膠重量，降低地毯的平方米重量，一方面減輕飛機負(fù)荷達(dá)到節(jié)省能源的目的，另一方面解決電力生產(chǎn)環(huán)境污染，變廢為寶。

(2)粉煤灰的技術(shù)指標(biāo)：使用精選GradeⅠ級標(biāo)準(zhǔn)，要求：細(xì)度≤12%，需水量比≤95%，燒矢量比≤5%，含水率≤1%，三氧化硫≤3%。

(3)膠乳的研制：與國外著名的化工公司合作，成功研發(fā)出能與粉煤灰相匹配的新型膠乳——Everest 200 。

5.2.2背膠工藝配方

經(jīng)反復(fù)試驗，研制的背膠能夠滿足阻燃、拔取力、穩(wěn)定性等要求，背膠配方見表3。

表3 膠液配方

5.3 上膠工藝

5.3.1工藝參數(shù)

①上膠量：濕重430 g/m2，干重228 g/m2；②膠液粘度550～650cp；③機速≤1.5 m/min，膠輥轉(zhuǎn)速7～8 rpm；④刮刀角度30±5度；⑤烘筒蒸汽壓力0.30±0.02 Mpa；⑥烘箱溫度：120±10℃；⑦上膠機張力：喂入張力980±98 N，中間張力1715±98 N，后段張力1323±98 N。

5.3.2控制要點

兌膠：先加入Everest 200膠、水與阻染劑，充分?jǐn)嚢?；再加入碳黑，充分?jǐn)嚢杓s2 h；然后緩慢加入AI(OH)3、粉煤灰，使其分散均勻；最后攪拌30 min至1 h以上，直至均勻無顆粒。

預(yù)濕：地毯進(jìn)入膠輥之前，打開預(yù)濕蒸汽，適當(dāng)控制蒸汽量不易，使膠液滲透均勻，提高絨頭拔取力。注意膠量不宜太大，容易造成透膠。

上膠量：控制好機速與膠輥轉(zhuǎn)速，控制上膠量在410～440 g/m2(濕重)之間，防止膠量過多。

6 成品

6.1 物理機械性能

各項性能指標(biāo)均能滿足中國民用航空局發(fā)布的航空地毯MH/T6060-2010標(biāo)準(zhǔn)要求，其中地毯單位面積總重量1681 g/m2，較常規(guī)同類航空地毯重量減少172 g/m2，成為航空地毯中的超輕型地毯。

6.2 阻燃性能

6.2.1可燃性

地毯的可燃性能符合航空地毯標(biāo)準(zhǔn)要求，指標(biāo)見表4。

表4 可燃性指標(biāo)

6.2.2煙密度和毒性氣體的釋放

地毯在2.5 W/cm3的有焰燃燒模式下進(jìn)行試驗，地毯煙密度和毒性氣體的釋放指標(biāo)見表5。

表5 煙密度和毒性氣體的釋放指標(biāo)

7 結(jié)論

7.1原料采用優(yōu)質(zhì)純新西蘭羊毛，半精梳紡紗工藝，使紗線豐滿而富有彈性及蓬松度，通過絨高及在機密度的適當(dāng)調(diào)整，每平方米地毯絨重降低50 g，且能保證地毯絨面整體的豐滿程度，降低地毯重量，按目前年產(chǎn)50萬平方米的生產(chǎn)能力，年可節(jié)約毛紗約25 t，節(jié)約資金約125萬元。

7.2染色過程中掌握好阻燃劑及助劑的化料方法及處理工藝，加入染缸之前必須用35～40℃溫水化勻，緩慢加入，且當(dāng)染色工藝曲線運行到98度保溫15 min，開始依次加入檸檬酸、阻燃劑A、阻燃劑B、最后加入甲酸，且每種助劑加入時間間隔10分鐘，全部加完后再保溫50 min。

7.3利用粉煤灰相對碳酸鈣密度小，重量輕的特點替代碳酸鈣作為后處理的主要材料，每平方米地毯重量減輕172 g。 根據(jù)相關(guān)資料估算，飛機每飛行1 h，其負(fù)載的每公斤物品就需要消耗約0.2 kg燃油，2009年我國民航旅客運輸量23051.65萬人，按250人/架次，則全年飛行次數(shù)為922066次，若每平方米地毯重量減輕172 g，每架飛機鋪設(shè)80平方米地毯，飛機每次飛行1 h，則全年可節(jié)約燃油0.172×0.2×922066×80=2537 t，節(jié)約航空燃油費約5000多萬元，若推廣到油輪、火車等其他產(chǎn)業(yè)地毯，經(jīng)濟效益將非?？陀^。

7.4按公司目前的生產(chǎn)能力，每年消耗粉煤灰近35 t，變廢為寶，減輕電力生產(chǎn)對環(huán)境造成的污染；同時粉煤灰替代碳酸鈣后，減少碳酸鈣的使用，能夠有效保護(hù)生態(tài)環(huán)境，節(jié)約對礦物資源能源的開發(fā)利用，達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的。

7.5新型膠乳Everest 200性質(zhì)穩(wěn)定，能與粉煤灰充分混合、乳化，滿足航空地毯背膠的要求。