校園建筑內(nèi)環(huán)境阻燃環(huán)保墻布的開發(fā)*

(1. 廣西科技大學(xué)生物與化學(xué)工程學(xué)院,柳州,545006;2. 紹興文理學(xué)院元培學(xué)院,紹興,312000;3. 紹興凱奇服飾有限公司,紹興,312000)

近年來校園成為火災(zāi)頻發(fā)區(qū)，國內(nèi)外有不少火災(zāi)案例，如2000年吉林省松原市扶余縣萬發(fā)鄉(xiāng)中學(xué)磚瓦結(jié)構(gòu)學(xué)生宿舍發(fā)生火災(zāi)，4名初中生喪生，11名被燒成重傷；2001年英國倫敦市立大學(xué)發(fā)生嚴(yán)重火災(zāi)，將一座建于1894年的建筑燒毀；2001年廣東省廣州市一所寄宿學(xué)校發(fā)生火災(zāi)，8名學(xué)生死亡，25人受傷；2002年云南省昆明市尋甸縣羊街鎮(zhèn)三元莊村小學(xué)發(fā)生火災(zāi)，8名男生被燒死； 2003年武漢大學(xué)測(cè)繪校區(qū)一男生宿舍突發(fā)大火，燒毀22間寢室[1]。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，校園建筑環(huán)境中木質(zhì)材料、易燃紡織品成為火災(zāi)最主要原因[2]。許多國家都規(guī)定了公共場(chǎng)所阻燃標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)[3-4]，國外較早對(duì)阻燃織物和相關(guān)產(chǎn)品進(jìn)行開發(fā)及研究，在20世紀(jì)70年代發(fā)達(dá)國家就制定了阻燃法規(guī)，近年來相關(guān)要求越來越高，制定的制度也越來越規(guī)范。中國近10年也著手開展對(duì)阻燃紡織品的研究及開發(fā)工作，已取得了較大進(jìn)展[5-6]。

由于我國的教育投入，特別是對(duì)落后地區(qū)的投入相對(duì)不足，故對(duì)校園建筑進(jìn)行低成本阻燃保護(hù)，對(duì)于校園安全具有重要意義。同時(shí)相對(duì)其他建筑阻燃產(chǎn)品，校園內(nèi)墻對(duì)阻燃要求的級(jí)別更為嚴(yán)苛。本文采用多層面料復(fù)合工藝，開發(fā)一款新型阻燃?jí)Σ?，希望能減少目前頻發(fā)的校園火災(zāi)事故，保障師生在校園中工作、學(xué)習(xí)、生活環(huán)境的安全。

1 墻布的設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)原則

校園建筑用墻布除了要求其美觀外，對(duì)其阻燃性能和環(huán)保要求極高，因此選用的墻布基材需要具備較好的阻燃性能和環(huán)保效果。由于目前許多學(xué)校無足夠的資金采購高品質(zhì)阻燃?jí)Σ?，因此在保證阻燃效果的前提下，為降低成本，本文研制的墻布選擇價(jià)格相對(duì)較低的非織造布和滌綸吸光布復(fù)合工藝。同時(shí)為保證室內(nèi)環(huán)境安靜，可利用墻布達(dá)到一定的隔聲效果，我們選擇了多孔狀的阻燃丙綸非織造布，利用其多孔介質(zhì)，達(dá)到一定的隔聲效果。

1.2 預(yù)期目標(biāo)

依據(jù)校園內(nèi)建筑墻布的設(shè)計(jì)要求，我們研制的墻布預(yù)期達(dá)到的性能如表1所示。

2 墻布的制作

2.1 材料和設(shè)備

材料：聚丙烯切片，阻燃母粒，阻燃滌綸吸光機(jī)織布(經(jīng)絲和緯絲都為11.11tex滌綸FDY，經(jīng)密為296根/10 cm，緯密為144根/10 cm)，滌綸阻燃短纖維。

表1 校園建筑墻布性能要求

試驗(yàn)設(shè)備：SG-45/28型熔噴機(jī)，超聲波復(fù)合機(jī)，ZH92lYB-18型熱定型機(jī)，XFH型小和毛機(jī)，羅拉式梳理機(jī)，MD型中速預(yù)刺針刺機(jī)。

2.2 加工方法

2.2.1 阻燃熔噴非織造布加工

熔噴非織造工藝是將聚丙烯熔噴料經(jīng)螺桿擠壓機(jī)熔融，通過計(jì)量泵精確計(jì)量熔融液體量，并送入噴絲孔，在高壓、高速熱氣流作用下，對(duì)噴絲孔擠出的聚合物熔體細(xì)流進(jìn)行多倍牽伸，形成丙綸超細(xì)纖維，在平板或滾筒收集裝置上，通過纖維自身黏合形成熔噴非織造布。主要生產(chǎn)工藝流程如下：

(1)原料準(zhǔn)備(干燥)：使用聚丙烯熔噴切片原料，對(duì)切片進(jìn)行干燥預(yù)結(jié)晶。干燥采用80～100 ℃的熱氣進(jìn)行烘料處理,并加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%的阻燃母粒，達(dá)到阻燃效果。

(2)塑化：塑化溫度設(shè)定為，螺筒一段溫度200～240 ℃，螺筒二段溫度240～270 ℃，在螺桿計(jì)量段中混合塑化。

(3)計(jì)量：采用齒輪計(jì)量泵進(jìn)行熔體計(jì)量，以精確控制纖維線密度和熔噴非織造布的均勻度。

(4)過濾：用多層細(xì)目耐高溫金屬篩網(wǎng)，濾去熔融液中的雜質(zhì)及聚合反應(yīng)后纖維殘留的催化劑。

(5)擠出：在螺桿壓力的作用下將液體從噴絲孔擠出，擠出過程包括入口區(qū)、孔流區(qū)、膨化區(qū)，聚丙烯熔體形成超細(xì)纖維通過入口區(qū)和孔流區(qū)。

(6)形成纖維：采用側(cè)吹風(fēng)系統(tǒng)，在細(xì)流兩側(cè)噴入高速熱氣流，將黏流狀態(tài)的聚丙烯熔體進(jìn)行多倍拉細(xì)；同時(shí)兩側(cè)的常溫空氣摻入熱氣流中，將熔體細(xì)流冷卻、固化，形成丙綸超細(xì)纖維。

(7)熔噴成網(wǎng)：經(jīng)牽伸、冷卻、固化的超細(xì)纖維再經(jīng)牽伸氣流牽引，吹向滾筒，并收集到平板或滾筒上，依靠自身的熱黏合成為熔噴非織造布。噴絲孔出口到平板或滾筒的距離，即熔噴接收距離DCD值調(diào)整為10 cm左右。

(8)收集卷取：將成網(wǎng)后的熔噴布收集在滾筒上，然后由卷繞機(jī)構(gòu)卷取成卷以備裁切，制得的阻燃丙綸熔噴非織造布的面密度為25 g/m2。

2.2.2 滌綸針刺布加工

(1)開松鋪網(wǎng)：纖維網(wǎng)的加工工藝為，開松4次，梳理2次，羅拉梳理，交叉鋪網(wǎng)。

(2)針刺加固：用單板垂直向下針刺方式，對(duì)纖維網(wǎng)正反兩面交替穿刺各2次，設(shè)置針刺深度為13 mm，植針密度為4 000枚/m2，刺針頻率為300次/min，纖維網(wǎng)輸出速度為5 m/min。

2.2.3 后加工

(1)超聲波復(fù)合:復(fù)合工藝為面料數(shù)碼印花針刺滌綸布，中層熔噴非織造布，里層滌綸基布。

(2)定型:采用ZH92lYB-18型熱定型機(jī)，在160 ℃下定型5 min。

2.3 墻布成本核算

丙綸熔噴非織造布為20萬元/t，布的面密度為25 g/m2時(shí)，單價(jià)為5元/m2；滌綸針刺布成本為6元/m2；阻燃滌綸吸光機(jī)織布為3元/m2；合計(jì)原料成本為14元/m2，超聲波復(fù)合工藝為0.5元/m2，合計(jì)總成本為14.5元/m2，符合中低端墻布市場(chǎng)的需求。

3 墻布的性能測(cè)試與分析

3.1 測(cè)試方法

3.1.1 織物阻燃性能

依據(jù)ISO 6941—2004《紡織物 燃燒性能 垂直定向試品火焰蔓延性的測(cè)定》，測(cè)試織物的阻燃性能。

3.1.2 織物懸垂性能

依據(jù)ISO 9073-9—2008 《紡織品 非織造布試驗(yàn)方法 第9部分：懸垂性(含懸垂系數(shù))的測(cè)定》，測(cè)試織物的懸垂性能。

3.1.3 織物力學(xué)性能

依據(jù)FZ/T 60005—1991《非織造布斷裂強(qiáng)力及斷裂伸長的測(cè)定》，測(cè)試織物的抗拉伸性能。

3.1.4 織物色牢度

依據(jù)GB/T 14575—2009 《紡織品 色牢度試驗(yàn) 綜合色牢度》，分別測(cè)試織物的耐日曬及耐水洗色牢度。

3.1.5 織物甲醛含量

依據(jù)GB 18401—2001 《紡織品甲醛含量的限定》，測(cè)試織物的殘留甲醛含量。

3.1.6 織物可分解芳香胺

依據(jù)GB/T 17592—2011 《紡織品 禁用偶氮染料的測(cè)定》，測(cè)試織物中23種對(duì)人體有害的可分解芳香胺含量。

3.1.7 織物吸聲性能

以HP835lB型射頻/微波信號(hào)源為聲源，用HP8757D型射頻/微波網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試織物的吸聲性能。用聲波反射率來評(píng)價(jià)織物的吸聲性能，織物反射率小，對(duì)聲波的吸收性能好。對(duì)吸波材料的反射率測(cè)試需要在無回波的暗室中進(jìn)行，如在微波暗室內(nèi)采用錐形吸波材料以防止回波干擾，這種方法可代替外場(chǎng)的試驗(yàn)內(nèi)容，而且在較大程度上彌補(bǔ)和完善了外場(chǎng)試驗(yàn)的不足。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

對(duì)織物的各項(xiàng)性能進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果見表2。

表2 織物的性能指標(biāo)

由表2可知：織物的續(xù)燃時(shí)間和陰燃時(shí)間均為0 s，阻燃性能特好，達(dá)到美國CPSC(消費(fèi)品安全委員會(huì))對(duì)織物阻燃的最高要求；織物的懸垂系數(shù)為74%，在傳統(tǒng)裝飾面料懸垂系數(shù)(40%～80%)的范圍內(nèi)，并且表現(xiàn)出較好的平整度；織物的經(jīng)緯向斷裂強(qiáng)力均超過670 N，滿足常規(guī)裝飾面料斷裂強(qiáng)力≥400 N的要求；織物的耐水洗色牢度達(dá)到4～5級(jí)，水洗對(duì)織物外觀色澤性能影響較??；織物的耐日曬色牢度雖然僅為3～4級(jí)，但對(duì)室內(nèi)產(chǎn)品而言，基本符合使用要求；在生產(chǎn)中未添加甲醛和可分解芳香胺染料，產(chǎn)品無異味，對(duì)人體無害；織物在2～18 Hz不同頻率條件下的反射率都<2%，具有很好的吸聲功能，可保證室內(nèi)環(huán)境安靜，避免噪聲污染。

4 結(jié)語

我們采用超聲波復(fù)合工藝研制了一款高阻燃性墻布。各項(xiàng)性能測(cè)試結(jié)果表明，該織物阻燃級(jí)別高，力學(xué)性能好，耐日曬及水洗，不含對(duì)人體有害的物質(zhì)，同時(shí)具備較好的吸聲效果。墻布成本為14.5元/m2，性價(jià)比極高，非常適合校園建筑內(nèi)環(huán)境的改造要求。

[1] 中國消防在線.別讓高校宿舍火災(zāi)悲劇重演[EB/OL] .(2013-04-13).http://119.china.com.cn.

[2] 彭治漢．材料阻燃新技術(shù)新品種[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2004:240-260．

[3] 晏雄．產(chǎn)業(yè)用紡織品[M]．上海：東華大學(xué)出版社,2003:245-246．

[4] 王培政．阻燃黏膠纖維性能研究[D]．青島：青島大學(xué),2005.

[5] 李新蓮,溫月芳,賀福．影響?zhàn)つz基碳纖維收率和性能的因素研究[J]．高科技纖維與應(yīng)用,2004，29(2):34-37.

[6] 雷同寶,王京紅,張彩霞．阻燃劑及阻燃織物的發(fā)展前景[J]．紡織科學(xué)研究，2001(2):16-18.