交通領(lǐng)域用紡織品阻燃綜述*

張曉會(huì) 李艷艷 許慧玲 馬丕波 繆旭紅

江南大學(xué)教育部針織技術(shù)工程研究中心，江蘇 無錫 214122

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交通領(lǐng)域用紡織品阻燃綜述*

張曉會(huì) 李艷艷 許慧玲 馬丕波 繆旭紅

江南大學(xué)教育部針織技術(shù)工程研究中心，江蘇 無錫 214122

介紹交通領(lǐng)域用紡織品的組成和性能要求，綜述交通領(lǐng)域用阻燃紡織品的制備、性能測(cè)試及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合交通領(lǐng)域用紡織品的生產(chǎn)現(xiàn)狀探討其發(fā)展方向。

交通領(lǐng)域， 阻燃紡織品， 性能測(cè)試， 發(fā)展趨勢(shì)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的日益發(fā)展，交通運(yùn)輸行業(yè)逐漸繁榮，人們開始對(duì)交通領(lǐng)域用紡織品提出更為嚴(yán)格的性能要求，除了在色彩及風(fēng)格上要求與交通工具協(xié)調(diào)外，還對(duì)其阻燃性、耐磨性和色牢度等性能提出了更高的要求。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年各類汽車的產(chǎn)量約250萬輛，所需紡織品的數(shù)量與火車所需量相當(dāng)，約為4 500萬m2，而飛機(jī)和輪船用量約為150萬m2[1]。這些紡織品主要由易燃的聚合物材料及其制品組成，用于交通工具內(nèi)部的地毯、頂篷、坐椅、安全帶等眾多部件。相對(duì)于傳統(tǒng)的金屬和棉麻來說，聚合物材料紡織品燃燒時(shí)熱值高、火焰?zhèn)鞑タ烨也灰紫?，在行駛過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)故障、電器短路、交通事故等各種原因都極易引起重大火災(zāi)，造成財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡。交通領(lǐng)域用紡織品的阻燃不僅能降低火焰蔓延速率，減少有毒氣體的釋放，還能大大減小火災(zāi)發(fā)生的概率，避免經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。因此，對(duì)交通領(lǐng)域用紡織品阻燃進(jìn)行研究非常重要。

1 交通領(lǐng)域用紡織品的組成

交通領(lǐng)域用紡織品是指在火車、汽車、飛機(jī)和船舶等交通工具上起裝飾性或功能性作用的紡織品。其組成種類繁多，可從交通工具和織物種類兩個(gè)方面進(jìn)行分類。

1.1 按交通工具分

汽車用紡織品占交通領(lǐng)域用紡織品的比例較大，汽車業(yè)為其主要消費(fèi)市場(chǎng)[2]。其中，以裝飾性為主的包括汽車坐椅面料、地毯織物、車頂篷、車蓋布、門飾及護(hù)壁等，以功能性為主的包括安全氣囊、輪胎簾子線、安全帶、傳動(dòng)帶、剎車片等。

火車用紡織品主要為車內(nèi)裝飾材料(包括坐椅的裝飾、窗簾、地毯)和臥鋪車被褥等。這些材料除要求具有較高的阻燃性外，其耐久性和除塵性也必須達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)。

飛機(jī)用紡織品主要包括內(nèi)飾材料、坐椅面料、地毯和安全帶等。飛機(jī)用紡織品對(duì)性能的要求遠(yuǎn)高于一般交通工具，對(duì)其阻燃性要求尤為苛刻。

船舶用裝飾紡織品除滿足美觀和舒適的基本要求外，還必須滿足嚴(yán)格的防火標(biāo)準(zhǔn)，地毯的染色必須滿足高級(jí)別的牢度耐久性。船舶用功能紡織品主要包括船帆和繩索，這兩類紡織品對(duì)耐光降解性和抗紫外線性能有著非常高的要求。

1.2 按織物種類分

織物種類主要包括針織物、機(jī)織物和非織造布。

針織物由線圈沿橫向或縱向順序彎曲成圈并相互串套而成，其彈性和延伸性好。由于孔狀線圈的存在，針織物的透氣性和柔軟性好，主要用作駕乘人員的坐椅面料、交通工具內(nèi)表層裝飾和少量的過濾材料。針織毛絨織物色彩豐富、柔軟舒適，被廣泛應(yīng)用于中高檔汽車裝飾面料。緯編全成型織物由于其形狀的可塑性而被廣泛應(yīng)用于汽車坐椅面套、設(shè)備的管狀防護(hù)面料等。而經(jīng)編間隔織物由于其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，具有良好的抗震抗壓性能及較高的隔聲效果，很早就被歐洲的汽車工業(yè)廣泛采用。

機(jī)織物由兩組或兩組以上紗線以90°交織而成，因其紗線延伸性和收縮性小而結(jié)構(gòu)緊密、手感硬挺，耐磨性好，但透氣性不如針織物。由于尺寸穩(wěn)定、表面平整，機(jī)織物的染色印花圖案相對(duì)于針織物來說更為精細(xì)。機(jī)織物主要用于駕乘人員坐椅面料、特殊部位的過濾材料及安全氣囊等。

非織造布由短纖或長(zhǎng)絲隨機(jī)或定向排列形成纖網(wǎng)再加固而成。其具有較高的耐久性、柔軟性、過濾性、彈性和吸濕性，且質(zhì)量輕、成本低，被廣泛應(yīng)用于車內(nèi)坐墊、車門內(nèi)襯、地毯、防震氈、隔熱氈和過濾芯等特殊部位。

2 交通領(lǐng)域用紡織品的性能要求

2.1 阻燃性

阻燃性能是從安全角度出發(fā)對(duì)交通領(lǐng)域用紡織品提出的性能要求。GB 8410—2006標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了汽車內(nèi)裝飾材料燃燒特性的合格標(biāo)志為，不燃燒或可以燃燒但燃燒速度不大于100 mm/min、火焰在60 s內(nèi)自行熄滅且燃燒長(zhǎng)度不大于50 mm。阻燃性高的紡織品可以有效地降低火焰蔓延的速率，甚至可以減小燃燒的概率，從而為受災(zāi)中的人員和財(cái)產(chǎn)提供更多的轉(zhuǎn)移時(shí)間。

2.2 色牢度

對(duì)交通領(lǐng)域用紡織品的色牢度要求，包括耐日曬、耐汗?jié)n水漬和耐摩擦三個(gè)方面。如汽車坐椅面料由于車前擋風(fēng)玻璃的傾斜而長(zhǎng)期暴露在陽光下，因此要求具備良好的耐日曬色牢度；在火車或汽車中，駕乘人員與坐椅長(zhǎng)時(shí)間接觸, 坐椅面料易受到汗?jié)n水漬侵蝕，故應(yīng)具有較高的耐汗?jié)n、水漬色牢度。隨著時(shí)間或使用次數(shù)的增加而褪色的紡織品便失去了其裝飾的意義，因此，色牢度是交通工具坐椅用織物的基本要求。

2.3 耐磨性

交通領(lǐng)域用紡織品如地毯、坐椅面料、車用安全帶、剎車帶和船用繩索等，長(zhǎng)時(shí)間經(jīng)受持續(xù)的高壓摩擦?xí)蟠笳酆钠涫褂脡勖?，不符合?jīng)濟(jì)美觀的裝飾要求，也降低了安全穩(wěn)定的功能要求。因而要提高交通領(lǐng)域用紡織品的耐磨性。

2.4 防污性

交通工具在長(zhǎng)期使用過程中會(huì)沾染一定的污漬，包括駕乘人員汗?jié)n、發(fā)動(dòng)機(jī)油漬、灰塵及水漬等。車內(nèi)的清潔由于細(xì)節(jié)部位太多而有一定的難度，而汽車針織內(nèi)飾面料，特別是坐椅、壁部和頂篷材料不能經(jīng)常洗滌,因此其防污就顯得更加重要。

3 阻燃紡織品的制備方法

3.1 阻燃原理

所謂阻燃,不是指織物在接觸火源時(shí)不會(huì)燃燒，而是指經(jīng)某些化學(xué)品處理后，織物遇到明火不易被點(diǎn)著或燃燒速率緩慢，離火后能立刻自熄，不再燃燒或陰燃[3]。阻燃的基本原理主要有以下四點(diǎn)。

3.1.1 降低可燃?xì)怏w的含量

利用阻燃劑加熱影響反應(yīng)過程，阻止交通領(lǐng)域用紡織品燃燒過程中可燃?xì)怏w的產(chǎn)生或降低可燃?xì)怏w的含量。例如，纖維素受熱時(shí)通過酸性物質(zhì)催化生成水和不易燃燒的碳，取代有機(jī)可燃物，降低燃燒速率。還可以利用阻燃劑吸熱分解釋放出氮?dú)?、二氧化碳等不燃性氣體,將可燃性氣體稀釋到燃燒極限以下，從而抑制繼續(xù)燃燒。

3.1.2 控制自由基

有些阻燃抑制劑可捕捉或消滅維持燃燒的自由基，從而達(dá)到阻燃目的。如利用自由基與器壁或塵粒接觸使其失去活性，從而抑制燃燒；或者在含鹵阻燃劑與聚合物同時(shí)蒸發(fā)分解時(shí)，利用鹵素捕捉交通領(lǐng)域用紡織品燃燒反應(yīng)中的自由基，達(dá)到阻燃目的。

3.1.3 吸熱降溫

在有限時(shí)間內(nèi)利用阻燃劑的脫水、分解、相變等反應(yīng)，吸收燃燒釋放的熱量，使交通領(lǐng)域用紡織品表面溫度降低，減慢熱分解的速度，阻止燃燒蔓延。

3.1.4 減小接觸面積

利用阻燃物質(zhì)加熱時(shí)的熱降解，使交通領(lǐng)域用紡織品表面脫水炭化，形成隔膜或不燃?xì)怏w，減小其與氧氣的接觸面積；或利用阻燃劑加熱時(shí)的熔融收縮，減小接觸面積，使燃燒受阻。如利用硼酸加熱熔融在纖維表面生成玻璃狀阻燃膜，產(chǎn)生阻燃效應(yīng)。

3.2 阻燃纖維及其制備方法

目前，國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)的阻燃纖維主要可以分為兩大類：一是傳統(tǒng)加工的阻燃纖維，如阻燃黏膠纖維、阻燃聚酯纖維(滌綸)、阻燃聚丙烯腈纖維(腈綸)、阻燃聚乙烯醇纖維(維綸)、阻燃聚丙烯纖維(丙綸)、阻燃聚酰胺纖維(錦綸)等[4]；二是本身具備耐高溫阻燃性質(zhì)的纖維，如聚間苯二甲酰間苯二胺纖維(芳綸)、聚苯硫醚纖維(PPS)、聚酰亞胺纖維、酚醛纖維等。

阻燃纖維的加工方法主要有共混法、共聚法和接枝改性法。共混法是在漿液或紡絲溶體中加入阻燃劑，從而合成阻燃纖維的方法，這種方法因生產(chǎn)品種多、加工簡(jiǎn)單方便而被普遍使用。共聚法是在纖維聚合的過程中，把磷、硫等阻燃元素聚合到大分子鏈上，從而制備阻燃纖維的方法，此方法加工的產(chǎn)品阻燃持久，對(duì)纖維性能影響小，加工技術(shù)較為成熟。接枝改性法是用高能電子束或引發(fā)劑使纖維與阻燃單體發(fā)生接枝共聚，從而實(shí)現(xiàn)有效持久阻燃改性的方法，這種方法既可用于纖維，也可用于織物，但因使用設(shè)備復(fù)雜、成本高而受到限制。

3.3 阻燃整理的方法

阻燃整理主要是在紡織品后期加工的過程中，使阻燃劑附著在纖維表面，從而達(dá)到阻燃效果。其過程因阻燃劑種類與待處理纖維的不同而不同，主要分為四類。

3.3.1 浸軋和浸漬法

將紡織品置于由阻燃劑、交聯(lián)劑等化學(xué)試劑組成的水溶液或乳液中，經(jīng)過浸軋或浸漬，達(dá)到一定時(shí)間后取出烘干。該方法適用于加工火車臥鋪被罩、床罩、床單和坐椅面料，以及汽車覆蓋物等交通領(lǐng)域用紡織品。

3.3.2 涂層法

將阻燃液與樹脂進(jìn)行混合加工，靠樹脂的黏合作用將阻燃劑固著在紡織品上。具體方法有刮刀涂層、澆鑄涂層、壓延涂層三種。這些方法適用于加工汽車套、汽車蓋布、貨車蓋布等交通領(lǐng)域用紡織品。

3.3.3 噴霧法

用噴霧的方法將阻燃液噴灑在紡織品上。對(duì)于表面有花紋、簇絨等特征的裝飾性交通領(lǐng)域用紡織品，噴霧法有效避免了表面花紋的損傷。此外，噴霧法還適用于不需洗滌或洗滌次數(shù)極少的交通領(lǐng)域用紡織品，如地毯、墻布等。

3.3.4 有機(jī)溶劑法

有機(jī)溶劑法是在有機(jī)溶劑中加入阻燃劑，然后再對(duì)織物進(jìn)行阻燃整理。該方法能有效減少阻燃整理的時(shí)間，但對(duì)織物的強(qiáng)度和光澤等特性有一定的影響，使用時(shí)還需注意溶劑的毒性和燃燒性。

4 紡織品阻燃性能測(cè)試方法

4.1 極限氧指數(shù)(LOI)法

LOI是在一定條件下,試樣在氧、氮的混合氣體中維持燃燒所需要的最低氧氣濃度。LOI法是目前廣泛采用的紡織品燃燒性能測(cè)試方法。根據(jù)GB/T 5454—1997的規(guī)定，采用LOI法測(cè)試時(shí)，應(yīng)將試樣垂直夾于試樣夾上,從筒底通入氧、氮混合氣體，再將試樣的上端點(diǎn)燃，不斷調(diào)節(jié)混合氣體中氧氣的濃度進(jìn)行反復(fù)測(cè)試，直至火焰剛好達(dá)到試樣標(biāo)準(zhǔn)線[5]，根據(jù)此時(shí)的氧氣濃度計(jì)算得到試樣材料的LOI，并取3次測(cè)試結(jié)果的算術(shù)平均值作為最后的測(cè)定值。

LOI在26%以上的交通領(lǐng)域用紡織品即可被評(píng)定為難燃或不燃紡織品，所表現(xiàn)出的燃燒狀態(tài)包括接觸火焰燃燒但離火后自熄，或者火源作用后短時(shí)間不燃燒。可用織造纖維有碳纖維、石棉、硼纖維、芳綸、氯綸及改性腈綸等。LOI法廣泛適用于針織、機(jī)織、非織造、涂層和層壓等各類交通領(lǐng)域用紡織品的阻燃性能測(cè)試。

4.2 燃燒試驗(yàn)法

燃燒試驗(yàn)法主要是測(cè)定試樣的續(xù)燃時(shí)間、陰燃時(shí)間及炭化面積(損毀長(zhǎng)度)。主要步驟：在一定條件下，將試驗(yàn)材料點(diǎn)燃12 s，再測(cè)定試樣離開火源后的續(xù)燃時(shí)間和陰燃時(shí)間；在陰燃現(xiàn)象消失后將試樣取下，按規(guī)定方法測(cè)量其損毀長(zhǎng)度。該方法對(duì)點(diǎn)火的時(shí)間及火焰的大小等條件要求較高[6]。

燃燒試驗(yàn)法可按試樣和火焰的相對(duì)位置分為水平法、傾斜法和垂直法。其中，水平法廣泛適用于交通工具內(nèi)部地毯等鋪墊紡織品的測(cè)試；傾斜法適用于交通工具內(nèi)部裝飾面料的測(cè)試；而垂直法作為最普遍的測(cè)定方法，廣泛應(yīng)用于阻燃涂層、層壓、絎縫及毛絨類交通領(lǐng)域用紡織品的阻燃性能測(cè)試。

4.3 熱分析法

熱分析法即根據(jù)織物冷卻或受熱時(shí)發(fā)生的物理或化學(xué)變化測(cè)定并得出的其能量(質(zhì)量)與溫度(時(shí)間)的函數(shù)關(guān)系。利用熱分析法可以對(duì)織物的阻燃效果定量化，從而研究阻燃機(jī)理。例如，利用差示掃描量熱儀可測(cè)得纖維分解溫度的變化，探索阻燃處理前后的裂解方式；通過熱解質(zhì)量分析法，可測(cè)得纖維燃燒前后熱失重的變化，從而比較阻燃效果。

4.4 錐形量熱計(jì)測(cè)試法

錐形量熱計(jì)能模擬真實(shí)燃燒的參數(shù)，主要采用氧消耗原理來測(cè)量燃燒過程中的熱釋放速率。此外，它還能通過測(cè)量樣品點(diǎn)燃的時(shí)間、樣品質(zhì)量損失的速率、釋放的有害氣體含量及燃燒熱量等參數(shù)，來評(píng)價(jià)阻燃劑或燃燒材料的性能，從而預(yù)測(cè)阻燃材料的燃燒行為。錐形量熱計(jì)作為一種新型燃燒測(cè)試裝置已被許多國(guó)家所使用。

4.5 簡(jiǎn)易測(cè)試方法

除了上述方法外，有時(shí)也采用一些簡(jiǎn)易的方法來初步對(duì)比紡織品的阻燃效果。例如，打火機(jī)測(cè)試法、乙醇燃燒測(cè)試法和火柴燃燒法等。這類方法不是標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)法，也不能作為仲裁依據(jù)，但是操作步驟簡(jiǎn)單，測(cè)試設(shè)備簡(jiǎn)易，所需成本低。

5 阻燃紡織品的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

我國(guó)可用于測(cè)試交通領(lǐng)域用紡織品燃燒性能的標(biāo)準(zhǔn)主要為GB 17591—2006[9]，其主要燃燒性能要求如表1所示。飛機(jī)與輪船內(nèi)飾織物的燃燒性能試驗(yàn)方法按GB/T 5455—1997執(zhí)行；火車內(nèi)飾織物的燃燒性能試驗(yàn)方法按GB/T 14645—1993執(zhí)行，測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)如表2所示；汽車內(nèi)飾織物的燃燒性能試驗(yàn)方法按FZ/T 01028—1993執(zhí)行。

表1 GB 17591—2006交通領(lǐng)域用紡織品燃燒性能要求

表2 交通領(lǐng)域用紡織品燃燒性能主要測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

6 交通領(lǐng)域用阻燃紡織品的發(fā)展方向

6.1 阻燃纖維的研發(fā)與應(yīng)用

目前，我國(guó)生產(chǎn)和使用的交通領(lǐng)域用阻燃紡織品大多通過對(duì)普通纖維進(jìn)行阻燃整理制得，而耐高溫阻燃纖維相對(duì)于其他高性能纖維來說產(chǎn)量較低。阻燃纖維由于其獨(dú)特的化學(xué)結(jié)構(gòu)，本身具備耐高溫的特征，無需添加阻燃劑或經(jīng)過改性處理，通常其耐高溫程度、阻燃效果及耐久性都是阻燃整理織物所難達(dá)到的，是交通領(lǐng)域用阻燃紡織品市場(chǎng)的熱點(diǎn)。

比較典型的耐高溫阻燃纖維主要有芳綸1313、芳綸1414、PBO等纖維，以及聚四氟乙烯(PTFE)纖維和碳纖維等。在研發(fā)阻燃纖維時(shí)，不僅要考慮其阻燃效果，還要兼顧其舒適性和可紡性，從綠色環(huán)保、健康舒適和耐高溫的角度出發(fā)，開發(fā)低煙、無毒、無鹵、高效環(huán)保的阻燃纖維。

6.2 新型環(huán)保阻燃劑的開發(fā)

目前，交通領(lǐng)域用紡織品阻燃整理廣泛使用的阻燃劑有磷系和鹵系兩種。鹵系阻燃劑阻燃效果好，可以通過其他化學(xué)物質(zhì)形成協(xié)效作用，從而減少用量，降低對(duì)材料性能的影響。但鹵系阻燃劑在燃燒和熱裂解過程中會(huì)生成二噁英等有毒物質(zhì)，對(duì)人體有危害，同時(shí)也污染環(huán)境，現(xiàn)已經(jīng)被歐盟禁用[10]。磷系阻燃劑能夠有效地隔熱阻燃，相對(duì)于其他阻燃劑來說，無鹵、低煙且不易生成毒害氣體，具有良好的發(fā)展前景。其中，磷化合物、氧化磷、有機(jī)磷酸酯等都可用于聚酯纖維的阻燃改性。但是，磷系阻燃劑中的含磷化合物會(huì)促進(jìn)湖泊中藻類植物的瘋長(zhǎng)，影響水質(zhì)，造成環(huán)境污染。

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)阻燃劑的要求有所提高，不僅更加重視其高效、無毒、對(duì)材料性能影響小等方面，而且要求拓寬阻燃劑的應(yīng)用范圍，開發(fā)性能優(yōu)異的阻燃劑。此外，通過阻燃劑和阻燃劑之間不同基體的復(fù)配來減少用量，提高阻燃效率，最大限度地發(fā)揮阻燃劑的協(xié)同效應(yīng)，也成為未來環(huán)保阻燃劑的研發(fā)方向。

6.3 阻燃紡織品多功能化的研究

目前大多數(shù)阻燃纖維和織物僅具有單方面的阻燃功能，不能滿足特殊環(huán)境下交通領(lǐng)域用紡織品的需求，例如抗靜電、拒水拒油、防紫外線、手感舒適等要求。用于交通工具內(nèi)部裝飾的紡織品可以采用阻燃纖維紗與導(dǎo)電纖維交織，生產(chǎn)抗靜電阻燃織物，避免駕乘人員接觸時(shí)產(chǎn)生靜電；船舶、飛機(jī)的地毯可采用阻燃纖維和拒油拒水纖維混紡紗織造，從而降低清理難度，提高耐久性；對(duì)于汽車、飛機(jī)、火車的坐椅面料，可采用棉或黏膠與阻燃纖維混紡紗織造,在兼顧產(chǎn)品舒適性和阻燃性的同時(shí)降低織造成本。

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Review of flame retardancy on textiles for traffic field

ZhangXiaohui,LiYanyan,XuHuiling,MaPibo,MiaoXuhong

Engineering Research Center of Knitting Technology, Ministry of Education, Jiangnan University, Wuxi 214122,China

The composition and performance requirements of the textiles for traffic field were introduced, and the preparation, performance testing and evaluation criteria of flame retardant textiles for traffic field were reviewed. Combined with the production status, the development direction of the textiles was discussed.

traffic field, flame retardant textile, property test, development trend

*江蘇省產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合創(chuàng)新項(xiàng)目(BY2014023-34)

2015-08-10

張曉會(huì)，女，1994年生，在讀本科生，研究方向?yàn)楫a(chǎn)業(yè)用針織結(jié)構(gòu)與性能

馬丕波，E-mail: mapibo@jiangnan.edu.cn

TS102.527

A

1004-7093(2016)04-0001-05