阻燃織物在交通領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展

江西服裝學(xué)院， 江西 南昌 330201

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展, 交通運(yùn)輸業(yè)逐漸蓬勃發(fā)展,人們對(duì)織物在運(yùn)輸領(lǐng)域應(yīng)用的要求日益嚴(yán)格。這不僅表現(xiàn)在對(duì)交通工具的外觀要求越來越高，還表現(xiàn)在對(duì)其功能性(如阻燃性、抗紫外線性和耐磨性等)越來越關(guān)注，尤其是阻燃性，因?yàn)榇蟛糠纸煌ㄊ鹿适怯捎诮煌üぞ邇?nèi)部起火而引起的。據(jù)相關(guān)媒體報(bào)道，每年因交通工具上的紡織品意外燃燒造成的事故多達(dá)60%。用于交通工具的紡織品大多由易燃的聚合物材料及其合成纖維材料制成，比如交通工具內(nèi)部的頂篷、座椅靠墊、窗簾、安全帶和地毯等，它們都是易燃紡織品，一旦被點(diǎn)燃，其燃燒熱值高、傳播速度快，損壞力巨大。

因此，如何減少交通用紡織品的燃燒危險(xiǎn)性及其燃燒時(shí)有毒濃煙的釋放，已經(jīng)成為全世界共同關(guān)注的話題[1]。

1 阻燃整理及其加工方法

1.1 阻燃性能要求

從安全角度考慮，織物的阻燃性能格外重要。表1給出了GB/T 17591—2006《阻燃織物》[2]對(duì)交通工具內(nèi)飾用織物的燃燒性能要求，其考核指標(biāo)分為B1級(jí)和B2級(jí)。以考核指標(biāo)要求達(dá)到B2級(jí)為例，飛機(jī)、輪船內(nèi)飾用織物的損毀長(zhǎng)度不能超過200 mm、續(xù)燃時(shí)間不能超過15 s、燃燒滴落物未陰燃脫脂棉，汽車內(nèi)飾用織物的火焰蔓延速率不能超過100 mm/min，火車內(nèi)飾用織物的損毀面積不能超過45 cm2、損毀長(zhǎng)度不能超過200 mm、續(xù)燃時(shí)間不能超過3 s、陰燃時(shí)間不能超過3 s、接焰次數(shù)應(yīng)大于3。發(fā)生火災(zāi)時(shí)，若交通工具內(nèi)飾用織物的燃燒性能符合此標(biāo)準(zhǔn)要求，則可以保證救援人員在密閉的交通工具內(nèi)有充足的時(shí)間轉(zhuǎn)移受災(zāi)人員和財(cái)產(chǎn)。

表1 GB/T 17591—2006《阻燃織物》對(duì)交通工具內(nèi)飾用織物的燃燒性能要求

1.2 阻燃整理

所謂阻燃整理，就是采用物理的、化學(xué)的或兩者結(jié)合的方式對(duì)織物進(jìn)行處理，提高織物的起火點(diǎn),降低織物在火焰中的易燃性,減緩火焰?zhèn)鞑ニ俾? 火焰被移除后容易熄滅或者能自然熄滅[3]。

1.3 阻燃整理加工方法

除了利用自身具有阻燃性能的阻燃纖維外，主要通過兩種方式使紡織品實(shí)現(xiàn)阻燃功能：第一種是將阻燃劑通過共混、共聚、接枝改性等方法加入成纖聚合物中，所紡制的纖維即阻燃纖維具有阻燃性：第二種是在紡織品后處理工序中利用阻燃劑進(jìn)行涂層加工。

目前，已發(fā)現(xiàn)研制的自身具備阻燃性能的阻燃纖維，主要有聚苯二甲酰苯二胺(PPTA)纖維、酚醛 (PHE)纖維、聚苯硫醚(PPS)纖維、聚苯并咪唑(PBI)纖維、聚對(duì)苯二甲酰草酸雙脒腙金屬螯合(PTO)纖維和聚醚酰亞胺(PEI)纖維等。通過共混、共聚、接枝改性等方法研制的阻燃纖維，主要有阻燃聚酯纖維(阻燃滌綸)、阻燃聚乙烯纖維(阻燃丙綸)、阻燃聚丙烯腈纖維(阻燃腈綸)、阻燃聚乙烯醇纖維(阻燃維綸)、阻燃聚酰胺纖維(阻燃錦綸)和阻燃黏膠纖維等[4]。

第一種方式中，常采用共混法，其次是共聚法，再次是接枝改性法。值得一提的是，雖然接枝改性法的制備成本高、所用設(shè)備復(fù)雜，但其獲得的阻燃效果最好。共混法是指在紡絲液或紡絲熔體中加入阻燃劑而紡制成阻燃纖維。此法可以生產(chǎn)的纖維品種多，加工過程也比較簡(jiǎn)單，因此應(yīng)用廣泛。共聚法是指將磷、鹵、硫等阻燃元素聚合在成纖高聚物分子鏈上，再紡制成阻燃纖維，其阻燃性能持久，但容易在高溫條件下發(fā)生分解[5]。接枝改性法采用高能電子束或引發(fā)劑，使阻燃單體與成纖高聚物發(fā)生接枝共聚反應(yīng)，得到的阻燃纖維阻燃性能優(yōu)異且持久。

第二種方式是在織物表面加入阻燃劑并使其黏結(jié)在纖維表面達(dá)到阻燃效果的。此法不影響織物原有性能，其加工過程較簡(jiǎn)單。這種方式獲得的阻燃效果因阻燃劑和纖維種類不同而存在差異。這種方式的加工方法主要有五種，分別是浸軋法、浸漬法、噴霧法、涂層法和有機(jī)溶劑法[6]。

1.4 環(huán)保性阻燃整理

對(duì)交通用紡織品進(jìn)行阻燃整理的同時(shí)需考慮其環(huán)保性。目前，國(guó)際上流行的環(huán)保性阻燃整理有普魯苯(Proban)阻燃整理和CP阻燃整理。

普魯苯阻燃整理所使用的阻燃劑是一種安全環(huán)保、無毒無味且完全符合Oeko-Tex Standard 100環(huán)保認(rèn)證要求的耐久性水溶性阻燃劑，其適用于棉及其混紡織物，能夠在織物內(nèi)部形成永久的交聯(lián)。經(jīng)過普魯苯阻燃整理的織物能在保持其原有性能的前提下具備阻燃性能，還具有遇火炭化、離火自熄、有效防止火焰蔓延的特點(diǎn)，主要用作防護(hù)服，在交通領(lǐng)域常用作飛機(jī)、船舶、火車等交通工具中使用的工作服、床單、坐墊罩和窗簾等對(duì)環(huán)保性要求較高的阻燃紡織品。

CP阻燃整理指采用CP阻燃劑對(duì)織物進(jìn)行整理，可賦予織物阻燃性能。經(jīng)過CP阻燃整理的織物，經(jīng)水洗及甲醛捕捉處理后，其甲醛含量可以達(dá)到目前最嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)要求，其性能甚至優(yōu)于普魯苯阻燃織物，并且織物中的甲醛含量永久一致，不足的是織物強(qiáng)力有所損失，而且價(jià)格昂貴，一般不在交通領(lǐng)域應(yīng)用[7]。

2 阻燃織物在交通領(lǐng)域的應(yīng)用

2.1 陸上交通

陸上交通用紡織品主要指火車和汽車上起裝飾性和功能性作用的紡織品。在當(dāng)今社會(huì)，汽車行業(yè)相當(dāng)發(fā)達(dá)，是交通領(lǐng)域用紡織品的主要市場(chǎng)?；疖嚻髽I(yè)一般為國(guó)家所有，其對(duì)所使用的紡織品的阻燃性能有一致的標(biāo)準(zhǔn)。汽車上使用的裝飾性紡織品包括座椅、靠墊、地毯、門飾、護(hù)壁和車頂篷布等，功能性紡織品有安全帶、輪胎線、傳送帶等。火車上使用的主要是車內(nèi)裝飾性紡織品，如座椅套、窗簾、地毯及臥鋪使用的床單、被褥等。

國(guó)家規(guī)定的汽車內(nèi)裝飾材料的燃燒性能合格標(biāo)準(zhǔn)：火焰蔓延速率不得大于100 mm/min，火焰能在1 min內(nèi)自行熄滅。裝飾性紡織品中，為了提高其阻燃性能，可采用涂層法在車頂篷布上涂一層阻燃劑，減少停靠車輛被外在因素(比如強(qiáng)烈的陽光)點(diǎn)燃或灼燒的風(fēng)險(xiǎn)，此法也適用于汽車套、汽車蓋布、貨車蓋布及火車篷蓋布等?；疖噧?nèi)的裝飾性紡織品，除了要具有較強(qiáng)的阻燃性能外，其防污性和耐磨性也必須達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)[8]。浸軋和浸漬法一般用于加工火車上的臥鋪被罩、床罩、床單和座椅套及車頂覆蓋織物，噴霧法一般用于汽車和火車上的地毯和其他花紋較復(fù)雜的織物。

2.2 海上交通

眾所周知，在茫茫大海中，一艘輪船若在航行過程中出現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)故障、電器短路或人為縱火，不及時(shí)處理，都會(huì)引起非常嚴(yán)重的火災(zāi)，在孤立無援的情況下，人財(cái)損失都相當(dāng)嚴(yán)重。因此，船舶用裝飾性紡織品除了滿足美學(xué)和舒適的基本要求外, 還必須符合嚴(yán)格的防火標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)地毯而言，要求其染色牢度高且耐久性好，還要求其能耐高溫、抗腐蝕。船帆和繩索等功能性較強(qiáng)的紡織品，對(duì)其不易降解、抗紫外線、抗拉伸、抗彎曲等性能的要求較高。

2.2.1 船帆

船帆通常要求織物質(zhì)量輕、耐久度高、防水和防霉變性能好且抗撕裂，其阻燃性能的要求也非常高。傳統(tǒng)上船帆一般采用棉、麻等天然纖維材料制成, 而現(xiàn)在已很少使用天然纖維材料, 多采用化學(xué)纖維材料, 如聚酯纖維(滌綸)、芳香族聚酰胺纖維(芳綸)、高強(qiáng)高模聚乙烯纖維、液晶紡絲纖維、聚酰胺纖維(錦綸)、碳纖維和聚酯薄膜等[9]。為了使船帆在保留傳統(tǒng)性能的同時(shí)具有更好的阻燃性能，建議使用芳綸、Vectran?液晶芳香族高性能聚酯纖維、PBO纖維和碳纖維。阻燃芳綸不僅具有優(yōu)良的阻燃性能, 而且其織物質(zhì)地輕薄，具有超高強(qiáng)度和彈性模量及耐酸耐堿、絕緣、抗靜電、抗老化等優(yōu)點(diǎn)，若在織物表面添加一層紫外線吸收劑可彌補(bǔ)其易吸濕而對(duì)紫外線較敏感的缺點(diǎn)，可以用于遠(yuǎn)航船帆。PBO纖維的斷裂比強(qiáng)度高、耐熱阻燃性好、彈性模量和伸長(zhǎng)率高、不易變形，適用于進(jìn)行海上巡航的船帆[10]。碳纖維具有超高水平的質(zhì)量比強(qiáng)度及阻燃、抗日曬、抗疲勞、無蠕變、耐腐蝕、導(dǎo)電導(dǎo)熱和電磁屏蔽等優(yōu)異性能，在高性能船帆中使用廣泛。

2.2.2 船舶內(nèi)飾

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，各種高性能復(fù)合纖維廣泛應(yīng)用于船舶內(nèi)飾紡織品。如PTT纖維，它不僅兼具滌綸、錦綸、腈綸的優(yōu)良特性，還有較好的防污性、染色性、伸長(zhǎng)性，其織物手感柔軟、干爽并富有彈性，經(jīng)過阻燃處理后是船艙內(nèi)的座椅和床單面料的優(yōu)良選擇。

2.3 空中交通

航空用紡織品的性能要求遠(yuǎn)高于陸上和海上交通用紡織品，對(duì)其阻燃性能的要求尤其苛刻。早在20世紀(jì)80年代, 國(guó)際上就規(guī)定了飛機(jī)上使用的高分子材料(如塑料、紡織品)必須采用阻燃材料，并且該規(guī)定取得了顯著的效果。根據(jù)美國(guó)國(guó)家運(yùn)輸安全委員會(huì)的數(shù)據(jù)，1962—1981年，美國(guó)飛機(jī)失事中有54%的乘客喪生,1982—2009年，這一數(shù)據(jù)下降了15%[11]。由此可見，阻燃織物在飛機(jī)安全系統(tǒng)中發(fā)揮著舉足輕重的作用。

2.3.1 飛機(jī)罩布

飛機(jī)罩布是保護(hù)飛機(jī)免受自然環(huán)境和周圍介質(zhì)的直接影響的紡織品。過去的飛機(jī)罩布多采用帆布或其他韌性較大的單一材料制造，座艙蓋布則采用含棉膠布制造?，F(xiàn)在的飛機(jī)蓋布多用經(jīng)過改性的錦綸制成。改性錦綸具有較好的吸水性、阻燃性、耐熱性、抗低溫性、耐磨性和抗靜電性，而且其力學(xué)強(qiáng)度堪比金屬材料，除了用于飛機(jī)蓋布和降落傘，還廣泛應(yīng)用于繩索、裝卸皮帶和汽車輪胎。另外，有些軍用飛機(jī)蓋布和機(jī)艙內(nèi)壁由碳纖維制成。

2.3.2 艙內(nèi)織物

飛機(jī)客艙內(nèi)的座椅面料對(duì)阻燃性能的要求較高，一般由高性能阻燃纖維制成，如PEI纖維。PEI纖維的最大優(yōu)勢(shì)是LOI值較大(纖維的LOI值越大，所制成的織物的阻燃效果越好[12])，達(dá)到了44%，其長(zhǎng)期使用溫度為160 ℃、強(qiáng)度為0.8 GPa。PEI纖維織物遇火時(shí)放出的熱量極低，燃燒時(shí)含煙濃度低且無毒氣釋放，并具有疏水性，耐破裂性優(yōu)良[13]。因此，PEI纖維適合用作飛機(jī)客艙內(nèi)的裝飾性紡織品，如座椅面料。

圖1所示為在國(guó)內(nèi)某飛機(jī)上發(fā)生的一起縱火未遂事件，飛機(jī)客艙內(nèi)座椅經(jīng)多次點(diǎn)燃而留下燃燒痕跡[11]。在該事件中，盡管嫌疑人屢次試圖點(diǎn)燃飛機(jī)客艙內(nèi)座椅面料，但由于座椅面料采用了阻燃材料，其火焰蔓延速率很小，燃燒速度緩慢，每次點(diǎn)燃后燃燒時(shí)間不超過10 s即自然熄滅，保證了機(jī)組人員和乘客的安全。

圖1 飛機(jī)客艙內(nèi)座椅經(jīng)多次點(diǎn)燃而留下燃燒痕跡

此外，飛機(jī)上使用的地毯可采用阻燃纖維和拒油拒水纖維混紡制成。這種織物具有優(yōu)良的防污性、耐久性、耐磨性和阻燃性，而且色牢度很高，也不易褪色。目前，普通客艙采用遮光板代替了傳統(tǒng)的紡織品窗簾，但部分特殊用途的公務(wù)艙仍使用紡織品窗簾，其可以采用聚酯纖維與少量玻璃絲混紡制成，不僅有較高的阻燃性能，還有較好的遮光和隔聲效果，可以很好地保護(hù)個(gè)人隱私。

3 結(jié)語

隨著科技的不斷發(fā)展，人們對(duì)交通領(lǐng)域使用的阻燃織物的要求越來越高，除了要求紡織品具備較高的阻燃性能外，還要求阻燃整理對(duì)環(huán)境沒有負(fù)面影響，并且經(jīng)濟(jì)效益可觀。為了達(dá)到環(huán)保要求，相關(guān)紡織企業(yè)通常使用環(huán)保阻燃劑對(duì)紡織品進(jìn)行阻燃處理(如普魯苯)；也可以采用阻燃纖維紗與導(dǎo)電纖維紗交織，制成防摩擦起電的絕緣阻燃織物，用于交通工具內(nèi)部裝飾。這種方法既環(huán)保，又可避免在干燥空氣條件下駕乘人員與內(nèi)飾紡織品接觸時(shí)產(chǎn)生靜電，減少起火因素。從經(jīng)濟(jì)因素考慮，汽車、火車、船舶、飛機(jī)等交通工具上的座椅面料，可以采用成本較低的棉或黏膠纖維與阻燃纖維混紡織造，也可以使用空氣變形紗織造。例如阻燃滌綸空氣變形絲，不僅可以制作交通工具內(nèi)的裝飾性紡織品，還可以廣泛用于交通工具的遮蓋布[14]。阻燃織物兼具舒適性和阻燃性，同時(shí)其織造成本也有所下降，這有利于擴(kuò)大其在國(guó)內(nèi)外交通領(lǐng)域的應(yīng)用。