張亞楠 北京潔爾爽高科技有限公司技術(shù)中心主任 高級(jí)工程師
孫麗華 天津鑫利達(dá)針棉紡織品有限公司 總工程師
摘要：本文根據(jù)滌綸面料滲透性差、易燃的特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)大量試驗(yàn)摸索出滌綸面料的加工工藝，并對(duì)阻燃的機(jī)理、阻燃測(cè)試方法及相關(guān)阻燃標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了闡述。
一.前言
近年來(lái)，在我國(guó)平均每年發(fā)生的火災(zāi)次數(shù)為3至4萬(wàn)起，死亡人數(shù)2至3千人，火災(zāi)損失折合人民幣2至3億元，而且有上升趨勢(shì)。據(jù)美、英、日等國(guó)對(duì)火災(zāi)起因的調(diào)查，由紡織品引起的火災(zāi)占火災(zāi)總數(shù)的一半。所以防止由紡織品引起的火災(zāi)問(wèn)題引起世界各國(guó)人們的重視。
隨著各類民用和產(chǎn)業(yè)用紡織品的消費(fèi)量迅速增加，特別是各種室內(nèi)裝飾、艙內(nèi)裝飾織物和床上用品的需求量日益增加，由紡織品引起的火災(zāi)也不斷增加。本世紀(jì)60年代日本、歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)紡織品的阻燃整理提出了要求，并制定了各類紡織品的阻燃標(biāo)準(zhǔn)，我國(guó)也制定了相應(yīng)的阻燃標(biāo)準(zhǔn)、明確提出了阻燃制品的測(cè)試方法和技術(shù)指標(biāo)，對(duì)紡織阻燃的質(zhì)量控制提供了保證。在應(yīng)用方面，從紡織品的種類和適用場(chǎng)所限制非阻燃織物。
由于滌綸織物來(lái)自合成材料的特性，所以具有非常易燃的特點(diǎn)，因而滌綸阻燃紡織品的開(kāi)發(fā)顯得極為重要的。另外由于滌綸阻燃纖維在紡絲過(guò)程中受到阻燃材料添加量的限制，所以很難達(dá)到理想的阻燃效果。根據(jù)滌綸纖維的特點(diǎn)，我們采用北京潔爾爽高科技有限公司的滌綸阻燃劑ATP通過(guò)浸軋法在高溫定型過(guò)程中，使阻燃材料的小分子嵌入滌綸的大分子之中，形成良好的鍵合，既表現(xiàn)出良好的阻燃效果，又有出色的耐洗性。
二、滌綸纖維的阻燃機(jī)理
滌綸纖維的種類很多，其結(jié)構(gòu)也不盡相同，因此，其燃燒情況也各異。紡織品的燃燒也和其他物質(zhì)一樣，必須具備三個(gè)條件：熱、空氣和可燃物。紡織品的燃燒，都是由外來(lái)熱源引起的，當(dāng)熱源的溫度達(dá)到一定的高度時(shí)，使其分解或裂解產(chǎn)生可燃性氣體，與空氣中的氧氣混合而使其著火。其間，在氣相、液相和固相中發(fā)生的物理的和化學(xué)的反應(yīng)十分復(fù)雜，同時(shí)受到種種因素的影響，所以，至今仍難對(duì)它進(jìn)行定量分析。對(duì)紡織品燃燒的定性說(shuō)明也還不很完善。
紡織品燃燒的過(guò)程包括加熱、熔融、裂解和分解、氧化和著火等步驟。在各個(gè)步驟進(jìn)行的速度還受到許多因素的影響。紡織品加熱后，首先是水分蒸發(fā)、軟化和熔融這樣的物理變化，繼之才是裂解和分解等化學(xué)變化。物理變化與紡織纖維的比熱、熱導(dǎo)率、熔融熱和蒸發(fā)潛熱等有關(guān)；化學(xué)變化又決定于纖維的分解和裂解溫度、分解潛熱的大小。另外，紡織品的種類、組織結(jié)構(gòu)、表面形態(tài)等對(duì)其燃燒也是有影響的。
1 . 滌綸纖維的熱裂解
纖維的熱裂解在紡織品的燃燒過(guò)程中是一個(gè)至關(guān)重要的步驟，它決定裂解產(chǎn)物的組成和比例，對(duì)能否續(xù)燃關(guān)系極大。了解紡織品的熱裂解及熱裂解的產(chǎn)物，可以幫助我們研制阻燃劑和制定紡織品的阻燃整理工藝。通過(guò)阻燃整理使這些易燃物質(zhì)減少或?qū)⑵浞忾]，以達(dá)到阻燃的目的。
滌綸纖維是應(yīng)用較廣的合成纖維之一，它的燃燒與其他合成高分子材料一樣，和高溫?zé)嵩唇佑|，吸收熱量后發(fā)生熱裂解反應(yīng)，熱裂解反應(yīng)生成易燃?xì)怏w，易燃?xì)怏w在空氣（氧）存在的條件下，發(fā)生燃燒，燃燒產(chǎn)生的熱量被纖維吸收后，又促進(jìn)了纖維繼續(xù)熱裂解和進(jìn)一步燃燒，形成一個(gè)循環(huán)。合成纖維持續(xù)燃燒，必需具備下列條件：①高聚物分解，能產(chǎn)生可燃?xì)怏w：②燃燒產(chǎn)生的熱量，足以加熱高聚物，使之連續(xù)不斷地產(chǎn)生可燃?xì)怏w；③產(chǎn)生的可燃?xì)怏w能與氧氣混合，并擴(kuò)散到已點(diǎn)燃的部分；④燃燒部分蔓延到可燃?xì)怏w與氧氣的混合區(qū)域中。針對(duì)這四個(gè)條件，人們提出了阻燃的基本原理：減少(或者基本沒(méi)有)熱分解氣體的生成，阻礙氣相燃燒的基本反應(yīng)，吸收燃燒區(qū)域的熱量，稀釋和隔離空氣。
2．滌綸纖維阻燃機(jī)理
材料的阻燃性，常通過(guò)氣相阻燃、凝聚相阻燃及中斷熱交換阻燃等機(jī)理實(shí)現(xiàn)。抑制促進(jìn)燃燒反應(yīng)鏈增長(zhǎng)的自由基而發(fā)揮阻燃功能的屬氣相阻燃；在固相中延緩或阻止高聚物熱分解起阻燃作用的屬凝聚相阻燃；將聚合物燃燒產(chǎn)生的部分熱量帶走而導(dǎo)致的阻燃，則屬于中斷熱交換機(jī)理類的阻燃。但燃燒和阻燃都是十分復(fù)雜的過(guò)程，涉及很多影響和因素，將一種阻燃體系的阻燃機(jī)理嚴(yán)格劃分為某一種是很難的，實(shí)際上很多阻燃體系同時(shí)以幾種阻燃機(jī)理起作用。
滌綸纖維織物的阻燃整理改性方法工藝簡(jiǎn)單、成本低,從流通的多樣性及對(duì)阻燃要求程度多方面的適應(yīng)性來(lái)看,較原絲改性方法有利。但阻燃劑如果用量多,則對(duì)織物的手感和色澤影響較大。聚酯纖維織物阻燃整理的方法大致有以下三類:
1)將阻燃劑設(shè)計(jì)成象分散染料那樣的吸附型結(jié)構(gòu),采用整理—染色一浴法工藝。如阻燃劑JLSUN®ATF.
2)用熱溶法將與聚酯纖維親和性很大的阻燃劑固著在纖維上。適合于這種方法的阻燃劑品種不多,對(duì)手感影響小，耐洗牢度好。如阻燃劑JLSUN®ATP.
3）溶出型阻燃劑使用方便，阻燃效果良好，適用于天然及化學(xué)纖維織物和紙張的不耐洗滌阻燃整理，還適用于賓館、汽車等使用的內(nèi)裝飾材料的阻燃整理。
三 .阻燃整理工藝
阻燃織物可以由阻燃纖維直接織造而成，由于該法是通過(guò)在合成纖維熔融紡絲過(guò)程中添加阻燃材料制成阻燃纖維，所以它要受到阻燃材料的種類、物理特性和添加量的影響，否則會(huì)直接影響到纖維阻燃的效果和纖維紡絲過(guò)程的實(shí)施。由于受阻燃材料添加量的限制（一般添加量為3-%），所以此種阻燃纖維一般不會(huì)達(dá)到理想的阻燃效果，因此此法用的很少。一般的阻燃加工過(guò)程是采用織物阻燃后整理的方法。根據(jù)阻燃劑的特性和滌綸織物的品種以及織物的用途，采用不同的整理方法。
1．非耐久性阻燃整理
滌綸織物的非耐久阻燃整理與棉織物相似，也是用一定濃度的硼砂-硼酸、聚磷酸銨等的溶液進(jìn)行整理，整理后的織物通過(guò)調(diào)節(jié)增重一般都能達(dá)到所要求的阻燃效果。較難處理的是薄型滌綸織物，通常在相同的增重下，單位面積質(zhì)量越大的織物，阻燃效果越好，因此稀薄織物往往需要較高的增重率。而薄織物對(duì)阻燃劑的吸附不能象厚織物一樣充分，阻燃劑易于在織物表面形成白霜，產(chǎn)生阻燃劑滲出的現(xiàn)象，影響外觀和手感。所以，薄型滌綸織物的阻燃整理要兼顧織物的阻燃性能和整理效果。典型產(chǎn)品有北京潔爾爽高科技有限公司的SCJ-968等。
阻燃劑SCJ-968使用方便，阻燃效果良好，適用于天然及化學(xué)纖維織物和紙張的阻燃整理，還適用于賓館、汽車等使用的內(nèi)裝飾材料的阻燃整理。SCJ-968外觀為無(wú)色透明液體，含固量大于20%，能與水互溶，PH值=7-8。特別適用于棉織物的非耐久阻燃整理。
工藝流程為：
（1）噴撒處理：SCJ-968 50-80%直接噴灑到窗簾、壁紙、沙發(fā)、地毯等裝飾織物和吸收性材料上，涼干后即可獲得良好的阻燃效果。
（2）浸軋法：（SCJ-968 50-80%）→烘干→ 定型拉幅。此法可以和其它整理同浴完成，如柔軟整理等。
2 .耐久阻燃整理工藝
使用北京潔爾爽高科技有限公司的JLSUN® ATP可以達(dá)到國(guó)家阻燃標(biāo)準(zhǔn)B2級(jí)指標(biāo)，可以耐洗30次以上。
（1）前處理過(guò)程：
在阻燃整理前最好做堿減量處理，以改變滌綸纖維吸水性差，帶液低的弱點(diǎn)，有效去除織物表面的雜質(zhì)，防止其他助劑存在，提高阻燃整理效果。
工藝配方： NaOH 20-30g/l
陰離子滲透劑 0.2 –0.5g/l
處理溫度與時(shí)間：95-100℃ 20-60 分鐘
處理過(guò)的織物充分水洗，去除殘堿后烘干
（2） 阻燃整理過(guò)程：
阻燃劑ATP的使用量隨織物的厚度不同而作相應(yīng)的調(diào)整。
A 處方： ATP阻燃劑 90-180g/l
5-10% NaOH 調(diào)pH 值至 6-6.5
工藝配方也可以加入交聯(lián)劑、防泳移劑、柔軟劑，以進(jìn)一步提高效果，但要求進(jìn)行配伍性實(shí)驗(yàn)。
B 化料操作：
先加入少量軟水，再加入所需的ATP，充分溶解。用5-10% NaOH溶液滴加至溶液的pH 值至 6-6.5，加入80%水，再加入其他助劑后攪拌，并用水稀釋至規(guī)定刻度。配制好的工作液應(yīng)盡快使用。
C．工藝流程： 二浸二軋（軋液率 50-70%）→烘干（100℃/1-2min）→焙烘（185-195℃/1.5-2min）→水洗→烘干
注意事項(xiàng)：
上述工藝配方和工藝過(guò)程根據(jù)具體加工條件作適當(dāng)調(diào)整。
(a)加入其他助劑應(yīng)進(jìn)行必要的小試試驗(yàn)
(b)焙烘溫度必須嚴(yán)格控制，否則影響耐洗性和阻燃效果
(c)對(duì)一些特殊的染料，生產(chǎn)前應(yīng)做色光變化小試。
四． 阻燃紡織品的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)
目前國(guó)際上阻燃紡織品的標(biāo)準(zhǔn)很多，如英國(guó)BS、德國(guó)DIN、加拿大GCSB、美國(guó)FS、瑞士SNV、日本JIS、法國(guó)ANF、瑞典SIS、中國(guó)GB以及國(guó)際標(biāo)淮ISO等。某些國(guó)家的地區(qū)和組織，如美國(guó)的紐約、波士頓、加利福尼亞等大城市或州，以及商務(wù)部(DOCFF)、運(yùn)輸部(DOT)和軍事機(jī)構(gòu)等；各團(tuán)體、學(xué)會(huì)或協(xié)會(huì)，如國(guó)家防火協(xié)會(huì)(NFPA)、紡織化學(xué)家和染色家協(xié)會(huì)(AATCC)、材料試驗(yàn)學(xué)會(huì)(ASTM)等，均有一套自己的標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)試方法。不同類別的紡織品專門的品種或成品，就有不同的測(cè)試方法。
1、我國(guó)常用的阻燃紡織品標(biāo)準(zhǔn)
(1) GB17591《阻燃機(jī)織物》
該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了阻燃機(jī)織物的產(chǎn)品分類、技術(shù)要求、試驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則及包裝和標(biāo)志。標(biāo)準(zhǔn)將阻燃機(jī)織物的阻燃性能分為2個(gè)級(jí)別：1）B1級(jí)：損毀長(zhǎng)度≤150MM，續(xù)燃時(shí)間≤5S，陰燃時(shí)間≤5S；2）B2級(jí)：損毀長(zhǎng)度≤200MM，續(xù)燃時(shí)間≤15S，陰燃時(shí)間≤10S。阻燃性能的測(cè)試方法按照GB/T5455。根據(jù)產(chǎn)品用途或由供需雙方協(xié)商確定考核級(jí)別，一般B1級(jí)適用于服用和特殊需要的裝飾用布，B2級(jí)適用于各種裝飾布。
(2)GB8965《阻燃防護(hù)服》
該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了阻燃防護(hù)服的技術(shù)要求、試驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)程、標(biāo)志、包裝、運(yùn)輸和儲(chǔ)存，只適用于勞動(dòng)者從事有明火、散發(fā)火花、在熔融金屬附近操作和在易燃物質(zhì)并有發(fā)火危險(xiǎn)的場(chǎng)所穿用的阻燃服。其衣料的阻燃性能應(yīng)根據(jù)GB/T5455進(jìn)行測(cè)試，并達(dá)到GB17591中所規(guī)定的B1級(jí)要求。
(3)GB50222《建筑內(nèi)部裝修設(shè)計(jì)防火規(guī)范》
該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)家庭內(nèi)裝飾織物（如窗簾、帷幕、床罩、家具包布等）的阻燃要求以及測(cè)試方法都做了相關(guān)規(guī)定。根據(jù)GB/T5455垂直法進(jìn)行測(cè)試，地下民用建筑中的裝飾織物都必須達(dá)到B1級(jí)要求，高層民用建筑中的裝飾織物都必須達(dá)到B1級(jí)要求，高層民用建筑中的住宅和旅館的床罩都要達(dá)到B1級(jí)要求，而窗簾、帷幕和家具包布根據(jù)建筑物和場(chǎng)所的不同也要達(dá)到B1級(jí)或B2級(jí)要求。
2. 阻燃織物常用的測(cè)試方法
(1) 限氧指數(shù)(LOI)法
限氧指數(shù)法是指織物在氧氣和氮?dú)饣旌蠚怏w中發(fā)生燃燒時(shí),維持織物燭狀燃燒所需要的最低氧氣濃度,限氧指數(shù)越大,說(shuō)明產(chǎn)品的阻燃效果越好,反之則阻燃效果越差或不阻燃。限氧指數(shù)法雖具有靈敏度高的優(yōu)點(diǎn),但對(duì)試驗(yàn)條件以及操作人員的要求較高,而且試驗(yàn)中的氧濃度與織物實(shí)際使用條件相差較大,因此限氧指數(shù)法非常適合作為科研中的測(cè)試手段,而不常在產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)用。
(2) 垂直燃燒法
垂直燃燒法是指利用特定點(diǎn)火源(火焰高度40mm±2mm),在離織物底邊20mm中心處對(duì)固定在U型夾中的垂直織物進(jìn)行燃燒,在規(guī)定的燃燒時(shí)間內(nèi),通過(guò)考核織物的燃燒狀態(tài)、續(xù)燃時(shí)間陰燃時(shí)間、損毀長(zhǎng)度等指標(biāo)來(lái)測(cè)試織物阻燃性能的一種方法。我國(guó)及大部分國(guó)家對(duì)紡織品阻燃效果測(cè)試采用垂直燃燒法居多,日本用于測(cè)試服裝類紡織品的阻燃性能,美國(guó)、英國(guó)和德國(guó)則用于測(cè)試兒童內(nèi)衣、防護(hù)服、裝飾布的阻燃性能。在國(guó)內(nèi)外垂直燃燒法是最為完善的阻燃性能測(cè)試方法之一,大部分標(biāo)準(zhǔn)已在各行各業(yè)中起到了規(guī)范指導(dǎo)的作用,如我國(guó)的GB8965 98《阻燃防護(hù)服》GB17591 1996《阻燃機(jī)織物》、GB50222 95《建筑內(nèi)部裝飾設(shè)計(jì)防火規(guī)范》、HB5470 96《民用飛機(jī)艙內(nèi)非金屬材料燃燒性能要求》、GB8410-87《汽車內(nèi)裝飾材料》,日本的JISD1201 FMVSS302《汽車裝飾織物》、TCL1008 69《飛機(jī)裝飾織物》,美國(guó)的NFPA701《窗簾阻燃性能》等。
(3) 45°斜面燃燒法
在規(guī)定條件下,試樣斜放呈45°,對(duì)試樣點(diǎn)火,時(shí)間1s, 將試樣有焰向上燃燒一定距離所需的時(shí)間作為評(píng)估織物燃燒劇烈程度的方法,通過(guò)測(cè)得的續(xù)燃和陰燃時(shí)間、損毀面積和損毀長(zhǎng)度來(lái)衡量織物阻燃效果。
(4) 平面燃燒法
在規(guī)定條件下,對(duì)水平方向的織物試樣點(diǎn)火,時(shí)間15s,測(cè)定火焰在試樣上的蔓延距離和蔓延該距離所用的時(shí)間,通過(guò)測(cè)量得到的火焰蔓延時(shí)間及火焰蔓延速率來(lái)衡量織物的阻燃效果。
阻燃性能的測(cè)試在阻燃整理研究中是非常重要的環(huán)節(jié)。常用的織物阻燃測(cè)試方法有兩種:垂直燃燒法和氧指數(shù)法。在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB5455-85中對(duì)垂直燃燒法有詳盡的定義和規(guī)范。一般來(lái)說(shuō),氧指數(shù)法比較適合相同材料、相同織物結(jié)構(gòu)的試樣阻燃性的橫向?qū)Ρ取为?dú)憑借限氧指數(shù)值(LOI)的高低,不足以說(shuō)明該樣品阻燃性的好壞;而垂直燃燒法所測(cè)得的損毀炭長(zhǎng),則可以客觀地描述織物阻燃性。但與垂直燃燒法相比,氧指數(shù)法測(cè)得數(shù)據(jù)準(zhǔn)確,重現(xiàn)性好。因此,氧指數(shù)法更適合用于工藝過(guò)程實(shí)驗(yàn)使用;垂直燃燒法則可以評(píng)價(jià)織物的最終阻燃性能。
五、結(jié)語(yǔ)
結(jié)合紡織品阻燃要求，開(kāi)發(fā)阻燃、性能優(yōu)異的阻燃制品，加強(qiáng)消防安全監(jiān)督管理，可從根本上預(yù)防紡織品的火災(zāi)威脅，給人民生命財(cái)產(chǎn)提供安全保證。
紡織品對(duì)阻燃功能的迫切要求使許多國(guó)家制訂了相應(yīng)的紡織品阻燃標(biāo)準(zhǔn)及測(cè)試方法;有些國(guó)家還將紡織品燃燒性能標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合有關(guān)法律強(qiáng)制執(zhí)行。在這種背景下,各國(guó)的工業(yè)部門和研究部門競(jìng)相進(jìn)行紡織品阻燃研究,并在國(guó)際市場(chǎng)上形成劇烈競(jìng)爭(zhēng),從而推動(dòng)了阻燃整理的發(fā)展。目前,阻燃整理已經(jīng)成為紡織科學(xué)的重要組成部分,也是印染后整理中的一個(gè)突出課題。織物的阻燃技術(shù)也將隨著新材料的開(kāi)發(fā),化工技術(shù)和紡織技術(shù)的不斷進(jìn)步而逐漸完善,真正成為人類生命和財(cái)產(chǎn)的忠誠(chéng)“衛(wèi)士”。
參考文獻(xiàn)
1.章新農(nóng).邵行洲.印染.1988.14（5）：69-75
2．.朱平等，印染，2000，（11）：9-12
3. 肖維為．合成纖維，1986，(1)：43
4. 沈宗偉，等．合成纖維，1987，(3)：29
5. 肖維為．合成纖維，1986，(2)：51
6. 朱平 隋淑英 安平林 王炳 孫鎧 我國(guó)紡織品阻燃整理技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)
7、《新型染整助劑手冊(cè)》商成杰主編 2002.10 中國(guó)紡織出版社出版發(fā)行
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