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，國內地毯行業(yè)的生產得到了迅猛的發(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、火車用產業(yè)地毯也同時隨著世界經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業(yè)地毯中的高端產品，因其具有很高的技術含量及使用要求，使大多數地毯生產企業(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 產品類型的設計

現有眾多地毯品種中，以簇絨地毯與機織地毯為主。簇絨地毯結構不穩(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，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，為全開絨產品，容易落毛，且產品絨高高，底背厚，經、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，結構有多種編織方式，其中的圈絨結構，不易形成落毛、掉絨等問題，且能生產2.5～5 mm的低絨高產品，絨紗及經緯紗單耗量低，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構、絨紗細度等方法進行控制。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構中含有天然的阻燃基團，而使其成為所有纖維材料中阻燃性能最好的材料。羊毛指標見表1。

表1 羊毛指標

(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)紗線工藝參數設計：紗線細度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細紗機→絡筒→并線→合股加捻→搖紗。

(3)紗線質量指標見表2。

表2 紗線指標

(4)控制要點：

前紡：嚴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，防止出現松緊紗、弓紗、多股、缺股等紗疵。

2.2 經紗

選用100%滌綸阻燃經線，細度為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，該類型染料性質穩(wěn)定，色牢度優(yōu)良，能確保紗線色牢度達到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

按染線升溫曲線標準來確定選用曲線，當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公司生產的單面威爾頓織機進行生產。

4.1 織造工藝流程

4.2 織造工藝參數及技術要點

上機經密316根/m，緯密620根/m，幅寬4.04 m；下機經密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，經紗重量252 g/m2，緯紗重量205 g/m2。

技術要點：使用進口2.5 mm起絨桿替代原3～4 mm起絨桿，適當調整絨紗張力，使絨高達到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，同時達到阻燃要求。

5.2 膠液配方的研制

5.2.1粉煤灰的研究應用

從20世紀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。隨著應用領域的不斷拓展，應用技術也不斷更新，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，一方面減輕飛機負荷達到節(jié)省能源的目的，另一方面解決電力生產環(huán)境污染，變廢為寶。

(2)粉煤灰的技術指標：使用精選GradeⅠ級標準，要求：細度≤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

經反復試驗，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

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，充分攪拌；再加入碳黑，充分攪拌約2 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。

預濕：地毯進入膠輥之前，打開預濕蒸汽，適當控制蒸汽量不易，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

各項性能指標均能滿足中國民用航空局發(fā)布的航空地毯MH/T6060-2010標準要求，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準要求，指標見表4。

表4 可燃性指標

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行試驗，地毯煙密度和毒性氣體的釋放指標見表5。

表5 煙密度和毒性氣體的釋放指標

7 結論

7.1原料采用優(yōu)質純新西蘭羊毛，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調整，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50萬平方米的生產能力，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。 根據相關資料估算，飛機每飛行1 h，其負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，則全年飛行次數為922066次，若每平方米地毯重量減輕172 g，每架飛機鋪設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、火車等其他產業(yè)地毯，經濟效益將非?？陀^。

7.4按公司目前的生產能力，每年消耗粉煤灰近35 t，變廢為寶，減輕電力生產對環(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，能夠有效保護生態(tài)環(huán)境，節(jié)約對礦物資源能源的開發(fā)利用，達到節(jié)能環(huán)保的目的。

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