校園建筑內環境阻燃環保墻布的開發*

(1. 廣西科技大學生物與化學工程學院,柳州,545006;2. 紹興文理學院元培學院,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頻發區，國內外有不少火災案例，如2000年吉林省松原市扶余縣萬發鄉中學磚瓦結構學生宿舍發生火災，4名初中生喪生，11名被燒成重傷；2001年英國倫敦市立大學發生嚴重火災，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校發生火災，8名學生死亡，25人受傷；2002年云南省昆明市尋甸縣羊街鎮三元莊村小學發生火災，8名男生被燒死； 2003年武漢大學測繪校區一男生宿舍突發大火，燒毀22間寢室[1]。

據統計，校園建筑環境中木質材料、易燃紡織品成為火災最主要原因[2]。許多國家都規定了公共場所阻燃標準和法規[3-4]，國外較早對阻燃織物和相關產品進行開發及研究，在20世紀70年代發達國家就制定了阻燃法規，近年來相關要求越來越高，制定的制度也越來越規范。中國近10年也著手開展對阻燃紡織品的研究及開發工作，已取得了較大進展[5-6]。

由于我國的教育投入，特別是對落后地區的投入相對不足，故對校園建筑進行低成本阻燃保護，對于校園安全具有重要意義。同時相對其他建筑阻燃產品，校園內墻對阻燃要求的級別更為嚴苛。本文采用多層面料復合工藝，開發一款新型阻燃墻布，希望能減少目前頻發的校園火災事故，保障師生在校園中工作、學習、生活環境的安全。

1 墻布的設計

1.1 設計原則

校園建筑用墻布除了要求其美觀外，對其阻燃性能和環保要求極高，因此選用的墻布基材需要具備較好的阻燃性能和環保效果。由于目前許多學校無足夠的資金采購高品質阻燃墻布，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格相對較低的非織造布和滌綸吸光布復合工藝。同時為保證室內環境安靜，可利用墻布達到一定的隔聲效果，我們選擇了多孔狀的阻燃丙綸非織造布，利用其多孔介質，達到一定的隔聲效果。

1.2 預期目標

依據校園內建筑墻布的設計要求，我們研制的墻布預期達到的性能如表1所示。

2 墻布的制作

2.1 材料和設備

材料：聚丙烯切片，阻燃母粒，阻燃滌綸吸光機織布(經絲和緯絲都為11.11tex滌綸FDY，經密為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

試驗設備：SG-45/28型熔噴機，超聲波復合機，ZH92lYB-18型熱定型機，XFH型小和毛機，羅拉式梳理機，MD型中速預刺針刺機。

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螺桿擠壓機熔融，通過計量泵精確計量熔融液體量，并送入噴絲孔，在高壓、高速熱氣流作用下，對噴絲孔擠出的聚合物熔體細流進行多倍牽伸，形成丙綸超細纖維，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。主要生產工藝流程如下：

(1)原料準備(干燥)：使用聚丙烯熔噴切片原料，對切片進行干燥預結晶。干燥采用80～100 ℃的熱氣進行烘料處理,并加入質量分數為6%的阻燃母粒，達到阻燃效果。

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

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

(4)過濾：用多層細目耐高溫金屬篩網，濾去熔融液中的雜質及聚合反應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、孔流區、膨化區，聚丙烯熔體形成超細纖維通過入口區和孔流區。

(6)形成纖維：采用側吹風系統，在細流兩側噴入高速熱氣流，將黏流狀態的聚丙烯熔體進行多倍拉細；同時兩側的常溫空氣摻入熱氣流中，將熔體細流冷卻、固化，形成丙綸超細纖維。

(7)熔噴成網：經牽伸、冷卻、固化的超細纖維再經牽伸氣流牽引，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值調整為10 cm左右。

(8)收集卷取：將成網后的熔噴布收集在滾筒上，然后由卷繞機構卷取成卷以備裁切，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：纖維網的加工工藝為，開松4次，梳理2次，羅拉梳理，交叉鋪網。

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

2.2.3 后加工

(1)超聲波復合:復合工藝為面料數碼印花針刺滌綸布，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，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，單價為5元/m2；滌綸針刺布成本為6元/m2；阻燃滌綸吸光機織布為3元/m2；合計原料成本為14元/m2，超聲波復合工藝為0.5元/m2，合計總成本為14.5元/m2，符合中低端墻布市場的需求。

3 墻布的性能測試與分析

3.1 測試方法

3.1.1 織物阻燃性能

依據ISO 6941—2004《紡織物 燃燒性能 垂直定向試品火焰蔓延性的測定》，測試織物的阻燃性能。

3.1.2 織物懸垂性能

依據ISO 9073-9—2008 《紡織品 非織造布試驗方法 第9部分：懸垂性(含懸垂系數)的測定》，測試織物的懸垂性能。

3.1.3 織物力學性能

依據FZ/T 60005—1991《非織造布斷裂強力及斷裂伸長的測定》，測試織物的抗拉伸性能。

3.1.4 織物色牢度

依據GB/T 14575—2009 《紡織品 色牢度試驗 綜合色牢度》，分別測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GB 18401—2001 《紡織品甲醛含量的限定》，測試織物的殘留甲醛含量。

3.1.6 織物可分解芳香胺

依據GB/T 17592—2011 《紡織品 禁用偶氮染料的測定》，測試織物中23種對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/微波信號源為聲源，用HP8757D型射頻/微波網絡分析儀測試織物的吸聲性能。用聲波反射率來評價織物的吸聲性能，織物反射率小，對聲波的吸收性能好。對吸波材料的反射率測試需要在無回波的暗室中進行，如在微波暗室內采用錐形吸波材料以防止回波干擾，這種方法可代替外場的試驗內容，而且在較大程度上彌補和完善了外場試驗的不足。

3.2 試驗結果與分析

對織物的各項性能進行測試，結果見表2。

表2 織物的性能指標

由表2可知：織物的續燃時間和陰燃時間均為0 s，阻燃性能特好，達到美國CPSC(消費品安全委員會)對織物阻燃的最高要求；織物的懸垂系數為74%，在傳統裝飾面料懸垂系數(40%～80%)的范圍內，并且表現出較好的平整度；織物的經緯向斷裂強力均超過670 N，滿足常規裝飾面料斷裂強力≥400 N的要求；織物的耐水洗色牢度達到4～5級，水洗對織物外觀色澤性能影響較小；織物的耐日曬色牢度雖然僅為3～4級，但對室內產品而言，基本符合使用要求；在生產中未添加甲醛和可分解芳香胺染料，產品無異味，對人體無害；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，可保證室內環境安靜，避免噪聲污染。

4 結語

我們采用超聲波復合工藝研制了一款高阻燃性墻布。各項性能測試結果表明，該織物阻燃級別高，力學性能好，耐日曬及水洗，不含對人體有害的物質，同時具備較好的吸聲效果。墻布成本為14.5元/m2，性價比極高，非常適合校園建筑內環境的改造要求。

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

[2] 彭治漢．材料阻燃新技術新品種[M]．北京：化學工業出版社,2004:240-260．

[3] 晏雄．產業用紡織品[M]．上海：東華大學出版社,2003:245-246．

[4] 王培政．阻燃黏膠纖維性能研究[D]．青島：青島大學,2005.

[5] 李新蓮,溫月芳,賀福．影響黏膠基碳纖維收率和性能的因素研究[J]．高科技纖維與應用,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展前景[J]．紡織科學研究，2001(2):16-18.