交通領域用紡織品阻燃綜述*

張曉會 李艷艷 許慧玲 馬丕波 繆旭紅

江南大學教育部針織技術工程研究中心，江蘇 無錫 214122

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交通領域用紡織品阻燃綜述*

張曉會 李艷艷 許慧玲 馬丕波 繆旭紅

江南大學教育部針織技術工程研究中心，江蘇 無錫 214122

介紹交通領域用紡織品的組成和性能要求，綜述交通領域用阻燃紡織品的制備、性能測試及評價標準，并結合交通領域用紡織品的生產現狀探討其發展方向。

交通領域， 阻燃紡織品， 性能測試， 發展趨勢

隨著社會經濟的日益發展，交通運輸行業逐漸繁榮，人們開始對交通領域用紡織品提出更為嚴格的性能要求，除了在色彩及風格上要求與交通工具協調外，還對其阻燃性、耐磨性和色牢度等性能提出了更高的要求。據統計，我國每年各類汽車的產量約250萬輛，所需紡織品的數量與火車所需量相當，約為4 500萬m2，而飛機和輪船用量約為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，用于交通工具內部的地毯、頂篷、坐椅、安全帶等眾多部件。相對于傳統的金屬和棉麻來說，聚合物材料紡織品燃燒時熱值高、火焰傳播快且不易熄滅，在行駛過程中，發動機故障、電器短路、交通事故等各種原因都極易引起重大火災，造成財產損失和人員傷亡。交通領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，還能大大減小火災發生的概率，避免經濟損失和人員傷亡。因此，對交通領域用紡織品阻燃進行研究非常重要。

1 交通領域用紡織品的組成

交通領域用紡織品是指在火車、汽車、飛機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方面進行分類。

1.1 按交通工具分

汽車用紡織品占交通領域用紡織品的比例較大，汽車業為其主要消費市場[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、傳動帶、剎車片等。

火車用紡織品主要為車內裝飾材料(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到一定標準。

飛機用紡織品主要包括內飾材料、坐椅面料、地毯和安全帶等。飛機用紡織品對性能的要求遠高于一般交通工具，對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，還必須滿足嚴格的防火標準，地毯的染色必須滿足高級別的牢度耐久性。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用于汽車坐椅面套、設備的管狀防護面料等。而經編間隔織物由于其結構穩定，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廣泛采用。

機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構緊密、手感硬挺，耐磨性好，但透氣性不如針織物。由于尺寸穩定、表面平整，機織物的染色印花圖案相對于針織物來說更為精細。機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絲隨機或定向排列形成纖網再加固而成。其具有較高的耐久性、柔軟性、過濾性、彈性和吸濕性，且質量輕、成本低，被廣泛應用于車內坐墊、車門內襯、地毯、防震氈、隔熱氈和過濾芯等特殊部位。

2 交通領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對交通領域用紡織品提出的性能要求。GB 8410—2006標準中規定了汽車內裝飾材料燃燒特性的合格標志為，不燃燒或可以燃燒但燃燒速度不大于100 mm/min、火焰在60 s內自行熄滅且燃燒長度不大于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，從而為受災中的人員和財產提供更多的轉移時間。

2.2 色牢度

對交通領域用紡織品的色牢度要求，包括耐日曬、耐汗漬水漬和耐摩擦三個方面。如汽車坐椅面料由于車前擋風玻璃的傾斜而長期暴露在陽光下，因此要求具備良好的耐日曬色牢度；在火車或汽車中，駕乘人員與坐椅長時間接觸, 坐椅面料易受到汗漬水漬侵蝕，故應具有較高的耐汗漬、水漬色牢度。隨著時間或使用次數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，長時間經受持續的高壓摩擦會大大折耗其使用壽命，不符合經濟美觀的裝飾要求，也降低了安全穩定的功能要求。因而要提高交通領域用紡織品的耐磨性。

2.4 防污性

交通工具在長期使用過程中會沾染一定的污漬，包括駕乘人員汗漬、發動機油漬、灰塵及水漬等。車內的清潔由于細節部位太多而有一定的難度，而汽車針織內飾面料，特別是坐椅、壁部和頂篷材料不能經常洗滌,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不會燃燒，而是指經某些化學品處理后，織物遇到明火不易被點著或燃燒速率緩慢，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。

3.1.1 降低可燃氣體的含量

利用阻燃劑加熱影響反應過程，阻止交通領域用紡織品燃燒過程中可燃氣體的產生或降低可燃氣體的含量。例如，纖維素受熱時通過酸性物質催化生成水和不易燃燒的碳，取代有機可燃物，降低燃燒速率。還可以利用阻燃劑吸熱分解釋放出氮氣、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蒸發分解時，利用鹵素捕捉交通領域用紡織品燃燒反應中的自由基，達到阻燃目的。

3.1.3 吸熱降溫

在有限時間內利用阻燃劑的脫水、分解、相變等反應，吸收燃燒釋放的熱量，使交通領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

利用阻燃物質加熱時的熱降解，使交通領域用紡織品表面脫水炭化，形成隔膜或不燃氣體，減小其與氧氣的接觸面積；或利用阻燃劑加熱時的熔融收縮，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，產生阻燃效應。

3.2 阻燃纖維及其制備方法

目前，國內外市場的阻燃纖維主要可以分為兩大類：一是傳統加工的阻燃纖維，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，這種方法因生產品種多、加工簡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，此方法加工的產品阻燃持久，對纖維性能影響小，加工技術較為成熟。接枝改性法是用高能電子束或引發劑使纖維與阻燃單體發生接枝共聚，從而實現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，但因使用設備復雜、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、交聯劑等化學試劑組成的水溶液或乳液中，經過浸軋或浸漬，達到一定時間后取出烘干。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域用紡織品。

3.3.2 涂層法

將阻燃液與樹脂進行混合加工，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。對于表面有花紋、簇絨等特征的裝飾性交通領域用紡織品，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極少的交通領域用紡織品，如地毯、墻布等。

3.3.4 有機溶劑法

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

4 紡織品阻燃性能測試方法

4.1 極限氧指數(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試方法。根據GB/T 5454—1997的規定，采用LOI法測試時，應將試樣垂直夾于試樣夾上,從筒底通入氧、氮混合氣體，再將試樣的上端點燃，不斷調節混合氣體中氧氣的濃度進行反復測試，直至火焰剛好達到試樣標準線[5]，根據此時的氧氣濃度計算得到試樣材料的LOI，并取3次測試結果的算術平均值作為最后的測定值。

LOI在26%以上的交通領域用紡織品即可被評定為難燃或不燃紡織品，所表現出的燃燒狀態包括接觸火焰燃燒但離火后自熄，或者火源作用后短時間不燃燒?？捎每椩炖w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、機織、非織造、涂層和層壓等各類交通領域用紡織品的阻燃性能測試。

4.2 燃燒試驗法

燃燒試驗法主要是測定試樣的續燃時間、陰燃時間及炭化面積(損毀長度)。主要步驟：在一定條件下，將試驗材料點燃12 s，再測定試樣離開火源后的續燃時間和陰燃時間；在陰燃現象消失后將試樣取下，按規定方法測量其損毀長度。該方法對點火的時間及火焰的大小等條件要求較高[6]。

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

4.3 熱分析法

熱分析法即根據織物冷卻或受熱時發生的物理或化學變化測定并得出的其能量(質量)與溫度(時間)的函數關系。利用熱分析法可以對織物的阻燃效果定量化，從而研究阻燃機理。例如，利用差示掃描量熱儀可測得纖維分解溫度的變化，探索阻燃處理前后的裂解方式；通過熱解質量分析法，可測得纖維燃燒前后熱失重的變化，從而比較阻燃效果。

4.4 錐形量熱計測試法

錐形量熱計能模擬真實燃燒的參數，主要采用氧消耗原理來測量燃燒過程中的熱釋放速率。此外，它還能通過測量樣品點燃的時間、樣品質量損失的速率、釋放的有害氣體含量及燃燒熱量等參數，來評價阻燃劑或燃燒材料的性能，從而預測阻燃材料的燃燒行為。錐形量熱計作為一種新型燃燒測試裝置已被許多國家所使用。

4.5 簡易測試方法

除了上述方法外，有時也采用一些簡易的方法來初步對比紡織品的阻燃效果。例如，打火機測試法、乙醇燃燒測試法和火柴燃燒法等。這類方法不是標準的試驗法，也不能作為仲裁依據，但是操作步驟簡單，測試設備簡易，所需成本低。

5 阻燃紡織品的測試標準

我國可用于測試交通領域用紡織品燃燒性能的標準主要為GB 17591—2006[9]，其主要燃燒性能要求如表1所示。飛機與輪船內飾織物的燃燒性能試驗方法按GB/T 5455—1997執行；火車內飾織物的燃燒性能試驗方法按GB/T 14645—1993執行，測試標準如表2所示；汽車內飾織物的燃燒性能試驗方法按FZ/T 01028—1993執行。

表1 GB 17591—2006交通領域用紡織品燃燒性能要求

表2 交通領域用紡織品燃燒性能主要測試標準

6 交通領域用阻燃紡織品的發展方向

6.1 阻燃纖維的研發與應用

目前，我國生產和使用的交通領域用阻燃紡織品大多通過對普通纖維進行阻燃整理制得，而耐高溫阻燃纖維相對于其他高性能纖維來說產量較低。阻燃纖維由于其獨特的化學結構，本身具備耐高溫的特征，無需添加阻燃劑或經過改性處理，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到的，是交通領域用阻燃紡織品市場的熱點。

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。在研發阻燃纖維時，不僅要考慮其阻燃效果，還要兼顧其舒適性和可紡性，從綠色環保、健康舒適和耐高溫的角度出發，開發低煙、無毒、無鹵、高效環保的阻燃纖維。

6.2 新型環保阻燃劑的開發

目前，交通領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，可以通過其他化學物質形成協效作用，從而減少用量，降低對材料性能的影響。但鹵系阻燃劑在燃燒和熱裂解過程中會生成二噁英等有毒物質，對人體有危害，同時也污染環境，現已經被歐盟禁用[10]。磷系阻燃劑能夠有效地隔熱阻燃，相對于其他阻燃劑來說，無鹵、低煙且不易生成毒害氣體，具有良好的發展前景。其中，磷化合物、氧化磷、有機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促進湖泊中藻類植物的瘋長，影響水質，造成環境污染。

目前國內外對阻燃劑的要求有所提高，不僅更加重視其高效、無毒、對材料性能影響小等方面，而且要求拓寬阻燃劑的應用范圍，開發性能優異的阻燃劑。此外，通過阻燃劑和阻燃劑之間不同基體的復配來減少用量，提高阻燃效率，最大限度地發揮阻燃劑的協同效應，也成為未來環保阻燃劑的研發方向。

6.3 阻燃紡織品多功能化的研究

目前大多數阻燃纖維和織物僅具有單方面的阻燃功能，不能滿足特殊環境下交通領域用紡織品的需求，例如抗靜電、拒水拒油、防紫外線、手感舒適等要求。用于交通工具內部裝飾的紡織品可以采用阻燃纖維紗與導電纖維交織，生產抗靜電阻燃織物，避免駕乘人員接觸時產生靜電；船舶、飛機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；對于汽車、飛機、火車的坐椅面料，可采用棉或黏膠與阻燃纖維混紡紗織造,在兼顧產品舒適性和阻燃性的同時降低織造成本。

[1] 周穎,裘愉發,李淳,等.阻燃織物的現狀和發展[J].絲綢,2006(11):70-73.

[2] 伍夢堯.交通用紡織品極具潛力[J].紡織科學研究,2014(9):29.

[3] 吳紅玲,張茂林,蔣少軍.阻燃織物的開發及應用[J].現代紡織技術,2002(2):37-39.

[4] 郭明海.中國阻燃紡織品的生產現狀及發展趨勢[J].濟南紡織服裝,2011(2):11.

[5] 喬欣,王躍強,李保梅.紡織品阻燃性能測試[J].非織造布,2010,18(2):57-59.

[6] 全國紡織品標準化技術委員會.紡織品 燃燒性能 垂直方向試樣火焰蔓延性能的測定：GB/T 5456—1997[S].北京:中國標準出版社,1997.

[7] 趙雪,朱平,展義臻,等.阻燃紡織品的性能測試方法及發展動態[J].染整技術,2007,29(5):38-41.

[8] 張洪昆.紡織品阻燃綜述[J].印染助劑,2009,26(2):7-11.

[9] 全國紡織品標準化技術委員會.阻燃織物：GB 17591—2006[S].北京:中國標準出版社,2006.

[10] 趙永霞.阻燃紡織品的技術進步與發展[J].紡織導報,2009(1):83-88.

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

*江蘇省產學研聯合創新項目(BY2014023-34)

2015-08-10

張曉會，女，1994年生，在讀本科生，研究方向為產業用針織結構與性能

馬丕波，E-mail: mapibo@jiangnan.edu.cn

TS102.527

A

1004-7093(2016)04-0001-05