校园建筑内环境阻燃环保墙布的开发*

(1. 广西科技大学生物与化学工程学院,柳州,545006;2. 绍兴文理学院元培学院,绍兴,312000;3. 绍兴凯奇服饰有限公司,绍兴,312000)

近年来校园成为火灾频发区，国内外有不少火灾案例，如2000年吉林省松原市扶余县万发乡中学砖瓦结构学生宿舍发生火灾，4名初中生丧生，11名被烧成重伤；2001年英国伦敦市立大学发生严重火灾，将一座建于1894年的建筑烧毁；2001年广东省广州市一所寄宿学校发生火灾，8名学生死亡，25人受伤；2002年云南省昆明市寻甸县羊街镇三元庄村小学发生火灾，8名男生被烧死； 2003年武汉大学测绘校区一男生宿舍突发大火，烧毁22间寝室[1]。

据统计，校园建筑环境中木质材料、易燃纺织品成为火灾最主要原因[2]。许多国家都规定了公共场所阻燃标准和法规[3-4]，国外较早对阻燃织物和相关产品进行开发及研究，在20世纪70年代发达国家就制定了阻燃法规，近年来相关要求越来越高，制定的制度也越来越规范。中国近10年也着手开展对阻燃纺织品的研究及开发工作，已取得了较大进展[5-6]。

由于我国的教育投入，特别是对落后地区的投入相对不足，故对校园建筑进行低成本阻燃保护，对于校园安全具有重要意义。同时相对其他建筑阻燃产品，校园内墙对阻燃要求的级别更为严苛。本文采用多层面料复合工艺，开发一款新型阻燃墙布，希望能减少目前频发的校园火灾事故，保障师生在校园中工作、学习、生活环境的安全。

1 墙布的设计

1.1 设计原则

校园建筑用墙布除了要求其美观外，对其阻燃性能和环保要求极高，因此选用的墙布基材需要具备较好的阻燃性能和环保效果。由于目前许多学校无足够的资金采购高品质阻燃墙布，因此在保证阻燃效果的前提下，为降低成本，本文研制的墙布选择价格相对较低的非织造布和涤纶吸光布复合工艺。同时为保证室内环境安静，可利用墙布达到一定的隔声效果，我们选择了多孔状的阻燃丙纶非织造布，利用其多孔介质，达到一定的隔声效果。

1.2 预期目标

依据校园内建筑墙布的设计要求，我们研制的墙布预期达到的性能如表1所示。

2 墙布的制作

2.1 材料和设备

材料：聚丙烯切片，阻燃母粒，阻燃涤纶吸光机织布(经丝和纬丝都为11.11tex涤纶FDY，经密为296根/10 cm，纬密为144根/10 cm)，涤纶阻燃短纤维。

表1 校园建筑墙布性能要求

试验设备：SG-45/28型熔喷机，超声波复合机，ZH92lYB-18型热定型机，XFH型小和毛机，罗拉式梳理机，MD型中速预刺针刺机。

2.2 加工方法

2.2.1 阻燃熔喷非织造布加工

熔喷非织造工艺是将聚丙烯熔喷料经螺杆挤压机熔融，通过计量泵精确计量熔融液体量，并送入喷丝孔，在高压、高速热气流作用下，对喷丝孔挤出的聚合物熔体细流进行多倍牵伸，形成丙纶超细纤维，在平板或滚筒收集装置上，通过纤维自身黏合形成熔喷非织造布。主要生产工艺流程如下：

(1)原料准备(干燥)：使用聚丙烯熔喷切片原料，对切片进行干燥预结晶。干燥采用80～100 ℃的热气进行烘料处理,并加入质量分数为6%的阻燃母粒，达到阻燃效果。

(2)塑化：塑化温度设定为，螺筒一段温度200～240 ℃，螺筒二段温度240～270 ℃，在螺杆计量段中混合塑化。

(3)计量：采用齿轮计量泵进行熔体计量，以精确控制纤维线密度和熔喷非织造布的均匀度。

(4)过滤：用多层细目耐高温金属筛网，滤去熔融液中的杂质及聚合反应后纤维残留的催化剂。

(5)挤出：在螺杆压力的作用下将液体从喷丝孔挤出，挤出过程包括入口区、孔流区、膨化区，聚丙烯熔体形成超细纤维通过入口区和孔流区。

(6)形成纤维：采用侧吹风系统，在细流两侧喷入高速热气流，将黏流状态的聚丙烯熔体进行多倍拉细；同时两侧的常温空气掺入热气流中，将熔体细流冷却、固化，形成丙纶超细纤维。

(7)熔喷成网：经牵伸、冷却、固化的超细纤维再经牵伸气流牵引，吹向滚筒，并收集到平板或滚筒上，依靠自身的热黏合成为熔喷非织造布。喷丝孔出口到平板或滚筒的距离，即熔喷接收距离DCD值调整为10 cm左右。

(8)收集卷取：将成网后的熔喷布收集在滚筒上，然后由卷绕机构卷取成卷以备裁切，制得的阻燃丙纶熔喷非织造布的面密度为25 g/m2。

2.2.2 涤纶针刺布加工

(1)开松铺网：纤维网的加工工艺为，开松4次，梳理2次，罗拉梳理，交叉铺网。

(2)针刺加固：用单板垂直向下针刺方式，对纤维网正反两面交替穿刺各2次，设置针刺深度为13 mm，植针密度为4 000枚/m2，刺针频率为300次/min，纤维网输出速度为5 m/min。

2.2.3 后加工

(1)超声波复合:复合工艺为面料数码印花针刺涤纶布，中层熔喷非织造布，里层涤纶基布。

(2)定型:采用ZH92lYB-18型热定型机，在160 ℃下定型5 min。

2.3 墙布成本核算

丙纶熔喷非织造布为20万元/t，布的面密度为25 g/m2时，单价为5元/m2；涤纶针刺布成本为6元/m2；阻燃涤纶吸光机织布为3元/m2；合计原料成本为14元/m2，超声波复合工艺为0.5元/m2，合计总成本为14.5元/m2，符合中低端墙布市场的需求。

3 墙布的性能测试与分析

3.1 测试方法

3.1.1 织物阻燃性能

依据ISO 6941—2004《纺织物 燃烧性能 垂直定向试品火焰蔓延性的测定》，测试织物的阻燃性能。

3.1.2 织物悬垂性能

依据ISO 9073-9—2008 《纺织品 非织造布试验方法 第9部分：悬垂性(含悬垂系数)的测定》，测试织物的悬垂性能。

3.1.3 织物力学性能

依据FZ/T 60005—1991《非织造布断裂强力及断裂伸长的测定》，测试织物的抗拉伸性能。

3.1.4 织物色牢度

依据GB/T 14575—2009 《纺织品 色牢度试验 综合色牢度》，分别测试织物的耐日晒及耐水洗色牢度。

3.1.5 织物甲醛含量

依据GB 18401—2001 《纺织品甲醛含量的限定》，测试织物的残留甲醛含量。

3.1.6 织物可分解芳香胺

依据GB/T 17592—2011 《纺织品 禁用偶氮染料的测定》，测试织物中23种对人体有害的可分解芳香胺含量。

3.1.7 织物吸声性能

以HP835lB型射频/微波信号源为声源，用HP8757D型射频/微波网络分析仪测试织物的吸声性能。用声波反射率来评价织物的吸声性能，织物反射率小，对声波的吸收性能好。对吸波材料的反射率测试需要在无回波的暗室中进行，如在微波暗室内采用锥形吸波材料以防止回波干扰，这种方法可代替外场的试验内容，而且在较大程度上弥补和完善了外场试验的不足。

3.2 试验结果与分析

对织物的各项性能进行测试，结果见表2。

表2 织物的性能指标

由表2可知：织物的续燃时间和阴燃时间均为0 s，阻燃性能特好，达到美国CPSC(消费品安全委员会)对织物阻燃的最高要求；织物的悬垂系数为74%，在传统装饰面料悬垂系数(40%～80%)的范围内，并且表现出较好的平整度；织物的经纬向断裂强力均超过670 N，满足常规装饰面料断裂强力≥400 N的要求；织物的耐水洗色牢度达到4～5级，水洗对织物外观色泽性能影响较小；织物的耐日晒色牢度虽然仅为3～4级，但对室内产品而言，基本符合使用要求；在生产中未添加甲醛和可分解芳香胺染料，产品无异味，对人体无害；织物在2～18 Hz不同频率条件下的反射率都<2%，具有很好的吸声功能，可保证室内环境安静，避免噪声污染。

4 结语

我们采用超声波复合工艺研制了一款高阻燃性墙布。各项性能测试结果表明，该织物阻燃级别高，力学性能好，耐日晒及水洗，不含对人体有害的物质，同时具备较好的吸声效果。墙布成本为14.5元/m2，性价比极高，非常适合校园建筑内环境的改造要求。

[1] 中国消防在线.别让高校宿舍火灾悲剧重演[EB/OL] .(2013-04-13).http://119.china.com.cn.

[2] 彭治汉．材料阻燃新技术新品种[M]．北京：化学工业出版社,2004:240-260．

[3] 晏雄．产业用纺织品[M]．上海：东华大学出版社,2003:245-246．

[4] 王培政．阻燃黏胶纤维性能研究[D]．青岛：青岛大学,2005.

[5] 李新莲,温月芳,贺福．影响黏胶基碳纤维收率和性能的因素研究[J]．高科技纤维与应用,2004，29(2):34-37.

[6] 雷同宝,王京红,张彩霞．阻燃剂及阻燃织物的发展前景[J]．纺织科学研究，2001(2):16-18.