交通领域用纺织品阻燃综述*

张晓会 李艳艳 许慧玲 马丕波 缪旭红

江南大学教育部针织技术工程研究中心，江苏 无锡 214122



交通领域用纺织品阻燃综述*

张晓会 李艳艳 许慧玲 马丕波 缪旭红

江南大学教育部针织技术工程研究中心，江苏 无锡 214122

介绍交通领域用纺织品的组成和性能要求，综述交通领域用阻燃纺织品的制备、性能测试及评价标准，并结合交通领域用纺织品的生产现状探讨其发展方向。

交通领域， 阻燃纺织品， 性能测试， 发展趋势

随着社会经济的日益发展，交通运输行业逐渐繁荣，人们开始对交通领域用纺织品提出更为严格的性能要求，除了在色彩及风格上要求与交通工具协调外，还对其阻燃性、耐磨性和色牢度等性能提出了更高的要求。据统计，我国每年各类汽车的产量约250万辆，所需纺织品的数量与火车所需量相当，约为4 500万m2，而飞机和轮船用量约为150万m2[1]。这些纺织品主要由易燃的聚合物材料及其制品组成，用于交通工具内部的地毯、顶篷、坐椅、安全带等众多部件。相对于传统的金属和棉麻来说，聚合物材料纺织品燃烧时热值高、火焰传播快且不易熄灭，在行驶过程中，发动机故障、电器短路、交通事故等各种原因都极易引起重大火灾，造成财产损失和人员伤亡。交通领域用纺织品的阻燃不仅能降低火焰蔓延速率，减少有毒气体的释放，还能大大减小火灾发生的概率，避免经济损失和人员伤亡。因此，对交通领域用纺织品阻燃进行研究非常重要。

1 交通领域用纺织品的组成

交通领域用纺织品是指在火车、汽车、飞机和船舶等交通工具上起装饰性或功能性作用的纺织品。其组成种类繁多，可从交通工具和织物种类两个方面进行分类。

1.1 按交通工具分

汽车用纺织品占交通领域用纺织品的比例较大，汽车业为其主要消费市场[2]。其中，以装饰性为主的包括汽车坐椅面料、地毯织物、车顶篷、车盖布、门饰及护壁等，以功能性为主的包括安全气囊、轮胎帘子线、安全带、传动带、刹车片等。

火车用纺织品主要为车内装饰材料(包括坐椅的装饰、窗帘、地毯)和卧铺车被褥等。这些材料除要求具有较高的阻燃性外，其耐久性和除尘性也必须达到一定标准。

飞机用纺织品主要包括内饰材料、坐椅面料、地毯和安全带等。飞机用纺织品对性能的要求远高于一般交通工具，对其阻燃性要求尤为苛刻。

船舶用装饰纺织品除满足美观和舒适的基本要求外，还必须满足严格的防火标准，地毯的染色必须满足高级别的牢度耐久性。船舶用功能纺织品主要包括船帆和绳索，这两类纺织品对耐光降解性和抗紫外线性能有着非常高的要求。

1.2 按织物种类分

织物种类主要包括针织物、机织物和非织造布。

针织物由线圈沿横向或纵向顺序弯曲成圈并相互串套而成，其弹性和延伸性好。由于孔状线圈的存在，针织物的透气性和柔软性好，主要用作驾乘人员的坐椅面料、交通工具内表层装饰和少量的过滤材料。针织毛绒织物色彩丰富、柔软舒适，被广泛应用于中高档汽车装饰面料。纬编全成型织物由于其形状的可塑性而被广泛应用于汽车坐椅面套、设备的管状防护面料等。而经编间隔织物由于其结构稳定，具有良好的抗震抗压性能及较高的隔声效果，很早就被欧洲的汽车工业广泛采用。

机织物由两组或两组以上纱线以90°交织而成，因其纱线延伸性和收缩性小而结构紧密、手感硬挺，耐磨性好，但透气性不如针织物。由于尺寸稳定、表面平整，机织物的染色印花图案相对于针织物来说更为精细。机织物主要用于驾乘人员坐椅面料、特殊部位的过滤材料及安全气囊等。

非织造布由短纤或长丝随机或定向排列形成纤网再加固而成。其具有较高的耐久性、柔软性、过滤性、弹性和吸湿性，且质量轻、成本低，被广泛应用于车内坐垫、车门内衬、地毯、防震毡、隔热毡和过滤芯等特殊部位。

2 交通领域用纺织品的性能要求

2.1 阻燃性

阻燃性能是从安全角度出发对交通领域用纺织品提出的性能要求。GB 8410—2006标准中规定了汽车内装饰材料燃烧特性的合格标志为，不燃烧或可以燃烧但燃烧速度不大于100 mm/min、火焰在60 s内自行熄灭且燃烧长度不大于50 mm。阻燃性高的纺织品可以有效地降低火焰蔓延的速率，甚至可以减小燃烧的概率，从而为受灾中的人员和财产提供更多的转移时间。

2.2 色牢度

对交通领域用纺织品的色牢度要求，包括耐日晒、耐汗渍水渍和耐摩擦三个方面。如汽车坐椅面料由于车前挡风玻璃的倾斜而长期暴露在阳光下，因此要求具备良好的耐日晒色牢度；在火车或汽车中，驾乘人员与坐椅长时间接触, 坐椅面料易受到汗渍水渍侵蚀，故应具有较高的耐汗渍、水渍色牢度。随着时间或使用次数的增加而褪色的纺织品便失去了其装饰的意义，因此，色牢度是交通工具坐椅用织物的基本要求。

2.3 耐磨性

交通领域用纺织品如地毯、坐椅面料、车用安全带、刹车带和船用绳索等，长时间经受持续的高压摩擦会大大折耗其使用寿命，不符合经济美观的装饰要求，也降低了安全稳定的功能要求。因而要提高交通领域用纺织品的耐磨性。

2.4 防污性

交通工具在长期使用过程中会沾染一定的污渍，包括驾乘人员汗渍、发动机油渍、灰尘及水渍等。车内的清洁由于细节部位太多而有一定的难度，而汽车针织内饰面料，特别是坐椅、壁部和顶篷材料不能经常洗涤,因此其防污就显得更加重要。

3 阻燃纺织品的制备方法

3.1 阻燃原理

所谓阻燃,不是指织物在接触火源时不会燃烧，而是指经某些化学品处理后，织物遇到明火不易被点着或燃烧速率缓慢，离火后能立刻自熄，不再燃烧或阴燃[3]。阻燃的基本原理主要有以下四点。

3.1.1 降低可燃气体的含量

利用阻燃剂加热影响反应过程，阻止交通领域用纺织品燃烧过程中可燃气体的产生或降低可燃气体的含量。例如，纤维素受热时通过酸性物质催化生成水和不易燃烧的碳，取代有机可燃物，降低燃烧速率。还可以利用阻燃剂吸热分解释放出氮气、二氧化碳等不燃性气体,将可燃性气体稀释到燃烧极限以下，从而抑制继续燃烧。

3.1.2 控制自由基

有些阻燃抑制剂可捕捉或消灭维持燃烧的自由基，从而达到阻燃目的。如利用自由基与器壁或尘粒接触使其失去活性，从而抑制燃烧；或者在含卤阻燃剂与聚合物同时蒸发分解时，利用卤素捕捉交通领域用纺织品燃烧反应中的自由基，达到阻燃目的。

3.1.3 吸热降温

在有限时间内利用阻燃剂的脱水、分解、相变等反应，吸收燃烧释放的热量，使交通领域用纺织品表面温度降低，减慢热分解的速度，阻止燃烧蔓延。

3.1.4 减小接触面积

利用阻燃物质加热时的热降解，使交通领域用纺织品表面脱水炭化，形成隔膜或不燃气体，减小其与氧气的接触面积；或利用阻燃剂加热时的熔融收缩，减小接触面积，使燃烧受阻。如利用硼酸加热熔融在纤维表面生成玻璃状阻燃膜，产生阻燃效应。

3.2 阻燃纤维及其制备方法

目前，国内外市场的阻燃纤维主要可以分为两大类：一是传统加工的阻燃纤维，如阻燃黏胶纤维、阻燃聚酯纤维(涤纶)、阻燃聚丙烯腈纤维(腈纶)、阻燃聚乙烯醇纤维(维纶)、阻燃聚丙烯纤维(丙纶)、阻燃聚酰胺纤维(锦纶)等[4]；二是本身具备耐高温阻燃性质的纤维，如聚间苯二甲酰间苯二胺纤维(芳纶)、聚苯硫醚纤维(PPS)、聚酰亚胺纤维、酚醛纤维等。

阻燃纤维的加工方法主要有共混法、共聚法和接枝改性法。共混法是在浆液或纺丝溶体中加入阻燃剂，从而合成阻燃纤维的方法，这种方法因生产品种多、加工简单方便而被普遍使用。共聚法是在纤维聚合的过程中，把磷、硫等阻燃元素聚合到大分子链上，从而制备阻燃纤维的方法，此方法加工的产品阻燃持久，对纤维性能影响小，加工技术较为成熟。接枝改性法是用高能电子束或引发剂使纤维与阻燃单体发生接枝共聚，从而实现有效持久阻燃改性的方法，这种方法既可用于纤维，也可用于织物，但因使用设备复杂、成本高而受到限制。

3.3 阻燃整理的方法

阻燃整理主要是在纺织品后期加工的过程中，使阻燃剂附着在纤维表面，从而达到阻燃效果。其过程因阻燃剂种类与待处理纤维的不同而不同，主要分为四类。

3.3.1 浸轧和浸渍法

将纺织品置于由阻燃剂、交联剂等化学试剂组成的水溶液或乳液中，经过浸轧或浸渍，达到一定时间后取出烘干。该方法适用于加工火车卧铺被罩、床罩、床单和坐椅面料，以及汽车覆盖物等交通领域用纺织品。

3.3.2 涂层法

将阻燃液与树脂进行混合加工，靠树脂的黏合作用将阻燃剂固着在纺织品上。具体方法有刮刀涂层、浇铸涂层、压延涂层三种。这些方法适用于加工汽车套、汽车盖布、货车盖布等交通领域用纺织品。

3.3.3 喷雾法

用喷雾的方法将阻燃液喷洒在纺织品上。对于表面有花纹、簇绒等特征的装饰性交通领域用纺织品，喷雾法有效避免了表面花纹的损伤。此外，喷雾法还适用于不需洗涤或洗涤次数极少的交通领域用纺织品，如地毯、墙布等。

3.3.4 有机溶剂法

有机溶剂法是在有机溶剂中加入阻燃剂，然后再对织物进行阻燃整理。该方法能有效减少阻燃整理的时间，但对织物的强度和光泽等特性有一定的影响，使用时还需注意溶剂的毒性和燃烧性。

4 纺织品阻燃性能测试方法

4.1 极限氧指数(LOI)法

LOI是在一定条件下,试样在氧、氮的混合气体中维持燃烧所需要的最低氧气浓度。LOI法是目前广泛采用的纺织品燃烧性能测试方法。根据GB/T 5454—1997的规定，采用LOI法测试时，应将试样垂直夹于试样夹上,从筒底通入氧、氮混合气体，再将试样的上端点燃，不断调节混合气体中氧气的浓度进行反复测试，直至火焰刚好达到试样标准线[5]，根据此时的氧气浓度计算得到试样材料的LOI，并取3次测试结果的算术平均值作为最后的测定值。

LOI在26%以上的交通领域用纺织品即可被评定为难燃或不燃纺织品，所表现出的燃烧状态包括接触火焰燃烧但离火后自熄，或者火源作用后短时间不燃烧。可用织造纤维有碳纤维、石棉、硼纤维、芳纶、氯纶及改性腈纶等。LOI法广泛适用于针织、机织、非织造、涂层和层压等各类交通领域用纺织品的阻燃性能测试。

4.2 燃烧试验法

燃烧试验法主要是测定试样的续燃时间、阴燃时间及炭化面积(损毁长度)。主要步骤：在一定条件下，将试验材料点燃12 s，再测定试样离开火源后的续燃时间和阴燃时间；在阴燃现象消失后将试样取下，按规定方法测量其损毁长度。该方法对点火的时间及火焰的大小等条件要求较高[6]。

燃烧试验法可按试样和火焰的相对位置分为水平法、倾斜法和垂直法。其中，水平法广泛适用于交通工具内部地毯等铺垫纺织品的测试；倾斜法适用于交通工具内部装饰面料的测试；而垂直法作为最普遍的测定方法，广泛应用于阻燃涂层、层压、绗缝及毛绒类交通领域用纺织品的阻燃性能测试。

4.3 热分析法

热分析法即根据织物冷却或受热时发生的物理或化学变化测定并得出的其能量(质量)与温度(时间)的函数关系。利用热分析法可以对织物的阻燃效果定量化，从而研究阻燃机理。例如，利用差示扫描量热仪可测得纤维分解温度的变化，探索阻燃处理前后的裂解方式；通过热解质量分析法，可测得纤维燃烧前后热失重的变化，从而比较阻燃效果。

4.4 锥形量热计测试法

锥形量热计能模拟真实燃烧的参数，主要采用氧消耗原理来测量燃烧过程中的热释放速率。此外，它还能通过测量样品点燃的时间、样品质量损失的速率、释放的有害气体含量及燃烧热量等参数，来评价阻燃剂或燃烧材料的性能，从而预测阻燃材料的燃烧行为。锥形量热计作为一种新型燃烧测试装置已被许多国家所使用。

4.5 简易测试方法

除了上述方法外，有时也采用一些简易的方法来初步对比纺织品的阻燃效果。例如，打火机测试法、乙醇燃烧测试法和火柴燃烧法等。这类方法不是标准的试验法，也不能作为仲裁依据，但是操作步骤简单，测试设备简易，所需成本低。

5 阻燃纺织品的测试标准

我国可用于测试交通领域用纺织品燃烧性能的标准主要为GB 17591—2006[9]，其主要燃烧性能要求如表1所示。飞机与轮船内饰织物的燃烧性能试验方法按GB/T 5455—1997执行；火车内饰织物的燃烧性能试验方法按GB/T 14645—1993执行，测试标准如表2所示；汽车内饰织物的燃烧性能试验方法按FZ/T 01028—1993执行。

表1 GB 17591—2006交通领域用纺织品燃烧性能要求

表2 交通领域用纺织品燃烧性能主要测试标准

6 交通领域用阻燃纺织品的发展方向

6.1 阻燃纤维的研发与应用

目前，我国生产和使用的交通领域用阻燃纺织品大多通过对普通纤维进行阻燃整理制得，而耐高温阻燃纤维相对于其他高性能纤维来说产量较低。阻燃纤维由于其独特的化学结构，本身具备耐高温的特征，无需添加阻燃剂或经过改性处理，通常其耐高温程度、阻燃效果及耐久性都是阻燃整理织物所难达到的，是交通领域用阻燃纺织品市场的热点。

比较典型的耐高温阻燃纤维主要有芳纶1313、芳纶1414、PBO等纤维，以及聚四氟乙烯(PTFE)纤维和碳纤维等。在研发阻燃纤维时，不仅要考虑其阻燃效果，还要兼顾其舒适性和可纺性，从绿色环保、健康舒适和耐高温的角度出发，开发低烟、无毒、无卤、高效环保的阻燃纤维。

6.2 新型环保阻燃剂的开发

目前，交通领域用纺织品阻燃整理广泛使用的阻燃剂有磷系和卤系两种。卤系阻燃剂阻燃效果好，可以通过其他化学物质形成协效作用，从而减少用量，降低对材料性能的影响。但卤系阻燃剂在燃烧和热裂解过程中会生成二噁英等有毒物质，对人体有危害，同时也污染环境，现已经被欧盟禁用[10]。磷系阻燃剂能够有效地隔热阻燃，相对于其他阻燃剂来说，无卤、低烟且不易生成毒害气体，具有良好的发展前景。其中，磷化合物、氧化磷、有机磷酸酯等都可用于聚酯纤维的阻燃改性。但是，磷系阻燃剂中的含磷化合物会促进湖泊中藻类植物的疯长，影响水质，造成环境污染。

目前国内外对阻燃剂的要求有所提高，不仅更加重视其高效、无毒、对材料性能影响小等方面，而且要求拓宽阻燃剂的应用范围，开发性能优异的阻燃剂。此外，通过阻燃剂和阻燃剂之间不同基体的复配来减少用量，提高阻燃效率，最大限度地发挥阻燃剂的协同效应，也成为未来环保阻燃剂的研发方向。

6.3 阻燃纺织品多功能化的研究

目前大多数阻燃纤维和织物仅具有单方面的阻燃功能，不能满足特殊环境下交通领域用纺织品的需求，例如抗静电、拒水拒油、防紫外线、手感舒适等要求。用于交通工具内部装饰的纺织品可以采用阻燃纤维纱与导电纤维交织，生产抗静电阻燃织物，避免驾乘人员接触时产生静电；船舶、飞机的地毯可采用阻燃纤维和拒油拒水纤维混纺纱织造，从而降低清理难度，提高耐久性；对于汽车、飞机、火车的坐椅面料，可采用棉或黏胶与阻燃纤维混纺纱织造,在兼顾产品舒适性和阻燃性的同时降低织造成本。

[1] 周颖,裘愉发,李淳,等.阻燃织物的现状和发展[J].丝绸,2006(11):70-73.

[2] 伍梦尧.交通用纺织品极具潜力[J].纺织科学研究,2014(9):29.

[3] 吴红玲,张茂林,蒋少军.阻燃织物的开发及应用[J].现代纺织技术,2002(2):37-39.

[4] 郭明海.中国阻燃纺织品的生产现状及发展趋势[J].济南纺织服装,2011(2):11.

[5] 乔欣,王跃强,李保梅.纺织品阻燃性能测试[J].非织造布,2010,18(2):57-59.

[6] 全国纺织品标准化技术委员会.纺织品 燃烧性能 垂直方向试样火焰蔓延性能的测定：GB/T 5456—1997[S].北京:中国标准出版社,1997.

[7] 赵雪,朱平,展义臻,等.阻燃纺织品的性能测试方法及发展动态[J].染整技术,2007,29(5):38-41.

[8] 张洪昆.纺织品阻燃综述[J].印染助剂,2009,26(2):7-11.

[9] 全国纺织品标准化技术委员会.阻燃织物：GB 17591—2006[S].北京:中国标准出版社,2006.

[10] 赵永霞.阻燃纺织品的技术进步与发展[J].纺织导报,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

*江苏省产学研联合创新项目(BY2014023-34)

2015-08-10

张晓会，女，1994年生，在读本科生，研究方向为产业用针织结构与性能

马丕波，E-mail: mapibo@jiangnan.edu.cn

TS102.527

A

1004-7093(2016)04-0001-05