阻燃织物在交通领域的应用与发展

江西服装学院， 江西 南昌 330201

随着社会经济和科学技术的发展, 交通运输业逐渐蓬勃发展,人们对织物在运输领域应用的要求日益严格。这不仅表现在对交通工具的外观要求越来越高，还表现在对其功能性(如阻燃性、抗紫外线性和耐磨性等)越来越关注，尤其是阻燃性，因为大部分交通事故是由于交通工具内部起火而引起的。据相关媒体报道，每年因交通工具上的纺织品意外燃烧造成的事故多达60%。用于交通工具的纺织品大多由易燃的聚合物材料及其合成纤维材料制成，比如交通工具内部的顶篷、座椅靠垫、窗帘、安全带和地毯等，它们都是易燃纺织品，一旦被点燃，其燃烧热值高、传播速度快，损坏力巨大。

因此，如何减少交通用纺织品的燃烧危险性及其燃烧时有毒浓烟的释放，已经成为全世界共同关注的话题[1]。

1 阻燃整理及其加工方法

1.1 阻燃性能要求

从安全角度考虑，织物的阻燃性能格外重要。表1给出了GB/T 17591—2006《阻燃织物》[2]对交通工具内饰用织物的燃烧性能要求，其考核指标分为B1级和B2级。以考核指标要求达到B2级为例，飞机、轮船内饰用织物的损毁长度不能超过200 mm、续燃时间不能超过15 s、燃烧滴落物未阴燃脱脂棉，汽车内饰用织物的火焰蔓延速率不能超过100 mm/min，火车内饰用织物的损毁面积不能超过45 cm2、损毁长度不能超过200 mm、续燃时间不能超过3 s、阴燃时间不能超过3 s、接焰次数应大于3。发生火灾时，若交通工具内饰用织物的燃烧性能符合此标准要求，则可以保证救援人员在密闭的交通工具内有充足的时间转移受灾人员和财产。

表1 GB/T 17591—2006《阻燃织物》对交通工具内饰用织物的燃烧性能要求

1.2 阻燃整理

所谓阻燃整理，就是采用物理的、化学的或两者结合的方式对织物进行处理，提高织物的起火点,降低织物在火焰中的易燃性,减缓火焰传播速率, 火焰被移除后容易熄灭或者能自然熄灭[3]。

1.3 阻燃整理加工方法

除了利用自身具有阻燃性能的阻燃纤维外，主要通过两种方式使纺织品实现阻燃功能：第一种是将阻燃剂通过共混、共聚、接枝改性等方法加入成纤聚合物中，所纺制的纤维即阻燃纤维具有阻燃性：第二种是在纺织品后处理工序中利用阻燃剂进行涂层加工。

目前，已发现研制的自身具备阻燃性能的阻燃纤维，主要有聚苯二甲酰苯二胺(PPTA)纤维、酚醛 (PHE)纤维、聚苯硫醚(PPS)纤维、聚苯并咪唑(PBI)纤维、聚对苯二甲酰草酸双脒腙金属螯合(PTO)纤维和聚醚酰亚胺(PEI)纤维等。通过共混、共聚、接枝改性等方法研制的阻燃纤维，主要有阻燃聚酯纤维(阻燃涤纶)、阻燃聚乙烯纤维(阻燃丙纶)、阻燃聚丙烯腈纤维(阻燃腈纶)、阻燃聚乙烯醇纤维(阻燃维纶)、阻燃聚酰胺纤维(阻燃锦纶)和阻燃黏胶纤维等[4]。

第一种方式中，常采用共混法，其次是共聚法，再次是接枝改性法。值得一提的是，虽然接枝改性法的制备成本高、所用设备复杂，但其获得的阻燃效果最好。共混法是指在纺丝液或纺丝熔体中加入阻燃剂而纺制成阻燃纤维。此法可以生产的纤维品种多，加工过程也比较简单，因此应用广泛。共聚法是指将磷、卤、硫等阻燃元素聚合在成纤高聚物分子链上，再纺制成阻燃纤维，其阻燃性能持久，但容易在高温条件下发生分解[5]。接枝改性法采用高能电子束或引发剂，使阻燃单体与成纤高聚物发生接枝共聚反应，得到的阻燃纤维阻燃性能优异且持久。

第二种方式是在织物表面加入阻燃剂并使其黏结在纤维表面达到阻燃效果的。此法不影响织物原有性能，其加工过程较简单。这种方式获得的阻燃效果因阻燃剂和纤维种类不同而存在差异。这种方式的加工方法主要有五种，分别是浸轧法、浸渍法、喷雾法、涂层法和有机溶剂法[6]。

1.4 环保性阻燃整理

对交通用纺织品进行阻燃整理的同时需考虑其环保性。目前，国际上流行的环保性阻燃整理有普鲁苯(Proban)阻燃整理和CP阻燃整理。

普鲁苯阻燃整理所使用的阻燃剂是一种安全环保、无毒无味且完全符合Oeko-Tex Standard 100环保认证要求的耐久性水溶性阻燃剂，其适用于棉及其混纺织物，能够在织物内部形成永久的交联。经过普鲁苯阻燃整理的织物能在保持其原有性能的前提下具备阻燃性能，还具有遇火炭化、离火自熄、有效防止火焰蔓延的特点，主要用作防护服，在交通领域常用作飞机、船舶、火车等交通工具中使用的工作服、床单、坐垫罩和窗帘等对环保性要求较高的阻燃纺织品。

CP阻燃整理指采用CP阻燃剂对织物进行整理，可赋予织物阻燃性能。经过CP阻燃整理的织物，经水洗及甲醛捕捉处理后，其甲醛含量可以达到目前最严格的标准要求，其性能甚至优于普鲁苯阻燃织物，并且织物中的甲醛含量永久一致，不足的是织物强力有所损失，而且价格昂贵，一般不在交通领域应用[7]。

2 阻燃织物在交通领域的应用

2.1 陆上交通

陆上交通用纺织品主要指火车和汽车上起装饰性和功能性作用的纺织品。在当今社会，汽车行业相当发达，是交通领域用纺织品的主要市场。火车企业一般为国家所有，其对所使用的纺织品的阻燃性能有一致的标准。汽车上使用的装饰性纺织品包括座椅、靠垫、地毯、门饰、护壁和车顶篷布等，功能性纺织品有安全带、轮胎线、传送带等。火车上使用的主要是车内装饰性纺织品，如座椅套、窗帘、地毯及卧铺使用的床单、被褥等。

国家规定的汽车内装饰材料的燃烧性能合格标准：火焰蔓延速率不得大于100 mm/min，火焰能在1 min内自行熄灭。装饰性纺织品中，为了提高其阻燃性能，可采用涂层法在车顶篷布上涂一层阻燃剂，减少停靠车辆被外在因素(比如强烈的阳光)点燃或灼烧的风险，此法也适用于汽车套、汽车盖布、货车盖布及火车篷盖布等。火车内的装饰性纺织品，除了要具有较强的阻燃性能外，其防污性和耐磨性也必须达到一定标准[8]。浸轧和浸渍法一般用于加工火车上的卧铺被罩、床罩、床单和座椅套及车顶覆盖织物，喷雾法一般用于汽车和火车上的地毯和其他花纹较复杂的织物。

2.2 海上交通

众所周知，在茫茫大海中，一艘轮船若在航行过程中出现发动机故障、电器短路或人为纵火，不及时处理，都会引起非常严重的火灾，在孤立无援的情况下，人财损失都相当严重。因此，船舶用装饰性纺织品除了满足美学和舒适的基本要求外, 还必须符合严格的防火标准。对地毯而言，要求其染色牢度高且耐久性好，还要求其能耐高温、抗腐蚀。船帆和绳索等功能性较强的纺织品，对其不易降解、抗紫外线、抗拉伸、抗弯曲等性能的要求较高。

2.2.1 船帆

船帆通常要求织物质量轻、耐久度高、防水和防霉变性能好且抗撕裂，其阻燃性能的要求也非常高。传统上船帆一般采用棉、麻等天然纤维材料制成, 而现在已很少使用天然纤维材料, 多采用化学纤维材料, 如聚酯纤维(涤纶)、芳香族聚酰胺纤维(芳纶)、高强高模聚乙烯纤维、液晶纺丝纤维、聚酰胺纤维(锦纶)、碳纤维和聚酯薄膜等[9]。为了使船帆在保留传统性能的同时具有更好的阻燃性能，建议使用芳纶、Vectran©液晶芳香族高性能聚酯纤维、PBO纤维和碳纤维。阻燃芳纶不仅具有优良的阻燃性能, 而且其织物质地轻薄，具有超高强度和弹性模量及耐酸耐碱、绝缘、抗静电、抗老化等优点，若在织物表面添加一层紫外线吸收剂可弥补其易吸湿而对紫外线较敏感的缺点，可以用于远航船帆。PBO纤维的断裂比强度高、耐热阻燃性好、弹性模量和伸长率高、不易变形，适用于进行海上巡航的船帆[10]。碳纤维具有超高水平的质量比强度及阻燃、抗日晒、抗疲劳、无蠕变、耐腐蚀、导电导热和电磁屏蔽等优异性能，在高性能船帆中使用广泛。

2.2.2 船舶内饰

随着科学技术的进步，各种高性能复合纤维广泛应用于船舶内饰纺织品。如PTT纤维，它不仅兼具涤纶、锦纶、腈纶的优良特性，还有较好的防污性、染色性、伸长性，其织物手感柔软、干爽并富有弹性，经过阻燃处理后是船舱内的座椅和床单面料的优良选择。

2.3 空中交通

航空用纺织品的性能要求远高于陆上和海上交通用纺织品，对其阻燃性能的要求尤其苛刻。早在20世纪80年代, 国际上就规定了飞机上使用的高分子材料(如塑料、纺织品)必须采用阻燃材料，并且该规定取得了显著的效果。根据美国国家运输安全委员会的数据，1962—1981年，美国飞机失事中有54%的乘客丧生,1982—2009年，这一数据下降了15%[11]。由此可见，阻燃织物在飞机安全系统中发挥着举足轻重的作用。

2.3.1 飞机罩布

飞机罩布是保护飞机免受自然环境和周围介质的直接影响的纺织品。过去的飞机罩布多采用帆布或其他韧性较大的单一材料制造，座舱盖布则采用含棉胶布制造。现在的飞机盖布多用经过改性的锦纶制成。改性锦纶具有较好的吸水性、阻燃性、耐热性、抗低温性、耐磨性和抗静电性，而且其力学强度堪比金属材料，除了用于飞机盖布和降落伞，还广泛应用于绳索、装卸皮带和汽车轮胎。另外，有些军用飞机盖布和机舱内壁由碳纤维制成。

2.3.2 舱内织物

飞机客舱内的座椅面料对阻燃性能的要求较高，一般由高性能阻燃纤维制成，如PEI纤维。PEI纤维的最大优势是LOI值较大(纤维的LOI值越大，所制成的织物的阻燃效果越好[12])，达到了44%，其长期使用温度为160 ℃、强度为0.8 GPa。PEI纤维织物遇火时放出的热量极低，燃烧时含烟浓度低且无毒气释放，并具有疏水性，耐破裂性优良[13]。因此，PEI纤维适合用作飞机客舱内的装饰性纺织品，如座椅面料。

图1所示为在国内某飞机上发生的一起纵火未遂事件，飞机客舱内座椅经多次点燃而留下燃烧痕迹[11]。在该事件中，尽管嫌疑人屡次试图点燃飞机客舱内座椅面料，但由于座椅面料采用了阻燃材料，其火焰蔓延速率很小，燃烧速度缓慢，每次点燃后燃烧时间不超过10 s即自然熄灭，保证了机组人员和乘客的安全。

图1 飞机客舱内座椅经多次点燃而留下燃烧痕迹

此外，飞机上使用的地毯可采用阻燃纤维和拒油拒水纤维混纺制成。这种织物具有优良的防污性、耐久性、耐磨性和阻燃性，而且色牢度很高，也不易褪色。目前，普通客舱采用遮光板代替了传统的纺织品窗帘，但部分特殊用途的公务舱仍使用纺织品窗帘，其可以采用聚酯纤维与少量玻璃丝混纺制成，不仅有较高的阻燃性能，还有较好的遮光和隔声效果，可以很好地保护个人隐私。

3 结语

随着科技的不断发展，人们对交通领域使用的阻燃织物的要求越来越高，除了要求纺织品具备较高的阻燃性能外，还要求阻燃整理对环境没有负面影响，并且经济效益可观。为了达到环保要求，相关纺织企业通常使用环保阻燃剂对纺织品进行阻燃处理(如普鲁苯)；也可以采用阻燃纤维纱与导电纤维纱交织，制成防摩擦起电的绝缘阻燃织物，用于交通工具内部装饰。这种方法既环保，又可避免在干燥空气条件下驾乘人员与内饰纺织品接触时产生静电，减少起火因素。从经济因素考虑，汽车、火车、船舶、飞机等交通工具上的座椅面料，可以采用成本较低的棉或黏胶纤维与阻燃纤维混纺织造，也可以使用空气变形纱织造。例如阻燃涤纶空气变形丝，不仅可以制作交通工具内的装饰性纺织品，还可以广泛用于交通工具的遮盖布[14]。阻燃织物兼具舒适性和阻燃性，同时其织造成本也有所下降，这有利于扩大其在国内外交通领域的应用。