（纺织工程专业论文）二元芳纶航空座椅挡火布的设计与开发.pdf

l l 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解丞洼王些太堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权云洼王些太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行 检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学 校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：导师签名： 迫衅 珥衅 签字日期：7 海7 月髟日签字日期：妒夕年9 月2 t ! 同 j 学位论文的主要创新点 一、产品设计方案创新。采用高性能耐高温防火纤维芳纶1 3 1 3 并在其中混入适量分解温度、熔化温度更高的芳纶1 4 1 4 纤维，制成 了具有优异耐高温、防火等性能的防护面料航空座椅挡火布。 二、设计方法创新。采用趋势分析法和回归分析法相结合分别对 二元芳纶混纺比和织物密度、组织结构构进行了优化，经权威测试验 证表明结果可靠。 三、纺纱技术创新。将两种强伸性能截然相反的纤维混纺成纱线， 所纺制的13 o t e x 纱线为目前所知芳纶混纺纱中最细，且指标良好。 纺纱过程中在静电防止和消除、纺纱应力缓解和释放方面从设备和工 艺角度积累和总结了较为完善的技术经验。 摘要 本文详细介绍了阻燃技术的发展和目前阻燃技术的分类情况。通过对材料性 能的对比得出应用高性能阻燃纤维是实现阻燃功能的最佳途径。文中详细介绍了 阻燃测试技术特别是航空座椅的阻燃测试技术。对高性能阻燃纤维芳纶1 4 1 4 和 芳纶1 3 1 3 的性能及应用情况进行了详细介绍和对比。 文章应用趋势分析法和回归分析法对航空座椅阻燃挡火布的设计过程进行了 详细描述，试图通过理论分析的合理性实现开发设计的可靠性。通过计算分析得 出适应挡火布性能的两种纤维的合理混纺比、织物结构和密度。通过采取特殊的 工艺成功将两种强伸性能差异显著的芳纶纤维二元混纺并制作成面料。本项目开 发的面料经过国际权威测试机构美国哥马克阻燃实验室( g o v m a r k ) 测试，其 烟密度、毒性和其他阻燃性能指标完全满足美国联邦航空管理局( f 从) 和欧洲 空中客车( a i r b u s ) 公司等机构的相关标准。 本项目的创新点在以下几个方面： 一、产品设计方案创新。采用高性能耐高温防火纤维芳纶1 3 1 3 并在其中混 入适量分解温度、熔化温度更高的芳纶1 4 1 4 纤维，制成了具有优异耐高温、防 火等性能的防护面料一航空座椅挡火布。 二、设计方法创新。采用趋势分析法和回归分析法相结合分别对二元芳纶混 纺比和织物密度、组织结构构进行了优化，经权威测试验证表明结果可靠。 三、纺纱技术创新。将两种强伸性能截然相反的纤维混纺成纱线，所纺制的 1 3 o t e x 纱线为目前所知芳纶混纺纱中最细，且指标良好。纺纱过程中在静电防 止和消除、纺纱应力缓解和释放方面从设备和工艺角度积累和总结了较为完善的 技术经验。 关键词：航空座椅挡火布设计生产优化二元混纺芳纶 a b s t r a c t t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h ed e v e l o p m e n to ff l a m e - r e t a r d a n tt e c h n o l o g ya n dt h e c u r r e n tc l a s s i f i c a t i o no ft e c h n o l o g yi nd e t a i l ，c o m p a r i s o no fp e r f o r m a n c eo b t a i n e db y t h ea p p l i c a t i o no ft h er e a l i z a t i o no fh i g h - - p e r f o r m a n c ef l a m e - r e t a r d a n tf i b e ri st h eb e s t w a yt of i r e - r e t a r d a n tf e a t u r e s t e s t i n go ff l a m er e t a r d a n tt e c h n o l o g y , e s p e c i a l l yt h e s e a to ft h ef i r e - r e t a r d a n ta i rt e s tc a r r i e do u ti nd e t a i l h i g h p e r f o r m a n c ef i b e rp p t a a n dp m i at h ep e r f o r m a n c eo ft h ea p p l i c a t i o nd e s c r i b e di nd e t a i la n dc o n t r a s t a p p l i c a t i o no ft r e n da n a l y s i sa r t i c l e sa n dr e g r e s s i o na n a l y s i so ff i r er e t a r d a n t f a b r i c sb l o c kt h ed e s i g np r o c e s sad e t a i l e d d e s c r i p t i o no ft h et h e o r yo fr a t i o n a l a t t e m p t st oa c h i e v ed e v e l o p m e n ta n dd e s i g no fr e l i a b i l i t y a n a l y s i sa d a p t e dt ob l o c k t h ef i r ep e r f o r m a n c eo ft h et w of i b e rc l o t hr a t i o n a la n dr e a s o n a b l et h a nb l e n d e df a b r i c s t r u c t u r ea n dd e n s i t y p r o c e s s t h r o u g ht h e s u c c e s so fas p e c i a lt w os i g n i f i c a n t d i f f e r e n c e si ns t r e n g t ha n de l o n g a t i o np r o p e r t i e so fb i n a r yb l e n d sa n dt h ef i b e r si n t o f a b r i c s p r o p e r t i e so ff a b r i c sa b o v el i k e ：s m o k ed e n s i t y , t o x i c i t ya n df l a m e - r e t a r d a n t , h a sp a s s e di nt e s t i n gb yw o r l dl e a d i n go r g a n i z a t i o n - t h eu n i t e ds t a t e sg o v m a r k f l a m a b i l i t yt e s t i n gl a b o r a t o r y , a l lt e s ti t e m sf u l l ym e e tt h er e l a t e ds t a n d a r d sr e q u i r e d b yu n i t e ds t a t e sf e d e r a la v i a t i o na u t h o r i t y ( f a a ) a n dt h ee u r o p e a na i r b u sc o m p a n y f u r t h e r m o r e ，t h ef a b r i c sa r ei nh i g hq u a l i t ya n dl o wc o s t ，w h i c hh e l p sw i n n i n g a p p l a u df r o mf a a a n da i r b u s i n n o v a t i o no ft h i sp r o j e c ti nt h ef o l l o w i n ga r e a s ： 1 i n n o v a t i v ep r o d u c t d e s i g np r o g r a m a l lh i g h p e r f o r m a n c e f i b e r h i g h t e m p e r a t u r ef i r e ，i np m i af i b e r sm i x e dw i t ha na p p r o p r i a t ea m o u n to fd e c o m p o s i t i o n , ah i g h e r m e l t i n gt e m p e r a t u r eo fp p t a ，m a d ew i t h e x c e l l e n th i g ht e m p e r a t u r e p r o p e r t i e so f f i r ep r o t e c t i v ef a b r i c s 2 i i n n o v a t i v ed e s i g nm e t h o d s u s i n gt r e n d a n a l y s i sa n dr e g r e s s i o na n a l y s i s w e r ec o m b i n e df o r t h e b e s tb l e n dr a t i oa n df a b r i c d e n s i t ya n do p t i m i z e d o r g a n i z a t i o n a ls t r u c t u r e ，t h er e s u l t si n d i c a t et h a tr e l i a b l ea u t h e n t i c a t i o n 3 t e c h n o l o g i c a li n n o v a t i o ns p i n n i n g s t r e n g t ha n de l o n g a t i o np r o p e r t i e so ft h et w o d i a m e t r i c a l l yo p p o s e db l e n d e df i b e r si n t oy a r n ，t h e13 0 t e xa r a m i dy a r na sf a ra sw ek n o wt h e m a x i m u mn u m b e ro ft e a m s ，a n dg o o di n d i c a t o r s i nt h ee l e c t r o s t a t i cs p i n n i n gp r o c e s st op r e v e n t a n de l i m i n a t e ，a l l e v i a t es t r e s si nt h es p i n n i n ga n dr e l e a s eo fe q u i p m e n ta n dp r o c e s s e sf r o mt h e p o i n to fa c c u m u l a t i o na n ds u m m e du pt h ee x p e r i e n c eb e t t e r e c h n o l o g i c a li n n o v a t i o ns p i n n i n g s t r e n g t ha n de l o n g a t i o np r o p e r t i e so ft h et w od i a m e t r i c a l l yo p p o s e db l e n d e df i b e r s i n t oy a m i nt h ep r e v e n t i o na n de l i m i n a t i o no fs t a t i ce l e c t r i c i t y , i nt h es p i n n i n g a l l e v i a t es t r e s sa n dr e l e a s eo fe q u i p m e n ta n dp r o c e s s e sf r o mt h ep o i n to fa c c u m u l a t i o n a n ds u m m e du pt h ee x p e r i e n c eb e t t e r k e yw o r d s ：a v i a t i o n ，f i r e - p r o t e c t i o nf a b r i c s ，d e s i g n ，b l e n d s ，a r a m i d | j 目录 目录 第一章阻燃技术、检测方法及法规概述1 1 1 引。言1 1 2 阻燃技术及发展情况1 1 2 1 纤维的阻燃处理1 1 2 1 1 纤维阻燃机理1 1 2 1 2 纤维阻燃处理方法1 1 2 1 2 1 提高成纤高聚物的热稳定性的方法1 1 2 1 2 2 原丝阻燃改性2 1 2 2 织物的阻燃整理2 1 2 2 1 织物阻燃机理2 1 2 2 2 影响织物燃烧性能的因素2 1 2 2 2 阻燃整理方法3 1 2 3 纺织品常用阻燃剂3 1 2 3 1 按所含阻燃元素分分为以下三类3 1 2 3 2 按阻燃织物的耐久程度分类4 1 2 4 两类纺织品阻燃处理方式对比4 1 3 测试阻燃特征的方法5 1 3 1 阻燃性能评判依据5 1 3 2 阻燃测试方法5 1 3 2 1 测试方法按规模大小分类5 1 3 2 2 阻燃测试方法按试验目的分类6 1 3 3 纺织品燃烧性能其他测试方法6 1 4 阻燃法规6 1 4 1 我国制订并实施的测试方法标准7 1 4 2 美国阻燃材料标准及测试方法7 1 5 本章小结8 第二章航空座椅对阻燃技术的要求9 2 1 航空座椅阻燃概述9 2 1 1 飞机座椅用聚氨酯软泡的发展9 2 1 2 飞机座椅垫聚氨酯软泡的阻燃方式9 目录 2 1 3 挡火层1 0 2 2 适航标准及检测方法1 l 2 2 1 垂直燃烧试验1 2 2 2 2 座椅垫油燃烧试验1 2 2 2 3 烟密度和毒性1 3 2 2 4 航空阻燃标准对照1 4 第三章高性能芳纶纤维及其应用1 6 3 1 高性能纤维概述1 6 3 2 高性能芳纶纤维的发展历史1 7 3 3 芳纶分类及性能特点1 8 3 3 1 防火纤维一间位芳纶1 3 1 3 ( p m i a ) 性能及应用1 9 3 3 2 对位芳纶1 4 1 4 ( p p l a ) 性能及应用2 1 3 4 结束语2 3 第四章航空座椅挡火布的设计及生产2 4 4 1 项目开发目的2 4 4 1 1 目前航空座椅挡火布研制和生产情况综述2 4 4 1 2 研制航空座椅挡火布的必要性2 5 4 1 3 航空座椅挡火布的开发目标2 5 4 2 产品设计2 6 4 2 1 小样纯纺和检测2 6 4 2 1 1 实验方案及纤维基本指标2 6 4 2 1 2 仪器、实验条件及结果2 7 4 2 2 纱线的强伸性能设计2 7 4 2 2 1 纱线断裂机理2 7 4 2 2 2 双组分混纺纱强伸性能分析2 8 4 2 2 3 纱线燃烧性能评估3 0 4 2 2 4 结论3 l 4 2 3 织物设计与阻燃性能3 1 4 2 1 织物规格设计3 1 4 2 4 2 结果与分析3 3 4 2 4 3 结论3 3 目录 4 3 生产关键点实现和质量控制3 4 4 3 1 纱线生产控制重点3 4 4 3 1 1 工艺技术流程3 4 4 3 1 2 纺纱过程中解决的问题3 5 4 3 2 织造重点控制项目3 7 4 3 2 1 整经3 7 4 3 2 2 上浆3 7 4 3 2 3 织造3 7 4 3 2 4 后整理3 8 4 4 结果及结论3 8 第五章结论4 0 参考文献4 1 附录4 3 芳纶1 4 1 4 红外光谱图4 3 芳纶1 3 1 3 红外光谱图4 4 哥马克烟密度测试报告1 2 4 5 哥马克烟密度测试报告2 2 4 6 哥马克燃烧性能测试报告1 2 4 7 哥马克燃烧性能测试报告2 2 4 8 中国民用航空规章运输类飞机适航标准( 2 0 0 1 年5 月1 4 日第三次修订) 4 9 发表文章5 5 致谢5 6 第一章阻燃技术、检测方法及法规概述 1 1 引言 第一章阻燃技术、检测方法及法规概述 阻燃是人类征服自然以求减免灾难的永恒课题，更是提高公共消防能力，确 保生命财产免遭火灾吞噬的重要措施。如今合成纤维材料及天然纤维已成为人们 衣食住行等的重要物质，但因其易燃性( 其极限氧指数大都为1 7 2 0 ) 而带来的 火灾隐患已成为全球关注的社会问题。为此，世界各国相继制订了一系列相关的 阻燃法规，涉及公共设施及场所使用的窗帘、帷幕、地毯、衬垫、床罩和纤维饰 物等。阻燃标准和监管要求越来越严。特别是航空阻燃标准及法规最为严格，航 空领域对民用飞机座舱内防护层、座椅内衬、靠垫、外罩以及其它纺织品均有严 格的阻燃要求，从而大大促进了高性能阻燃面料及其应用技术的研究、生产和消 费。由此可见，航空阻燃面料的研究开发对保障乘客的人身安全、减低飞机火灾 损失具有具有重大的历史和现实意义。 1 2 阻燃技术及发展情况 纺织品的阻燃按生产过程及阻燃剂的引入方法大致分为纤维的阻燃处理和 织物的阻燃整理两类嘲。 1 2 1 纤维的阻燃处理 1 2 1 1 纤维阻燃机理 纤维的阻燃处理是对一些本身是可燃的原丝( 如涤纶、腈纶等) 加入某种阻 燃剂，使其抑制燃烧过程中的游离基；或是改变纤维的热分解过程，促进脱水炭 化：有些则是使阻燃剂分解释放出不燃气体覆盖在纤维表面，起隔绝空气作用。 1 2 1 2 纤维阻燃处理方法 1 2 1 2 1 提高成纤高聚物的热稳定性的方法 ( 1 ) 在成纤高聚物的大分子链中引入芳环或芳杂坏，增加分子链的刚性、大 分子链的密集程度和内聚力，然后将这种高热稳定性的高聚物用湿法纺丝制成纤 维。 ( 2 ) 通过纤维中线形大分子链间交联反应变成三维交联结构，阻止碳链断裂， 第一章阻燃技术、检测方法及法规概述 成为不收缩，不熔融的阻燃性纤维。 ( 3 ) 将纤维在2 0 0 3 0 0 c 的空气氧化炉中停留几十分钟或数小时使纤维大分 子受热后发生炭化，成为具有阻燃性的纤维。 1 2 1 2 2 原丝阻燃改性 原丝阻燃改性有以下三种方法。 ( 1 ) 共聚法：在成纤高聚物的合成过程中，把含有磷、卤、硫等阻燃元素的 化合物作为共聚单体( 反应型阻燃剂) 引入到大分子链中，再把这种阻燃性强的物 质加到纤维中。 ( 2 ) 共混法：与共聚法同属原丝改性，是将阻燃剂加入纺丝熔体或溶液纺制 阻燃纤维的方法。 ( 3 ) 接枝改性：用放射热、高能的电子束或化学引发剂使纤维与乙烯基型的 阻燃单体发生接枝共聚，是获得有效而持久的阻燃改性方法。接枝阻燃改性纤维 的阻燃性与接枝单体中阻燃元素的种类及接枝部位有关，接枝部位对阻燃效果的 影响次序为：芯部接枝 均匀接枝 表面接枝。 1 2 。2 织物的阻燃整理 1 2 2 1 织物阻燃机理 对于织物的阻燃机理学术界没有统一的看法，不同的材料所表现的特征也有 所不同。目前主要有以下几种理论： 覆盖层理论：指某些阻燃剂在高温下能在纤维表面形成玻璃状或稳定泡沫覆 盖层，具有隔绝作用，一方面阻止氧气的供应，另一方面阻止可燃气体向外扩散， 从而达到阻燃目的。 不燃气体理论：阻燃剂受热分解出不燃气体，将纤维素分解出来的可燃气体 浓度冲淡到燃烧下限以下。 吸热理论：阻燃剂在高温下，发生吸热反应，降低温度阻止燃烧蔓延。此外， 织物整理后能将热量迅速传出，致使纤维素达不到着火燃烧的温度。 化学反应论( 催化脱水论) ：阻燃剂在高温下，酸与纤维素发生反应，使纤 维催化脱水炭化，减少可燃气体的产生。 1 2 2 2 影响织物燃烧性能的因素 织物的燃烧性能除了基本上取决于纤维的化学组成外，还与织物上含有的染 2 第一章阻燃技术、检测方法及法规概述 料、整理剂、织物的组织结构及外界条件等有一定的关系。 织物的组织结构影响织物的燃烧速率和火焰的蔓延性能，相同的纤维材料， 组织结构紧密而厚重的织物其燃烧速率较慢且不易蔓延，因为紧密厚重织物中的 空气含量相对较低，供氧不足而使燃烧性能降低。所以合理选择组织结构，以最 轻最少的纤维得到最佳的阻燃效果。 温度对织物燃烧性能的影响可用极限氧指数的变化来说明，当燃烧温度从 2 5 c o 升高到1 5 0 c o 时，未阻燃棉的极限氧指数从1 8 降到1 4 ，而阻燃棉从3 5 降 到2 7 ，织物的易燃性随温度的升高而增加。 织物的燃烧性能受到含湿量影响，织物受到燃烧时，首先水分蒸发需要吸热， 织物相对湿度高，对火焰的扩散有抑制作用，在湿空气中的燃烧速率一般比较慢。 空气压强的大小对织物燃烧速率也有一定影响，燃烧速率随空气压强的增加 而增加，这是因为空气中的氧气分压随压强增加而提高，所以燃烧速率加快。 1 2 2 2 阻燃整理方法 常用阻燃整理方法有以下四种。 浸轧焙烘法：阻燃整理工艺中应用最广的一种工艺。工艺流程为浸轧预烘 焙烘后处理。浸轧液一般由阻燃剂、催化剂、树脂、润湿剂和柔软剂组成，配 制成水溶液或乳液进行整理。 浸渍烘燥法：又称吸尽法。是将织物在阻燃液中浸渍一定时间后，再干燥 焙烘使阻燃液被纤维聚合体吸收。 有机溶剂法：该法是使用非水溶性的阻燃剂，其优点是阻燃整理时的能耗低。 但在实际操作中，要注意溶剂的毒性和燃烧性。 涂布法：将阻燃剂混入树脂内，靠树脂的粘合作用使阻燃剂固着在织物上。 根据机械设备的不同分为刮刀涂布法和浇铸涂布法。 1 2 3 纺织品常用阻燃剂 1 。2 3 1 按所含阻燃元素分为以下三类 含卤阻燃剂：热解过程中，分解出捕获传递燃烧自由基的x 及h x ，h x 能 稀释纤维裂解时产生的可燃气体，或隔断与空气的接触。 含磷阻燃剂：燃烧过程中产生磷酸酐或磷酸，促使纺织品脱水炭化，阻止或 减少可燃气体产生。此外，磷酸酐在热解时形成类似玻璃状的熔融物覆盖在织物 上，促使其氧化生成二氧化碳，起到阻燃作用。 含氮阻燃n - 氮的化合物能和纤维素作用，促进交链成炭，降低织物的分解 第一章阻燃技术、检测方法及法规概述 温度，产生的不燃气体，起到稀释可燃气体的作用。 1 2 3 2 按阻燃织物的耐久程度分类 非耐久性阻燃整理剂：暂时性阻燃整理剂。大部分为水溶性( 或乳液) 的无机 盐。处理时先将阻燃剂溶于水，织物经浸渍烘干即可使用；也有二浴浸轧的，第 二浴用氨水或纯碱，使金属氧化物沉积在织物上。该法工艺简单，价格较低，但 织物的手感较差，洗涤后阻燃效果大幅度下降。 半耐久性阻燃整理剂：其阻燃产品能耐1 1 0 次温和洗涤，但不耐高温皂洗。 该法有尿素磷酸法( 通常称b a n f l a m 法) 、磷酸尿酯法、磷酸铵羟甲基氰铵甲醋 混合溶液法。 耐久性阻燃整理剂：采用化学法在纤维内部表面进行聚合或缩合反应，形成 不溶于水的聚合物，一般要求耐洗程度3 0 次以上。该法主要有汽巴c p 法和 p r o b a n 法。c p 法由瑞士汽巴嘉基公司创造，该法加工工艺容易实施，阻燃效果 显著，缺点是织物强力损失较大，对服饰性能影响较大；p r b a n 法由英国奥布赖 威尔逊有限公司创造，该法整理的织物，阻燃效果好，特别是处理后织物的手感 与强力保持是任何其他整理方法所不可比拟的，但此法危险性较大，环境污染严 重，推广受到限制。 1 2 4 两类纺织品阻燃处理方式对比 纺织品的阻燃方法大致分为阻燃整理和阻燃纤维两大类，以下是两种阻燃方 法的比较。 表1 1 阻燃处理方式比较表 阻燃方阻燃剂成本生产成环保 阻燃效果织物效果 添加量综合成本前景 式 ( 元吨)本性 对织物物理性能无 纺丝时 永久影响，染色效果更15 0 0 0 - 2 0 0 0 0多高高3 0 环保发展方向 处理 好 有次数强力、手感、染色 后整理 15 0 0 0 2 0 0 0 0 少低低 有毒逐渐减少 限制等效果略差 目前阻燃纤维已有几十个品种可分为分两类，一类是对一般大类纤维通过原 丝改性的方法制取阻燃纤维，如阻燃涤纶、阻燃腈纶、阻燃维纶等；另一类是纤 4 第一章阻燃技术、检测方法及法规概述 维本身就具有阻燃性能的高性能纤维，如聚酰胺、聚酰亚胺纤维、杂环聚合物聚 苯并咪唑纤维、酚醛纤维、芳纶纤维等，这类纤维在军工、冶金、航天航空等特 殊领域有很广泛的用途，阻燃效果、稳定性更加卓越，拥有巨大的发展空间。 1 3 测试阻燃特征的方法 为了减少由于纺织品易燃引起的火灾事故，减少由此造成的对人生命和财产 安全的危害，纺织品燃烧性能的测试受到了世界各国的高度关注。对阻燃特征的 描述和测试方法也是各国不断探索的方向。 1 3 1 阻燃性能评判依据 目前评判织物的阻燃性能通常采用两种依据： 一是从织物的燃烧速率来进行评判。即经过阻燃整理的面料按规定的方法与 火焰接触一定的时间，然后移去火焰，测定面料继续有焰燃烧和无焰燃烧的时间， 以及面料被损毁的程度。有焰燃烧的时间和无焰燃烧的时问越短，被损毁的程度 越低，则表示面料的阻燃性能越好；反之，则表示面料的阻燃性能不佳。 另一种是通过测定样品的极限氧指数来进行评判。氧指数( o x y g e ni n d e x ) 简 称o i 。是在规定条件下，试样在氧、氮混合气流中，维持平稳燃烧所需的氧气 浓度，以氧所占体积百分数表示。氧指数高表示材料不易燃烧，氧指数低表示材 料容易燃烧，一般认为氧指数 2 7 属难燃材料。 1 3 2 阻燃测试方法 纺织品燃烧测试方法因原理、设备和目的不同而呈多样性。各种测试方法的 测试结果之间难以相互比较，实验结果仅能在一定程度上说明试样燃烧性能的优 劣。燃烧实验方法主要用来测试试样的燃烧广度( 炭化面积和损毁长度) 、续燃时 间和阴燃时间。 1 3 2 1 测试方法按规模大小分类 测试方法按规模大小，可分为大、中、小型试验。大型包括建筑物着火试验， 模拟实际火场情况，测试燃烧难易程度。该类试验，对场所条件要求很高，设计 安排时间很长，花费资盒高。中型试验包括散热试验，用于评定墙壁、木料、涂 料等材料的燃烧性能。该类试验测得结果比较切合实际，试验条件也不低，资金 也比较高，纺织上有时对地毯、墙纸也进行试验，但数量不多，国内仅有参照该 5 第一章阻燃技术、检测方法及法规概述 类方法做相似的模拟试验。小型试验比较方便，仪器简单，材料少，成本也低， 目前国内外应用广泛，大部分标准和测试方法均属此类。 1 3 2 2 阻燃测试方法按试验目的分类 鉴定火灾危险性按测定目的，依据主要因素分为六类，即易燃性试验方法、 表面火焰传播试验方法、耐火性试验方法、发烟性试验方法、放热量试验方法、 燃烧产物毒性试验方法。 多年来，国内进口或设计了多种阻燃测试仪器，并进行了各种条件试验，对 于这些标准方法，要取得良好的重现性，测试条件是关键。其中对数据影响最大 的是( 1 ) 织物和空气的温湿度：( 2 ) 火焰大小和温度；( 3 ) 1 t 周通风条件( 试验箱) 等； ( 4 ) 试样大小和火焰的相对位置。 试验中也发现各种不同的标准试验方法，由于要求和条件不同，结果常有差 别，有时对某一标准方法结果较好，但对另一方法，结果不好甚至很差。因此， 各种标准试验方法，仅能说明在某一规定实验条件下，对火焰、热或燃烧表示的 安全性，不一定能说明在实际火灾中着火危险性或燃烧程度。在研究或开发阻燃 产品时，首先要规定测试阻燃标准和方法。据统计，国际上的标准测试方法，总 数约3 0 0 多种，根据要求都可查阅文献或资料加以选用，这罩不作具体介绍。 1 3 3 纺织品燃烧性能其他测试方法 可用于科研或生产的织物燃烧性能的几种应用较广泛的小型测试方法。 发烟性试验法( 参照g b 8 3 2 3 。8 7 ) 。根据长期积累的各类火灾资料，分析燃烧 物的烟雾和毒性，其危害性常比燃烧时产生的火焰和热量更为严重，是导致人类 死亡的主要原因。国内外都有该类专用仪器设备进行测试，原理较多采用光透过 法。通过烟密度测度透过率和时间曲线可以得出各种参数，包括光密度、最大烟 密度、平均发烟速度以及透光率、从最大到7 5 ( 比光密度1 6 ) 所需要的时间，从 而较全面地评价阻燃纺织材料的发烟性。建筑行业和效能运输部门常应用该类仪 器及测试方法以研究和选用阻燃材料。 闪点和自燃点测定( g b 9 3 4 3 8 8 ) 。闪点指材料受热分解放出可燃气体，并刚 刚能被外界小的火焰点着时周围空气的最低初始温度。白燃点指材料受热达到一 定温度后不用外界点火源点燃，而自行爆炸或燃烧时周围空气的最低初始温 度。 阻燃整理热分析。当织物按一定温度程序在受热或冷却时常发生一系列的物 理或化学变化。热分析技术是研究或测定当发生这些变化时，物质的质量或能量 随( 或时间) 变化的函数关系。热分析技术内容较多，阻燃测试中常用的是热解重 6 第一章阻燃技术、检测方法及法规概述 量分析法( t g a ) 和有差示扫描量热法( d s c ) 。 1 4 阻燃法规 目前国际上纺织品阴燃性能测试方法较多，每个国家都有自己的标准，如英 国b s 、德国d i n 、加拿大c g s b 、美国f s 、瑞士s n v 、日本j i s 、法国a n f 、 瑞典s i s 、中国g b 以及国际公认的标准i s o 等。某些国家的地区和组织，如美 国的纽约、波士顿、加利福尼亚等大城市或州，以及商务部( d o c f f ) 、运输部( d o t ) 和军事机构等；各团体、学会或协会，如国家防火协会m f p a ) 、化学家和染色 家协会( a a t c c ) 、材料试验学会( a s t m ) 等，均有一套自己的测试标准和方法。 不同类别的纺织品专门的品种或成品，就有不同的测试方法，如普通纺织品( 包 括各种床上用品) 、服装纺织品( 包括儿童睡衣、工作服和防护服等) 、装饰布( 包 括窗帘、幕布、帐蓬布等) 、地面覆盖物( 地毯等) 以及飞机、火车、汽车、船舶内 纺织用品等。 二 1 4 1 我国制订并实施的测试方法标准 我国制定的阻燃标准有g b t 5 4 5 4 1 9 9 7 纺织品燃烧性能试验氧指数法、 g b t 5 4 5 5 1 9 9 7 纺织品燃烧性能试验垂直法、g b t f 5 4 5 6 1 9 9 7 纺织品燃烧 性能试验垂直方向火焰蔓延性能的测定等。 我国目前对于服装阻燃性能的测试主要采用g b t 5 4 5 5 1 9 9 7 纺织品燃烧性 能试验垂直法。其原理是将一定尺寸的试样垂直置于规定的燃烧试验箱中，用 规定的火源点燃1 2 秒，除去火源后测定试样的续燃时间和阴燃时间，阴燃停止 后，按规定的方法测出损毁长度。该方法可用于服用织物、装饰织物、帐篷织物 等的阻燃性能测定。中国的纺织品阻燃性能评价方法是以织物的燃烧速率为主要 依据的，只有符合标准要求的纺织产品才能被视为阻燃产品。 1 4 2 美国阻燃材料标准及测试方法 美国阻燃材料标准为a n s i u l 9 4 1 9 8 5 标准试验共有五种测试方法。 ( 1 ) 9 4 h b 级的水平燃烧试验方法 本试验采用长1 2 7 m m ，宽1 2 7 m m ，最大厚度1 2 7 m m ，最小厚度3 0 5 m m 的小条状试样。在无通风的试验箱中进行。 评为9 4 h b 级的材料，试样厚度为1 2 7 m m 时，在7 6 2 m m 标距上的燃烧速 度不大于3 8 1 m m m i n ，或试样厚度小于3 0 5 m m 时，燃烧速度不大于3 8 1 m m m i n 或在达到1 0 2 m m 标线之前，必须停止燃烧。 7 第一章阻燃技术、检测方法及法规概述 ( 2 ) 9 4 7 - 0 、9 4 7 - 1 、9 4 v - 2 级的垂直燃烧试验方法 u l 9 4 中的垂直燃烧试验根据样品燃烧时间，熔滴是否引燃脱脂棉等试验结 果，把聚合物材料定为v - 2 ，v - 1 ，v - 0 和5 v 四个级别，其中以v - 2 级为最低阻燃 级，5 一v 级为最高阻燃级。先介绍9 4 v - 0 、9 4 v - 1 、9 4 v - 2 级试验方法见表1 - 1 。 表1 2 垂直燃烧试验测试标准 级别测试项目 9 4 v - 09 4 7 - 19 4 v 2 1十次点燃总有焰燃烧时间最大值( 秒)5 02 5 02 5 0 2 个别的有焰燃烧时白j 最大值( 秒) 1 03 03 0 3 无焰燃烧时间( 秒) 3 06 06 0 4 有焰熔滴无无允许短时燃烧 此试验用小条试样长1 2 7 m m ，宽1 2 7 m m ，最大厚度1 2 7 m m 。在无通风试 验箱中进行。试样上端( 6 4 m m 的地方) 用支架上的夹具夹住，并保持试样的纵 轴垂直。试样下端距灯嘴9 5 m m ，距干燥脱脂棉表面3 0 5 m m 。将本生灯点燃并 调节至产生1 9 m m 高的蓝色火焰，把本生灯火焰置于试样下端，点火1 0 秒，然 后移去火焰( 离试样至少1 5 2 m m 远) ，并记下试样有焰燃烧时间。若移去火焰后 3 0 秒内试样的火焰熄灭，必须再次将本生灯移到试样下面，重新点燃试样点火 1 0 秒，然后再次移开本生灯火焰，并记下试样的有焰燃烧和无焰燃烧的续燃时 问。若试样熔滴有烟棵里，让其落入试样下3 0 5 m m 的脱脂棉上，看其是否引燃 脱脂棉。若脱脂棉着火，评级时应考虑其因素。 ( 3 ) 9 45 - v 级的垂直燃烧试验方法 9 45 一v 级垂直燃烧试验分a 法和b 法两种( a 法为试条，b 法为试片) ，是 比9 4 v - 0 、9 4 v - 1 、9 4 v - 2 测试更严格的实验方法。 不同用途对阻燃性有不同要求。一般说来，人们总希望材料的阻燃性级别高 一些。但事实上各种阻燃测试方法都有其局限性，其结论都是相对的。因此并不 是阻燃级别越高越好，例如通常认为u l 9 4v - 0 级的材料比v - 2 级的好。然而某 些电器产品要求材料具有抗电弧点燃性，这时v - 2 级就比v - 0 级好。因为9 4 v - 2 级塑料不会在电作用下形成导电而结焦，从而大大降低了着火的可能性，而9 4 v - 0 级塑料则相反。 1 5 本章小结 本章对阻燃技术的原理、阻燃处理剂、阻燃处理方式进行了比较详细的介绍。 对阻燃测试的评判标准、测试方法和测试法规进行综合叙述。纤维材料通过结构 的变化产生阻燃效果是发展的趋势。 8 第二章航空座椅对阻燃技术的要求 第二章航空座椅对阻燃技术的要求 2 1 航空座椅阻燃概述 我国及国际标准要求【5 】：地板覆盖物、纺织品( 包括帷幕和罩布) 、座椅垫、 衬垫、有涂层的织物( 装饰性和非装饰性的) 、皮革制品、托盘和厨房设备、电 气套管、隔热和隔音物及绝缘表层、空气导管、接头和边缘遮盖物、b 级和e 级货舱或行李舱衬挚、c 级和d 级货舱或行李舱地板、隔绝毯、货物覆罩、透 明材料及模塑和热成形的零件、空气导管接头和镶边条( 装饰用和防磨用) 。平 均烧焦长度不得超过2 0 3 毫米( 8 英寸) ，移去火源后的平均焰燃时间不得超过 1 5 秒。试样滴落物在跌落后继续焰燃的时间，平均不超过5 秒。( 详见附录：中 国民用航空规章运输类飞机适航标准( 2 0 0 1 年5 月1 4 日第三次修订) 2 5 8 5 3 ) 。 目前座椅是航空器特别是民用航空器上最易燃部分之一。早期的座椅垫一般 是由阻燃材料聚氨酯泡沫和复盖的装饰罩两部分组成。由于在飞机内使用了相当 数量的泡沫材料，这个潜在的燃烧源可能导致着火并扩散到整个舱内，产生大量 的烟雾和有毒气体，使人中毒窒息造成大量的人员伤亡。在舱内着火时，阻止火 焰进入座椅挚泡沫的一个较好办法就是用高度阻燃薄层材料来封闭泡沫块和防 止外部火焰的侵蚀。 2 1 1飞机座椅用聚氨酯软泡的发展 飞机座椅较早使用的座椅挚泡沫是聚氨酯块状泡沫切割而成，这种材料并不 阻燃。2 0 世纪8 0 年代之后，国外飞机座椅制造商开始使用热熟化聚氨酯泡沫作 为飞机座椅垫材料，典型的有意大利的a v i o 公司。2 0 世纪9 0 年代，国内民航 零部件供应商换装的第一批飞机座椅垫泡沫芯就是热熟化制品，换装的飞机数量 超过1 0 0 架。但是，热熟化聚氨酯泡沫制品的机械性能和阻燃性能均较差 6 3 。 2 1 2 飞机座椅垫聚氨酯软泡的阻燃方式 一般有添加法和反应接枝法两种方法获得阻燃聚氨酯软泡。添加型阻燃剂以 液态阻燃剂为主，液体阻燃剂主要是含磷、氯、溴元素的有机化合物，如三( 2 2 氯丙基) 磷酸酯( t c p p ) 、三( 2 2 氯乙基) 磷酸酯( t c e p ) 、三( 二氯丙基) 磷酸 酯( t d c p p ) 、四( 2 2 氯乙基) 亚乙基二磷酸酯、甲基膦酸二甲酯( d m m p ) 、多 溴二苯醚、b p 6 0 等等。固态阻燃剂如三聚氰胺、三氧化锑、氢氧化铝、硼酸盐、 聚磷酸铵、三( 2 ，3 2 二溴丙基) 异三聚氰胺酯等也用于聚氨酯泡沫塑料的阻燃。 9 第二章航空座椅对阻燃技术的要求 用于聚氨酯软泡的反应型阻燃剂主要有三( 一缩二丙二醇) 亚磷酸酯，但其 主要用于火焰复合软泡的阻燃。德国c l a r i a n t 公司开发了一种反应型无卤含磷二 元醇产品e x o l i to p 5 5 0 ，添加这种阻燃剂制得的阻燃聚醚型聚氨酯软泡，阻燃性 持久，成雾性较低。对各种密度的聚醚型软质聚氨酯泡沫塑料，在美国f m v s s 3 0 2 试验中获得自熄性所需的阻燃剂用量，e x o l i to p5 5 0 仅为三( 二氯丙基) 磷酸 酯( t d c p p ) 的l 2 。国内有人研究发明了一种纳米级难燃聚合物聚醚多元醇， 其中不含磷、卤等阻燃元素，用其制备的聚氨酯高回弹软泡的氧指数高达2 8 ， 烟密度小于6 0 。 由于飞机座椅垫油燃烧测试时的温度高达1 0 0 0 。c ，对聚氨酯软泡的阻燃性 能要求很高，要求阻燃剂的阻燃效率较高；尽管目前国内适航规范还没有要求烟 毒测试，但与空客标准看齐只是时间问题，这就要求聚氨酯软泡阻燃无卤化；对 装备飞机的零部件的重量有严格要求，尤其是维修时更换的零部件，如果超重将 使飞机的重心发生变化造成安全隐患，使用密度较大的固体阻燃剂将使座椅挚重 量增加。因此，考虑上述情况就对飞机座椅垫所用的聚氨酯软泡的阻燃性能提出 了更高要求。 2 1 3 挡火层 f a a 进行的全尺寸实验室着火试验已证明，相当数量的飞机泡沫座椅垫材料 是造成舱内着火的重要