一种聚酯阻燃吸音棉及其制备方法

技术领域

本申请涉及吸音棉的技术领域，尤其是涉及一种聚酯阻燃吸音棉及其制备方法。

背景技术

聚酯纤维吸音棉又称玻璃棉，是一种以聚酯纤维为原料经热压成型制成的兼具吸音功能的材料，于高频率高分贝噪声有很好的缓解作用。聚酯纤维吸音棉的适用范围较广。

聚酯纤维吸音棉为有机吸音棉，由于有机材料存在可燃性，因此聚酯纤维吸音棉存在火灾隐患。为了提高有机吸音材料的防火安全性，通常采用将阻燃剂喷洒至纤维上，再压制成板，得到具有阻燃效果的吸音棉。

针对上述相关技术，简单地在纤维上喷洒阻燃剂，首先，阻燃剂与纤维之间的结合牢固性不佳，其次，包裹有阻燃剂的纤维之间的结合牢固性不佳，因此，导致吸音棉存在吸音性能不佳且阻燃均匀性不佳的缺陷。

发明内容

为了改善吸音棉吸音性能不佳且阻燃均匀性不佳的缺陷，本申请提供一种聚酯阻燃吸音棉及其制备方法。

第一方面，本申请提供一种聚酯阻燃吸音棉，采用如下的技术方案：

一种聚酯阻燃吸音棉，包括质量比为20-40:60-80的植物纤维和聚酯纤维，所述聚酯纤维包括阻燃剂掺杂聚酯纤维，所述阻燃剂包括有机磷阻燃剂或二氧化锗，所述聚酯纤维为皮芯型低熔点聚酯复合纤维，所述植物纤维为经反应型阻燃剂整理的植物纤维。

通过采用上述技术方案，本申请技术方案中优选采用植物纤维与聚氨酯纤维进行配合，植物纤维具有较为优异的抗菌、吸声、减震、降噪等优点，因此将植物纤维与聚酯纤维配合后，在热压过程中，通过聚酯复合纤维的低熔点皮层对相邻聚酯纤维和植物纤维进行粘结，形成具有较多孔隙的复合结构，增多了吸音棉中的孔隙结构，因此改善了吸音棉的吸音效果。

其次，本申请技术方案中采用在阻燃剂对聚酯纤维进行掺杂处理，通过在聚酯纤维中添加有机磷阻燃剂，有机磷阻燃剂中的含磷量较高，且分解温度适宜，与聚酯纤维分解温度接近，在分解过程中，磷元素促进聚酯纤维分解成炭，促进炭层生成，起到明显成核剂作用，稳定改善了吸音棉的阻燃效果。并且，由于有机磷阻燃剂添加至聚酯纤维内，聚酯纤维之间、聚酯纤维与植物纤维之间仍通过低熔点皮层进行粘结，不仅提高阻燃剂与聚酯纤维的结合牢固性，还提高了聚酯纤维之间的结合牢固性，因此吸音棉获得了均匀地吸音、阻燃效果。

再次，本申请技术方案中优选采用在聚酯纤维中添加二氧化锗，二氧化锗提高了聚酯纤维的熔融温度，并促进聚酯纤维的炭层增加，优化炭层的致密平整度，增大石墨化，改善聚酯纤维的阻燃效果。

最后，本申请技术方案中优选采用反应型阻燃剂对植物纤维进行改性，反应型阻燃剂能够负载于植物纤维的孔隙内，降低了反应型阻燃剂与植物纤维分离的可能性，再通过聚酯纤维中的低熔点皮层进一步对反应型阻燃剂进行包裹，使得反应型阻燃剂均匀填充于吸音棉中，稳定起到阻燃效果。因此，吸音棉获得了优异的阻燃以及吸音效果。

优选的，所述植物纤维上负载有阻燃微胶囊，所述阻燃微胶囊的制备包括以下步骤：按质量比4-8:1:1.49:1.51分别取聚磷酸铵、微晶纤维素、氰尿酸、三聚氰胺，将聚磷酸铵、微晶纤维素搅拌混合，分散至水中，球磨，离心分离，保留固体物，干燥，得到中间物；将中间物、氰尿酸搅拌混合，分散至无水乙醇中，得到混合液；取三聚氰胺分散至无水乙醇中，得到分散液，将分散液与混合液混合，持续反应，离心分离保留固体物，干燥，得到阻燃微胶囊。

通过采用上述技术方案，本申请技术方案中优选采用在植物纤维上负载了阻燃微胶囊，由于植物纤维上具有较多的孔隙，能够对阻燃微胶囊进行负载，并且不易阻碍低熔点皮层对植物纤维的粘结效果，保持吸音棉内部纤维之间的结合牢固性。

本申请技术方案中优选采用聚磷酸铵、微晶纤维素和三聚氰胺氰尿酸盐配合制备阻燃剂微胶囊，聚磷酸铵与微晶纤维素配合作为芯材，而三聚氰胺与氰尿酸原位聚合后能够形成壳层，壳层包裹芯材形成阻燃剂微胶囊，在阻燃剂微胶囊中阻燃元素P、C、N的空间距离较小，能够有效发挥协同作用，能够形成完整且致密的炭层，阻隔氧气和热量传递，保护未燃烧基体，稳定改善吸音棉的阻燃效果。

优选的，对所述植物纤维进行表面处理，所述表面处理包括以下步骤：将植物纤维浸渍于碱液中，取出，洗净，得到碱处理纤维；将碱处理纤维置于低温等离子体处理仪，进行等离子体处理，得到经表面处理的麻纤维。

通过采用上述技术方案，本申请技术方案中优选对植物纤维进行表面处理，碱液去除植物纤维的表面灰分，并去除部分植物纤维中的果胶，增加植物纤维中的孔隙深度，提高植物纤维对阻燃微胶囊的负载效果，而且能够提高阻燃纤维与聚酯纤维低熔点皮层之间的接触面积，有效提高吸音棉的阻燃性以及结合性。其后，对植物纤维进行等离子体处理，在植物纤维上增加-OH、-COOH等活性基团，进一步提高植物纤维与阻燃微胶囊之间的结合牢固性，以及植物纤维与聚酯纤维之间的结合牢固性。

优选的，所述阻燃微胶囊外包裹有粘结外壳，所述粘结外壳为低熔点聚酯。

通过采用上述技术方案，本申请技术方案中优选采用在阻燃微胶囊外包裹低熔点聚酯，在热压过程中，阻燃微胶囊外的低熔点聚酯与聚酯纤维的低熔点皮层共同融化，且二者具有较佳的相容性，因此提高了阻燃微胶囊与聚酯纤维之间的结合牢固性。并且，即便阻燃微胶囊与植物纤维分离后，在低熔点聚酯的带动下，阻燃微胶囊能够均匀分散于聚酯纤维熔融的低熔点皮层中，阻燃微胶囊依旧能够将均匀分散在吸音棉中，因此吸音棉获得了较为均匀的阻燃效果。

优选的，所述粘结外壳内还包裹有粘结微球，所述粘结微球包括粘结剂和外壳，所述粘结剂包括硅烷偶联剂或聚丙烯酸，所述粘结剂还包括二氧化硅，所述外壳包括明胶。

通过采用上述技术方案，由于粘结外壳内还包裹有粘结微球，也就是说粘结外壳内包裹有较多阻燃剂微胶囊，因此植物纤维上接枝有较大尺寸的微球，在聚酯纤维与植物纤维混合后，聚酯纤维与植物纤维之间产生收容粘结外壳的孔隙结构。当热压处理时，粘结外壳、聚酯纤维低熔点外壳以及粘结剂外壳均熔融，粘结剂外流对阻燃剂微胶囊进行包裹，提高阻燃剂微胶囊与低熔点聚酯之间的结合性，进而阻燃剂能够均匀分散于熔融的低熔点皮层中，进一步提高阻燃剂在吸音棉中的分散均匀性以及结合牢固性。同时，由于粘结外壳的熔融，使得原本粘结外壳占用的空间保留，经热压后，仍能够保留部分孔隙，因此进一步提高了吸音棉材料中的孔隙结构，改善吸音棉的吸音效果。

优选的，还包括聚酯薄膜、聚酯纤维筛网中的任意一种或两种。

通过采用上述技术方案，本申请技术方案中优选采用在吸音棉中增加聚酯薄膜，聚酯薄膜的加入，首先聚酯薄膜能够对聚酯纤维、植物纤维以及阻燃剂微胶囊进行固定，增强了吸音棉的结构密实度；其次，聚酯薄膜的加入，聚酯薄膜与其背后的空腔组成共振吸声结构，薄膜在声波的作用下被迫震动，也就是说，在吸音棉通过纤维摩擦和聚酯薄膜共振吸声共同进行吸声，提高了吸音棉的吸声效果。

其次，本申请技术方案中优选采用在吸音棉中添加聚酯纤维筛网，聚酯纤维筛网依旧能够对吸音棉内部纤维进行牵拉包裹，降低了纤维材料变形或脱落的可能性，并且筛网结构的加入，能够进一步提高吸音棉的力学性能。

最后，本申请技术方案中采用在吸音棉中同时引入聚酯薄膜和聚酯纤维筛网，稳定提高吸音棉中聚酯纤维、植物纤维以及阻燃剂微胶囊的结合牢固性，并且，聚酯纤维筛网能够将聚酯薄膜表面划分为若干细小独立单元，当薄膜发生振动时，筛网束缚独立单元薄膜表面发生的变形，限制纤维摩擦振动，稳定提高了声波损耗，即提高了吸音棉的吸声效果。

优选的，所述聚酯薄膜的厚度为0.05-0.2mm，所述聚酯纤维筛网的目数为20-40目。

通过采用上述技术方案，本申请技术方案中优化了聚酯薄膜的厚度以及聚酯纤维筛网的目数，适宜的薄膜厚度，能够提高吸声性能，对高频声波以及低频声波均具有较佳的吸收效果；而适宜的聚酯纤维筛网目数，能够有效束缚薄膜的振动以及变形，减少声波在吸音棉表面反射的可能性，使得吸音棉获得优异的吸声效果。

优选的，所述聚酯纤维还包括亲水阻燃聚酯纤维。

通过采用上述技术方案，在吸音棉中增加了亲水阻燃聚酯纤维，亲水阻燃纤维，由于亲水阻燃聚酯纤维的亲水效果，因此吸音棉能够吸收空气中的水汽等，使得吸音棉内存在适宜的湿度，较小的火花等不易点燃吸音棉，提高吸音棉燃烧的条件。其次，当吸音棉燃烧时，向吸音棉泼水过程中，亲水纤维可快速吸水并阻止火势进一步蔓延，提高了吸音棉的使用安全性。

第二方面，本申请提供一种聚酯阻燃吸音棉的制备方法，采用如下的技术方案：

一种聚酯阻燃吸音棉的制备方法，包括以下制备步骤：取聚酯纤维和植物纤维，搅拌混合，烘干，开松梳理，裁剪铺装，于190-200℃进行热压，冷却，得到吸音棉。

通过采用上述技术方案，本申请技术方案中优化了热压的温度，适宜的热压温度能够使聚酯纤维上的低熔点皮层熔融，通过熔融的低熔点皮层牢固粘结聚酯纤维和植物纤维，提高了吸音棉中各纤维之间的结合牢固性。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1、由于本申请采用植物纤维与聚氨酯纤维进行配合，通过聚酯复合纤维的低熔点的皮层对相邻聚酯纤维和植物纤维进行粘结，形成具有较多孔隙的复合结构，增多了吸音棉中的孔隙结构，因此改善了吸音棉的吸音效果。

通过在聚酯纤维中添加有机磷阻燃剂或二氧化锗，磷元素促进炭层生成，起到明显成核剂作用，而二氧化锗稳定改善纤维的熔融温度，稳定改善了吸音棉的阻燃效果。并且，由于有机磷阻燃剂位于聚酯纤维内，纤维之间仍通过聚酯纤维的低熔点皮层进行粘结，提高了吸音棉中各纤维之间的结合牢固性。

最后，通过在植物纤维上负载反应型阻燃剂，降低了反应型阻燃剂与植物纤维分离的可能性，再通过聚酯纤维中的低熔点皮层进一步对反应型阻燃剂进行包裹，使得反应型阻燃剂均匀且牢固填充于吸音棉中，稳定起到阻燃效果。

2、本申请中优选在植物纤维上负载粘结外壳，粘结外壳内包裹有若干阻燃剂微球以及粘结微球，因此植物纤维与聚酯纤维混合缠结时，粘结外壳占据较多空间。当热压处理时，粘结外壳、聚酯纤维低熔点外壳以及粘结剂外壳均熔融，粘结剂外流对阻燃剂微胶囊进行包裹，提高阻燃剂微胶囊与低熔点聚酯之间的结合性，进而阻燃剂能够均匀分散于熔融的低熔点皮层中，进一步提高阻燃剂在吸音棉中的分散均匀性以及结合牢固性。同时，由于粘结外壳的熔融，使得原本粘结外壳占用的空间保留，经热压后，仍能够保留部分孔隙，因此进一步提高了吸音棉材料中的孔隙结构，改善吸音棉的吸音效果。

3、本申请中优选引入聚酯薄膜和聚酯纤维筛网，稳定提高吸音棉中聚酯纤维、植物纤维以及阻燃剂微胶囊的结合牢固性，并且，聚酯纤维筛网能够将聚酯薄膜表面划分为若干细小独立单元，当薄膜发生振动时，筛网束缚独立单元薄膜表面发生的变形，限制纤维摩擦振动，稳定提高了声波损耗，即提高了吸音棉的吸声效果。

附图说明

图1是本申请中显示实施例14-16中吸音棉结构的示意图。

附图说明：1、筛网层；2、薄膜层；3、混合层。

具体实施方式

以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。

制备例

植物纤维制备例

制备例1

取黄麻作为植物纤维1。

植物纤维包括但不限于：黄麻、秸秆纤维、剑麻纤维中的任意一种，本实施例中优选黄麻。

制备例2

取4kg磷酸铵和2kg磷酸酯，搅拌混合，得到阻燃改性剂，将黄麻浸渍于阻燃改性液中，浸渍10min，取出，晾干，得到植物纤维2。

制备例3

与制备例2的区别在于：将黄麻浸渍于质量分数为10％的碱液中，浸泡10min，水洗，干燥，得到碱处理纤维，将碱处理纤维置于低温等离子体仪中，进行等离子体处理，得到经表面处理的黄麻，以代替制备例2中的黄麻，制备植物纤维3。

阻燃微胶囊制备例

制备例4-6

分别取聚磷酸铵、微晶纤维素、氰尿酸、三聚氰胺，具体质量见表1，将聚磷酸铵和微晶纤维素混合，分散于去离子水，加入球磨机中，转子转速为3000r/min，温度为25℃，球磨3h，离心分离，保留固体物，干燥，得中间物。将中间物、氰尿酸搅拌混合，分散至无水乙醇中，升温至80℃，搅拌2h，得到混合液；取三聚氰胺分散至无水乙醇中，得到分散液，将分散液10min内滴加至混合液中，持续反应，离心分离保留固体物，干燥，得到阻燃微胶囊1-3。

表1制备例4-6阻燃微胶囊组成

制备例7

取阻燃微胶囊2浸渍于低熔点聚酯中，冷却，得到阻燃微胶囊4。

粘结微球制备例

制备例8-9

取二氧化硅、硅烷偶联剂KH560、聚丙烯酸和明胶，具体质量见表2，将二氧化硅、硅烷偶联剂、聚丙烯酸，搅拌混合，得到芯材，将熔融的明胶包裹于芯材上，干燥，得到粘结微球1-2。

表2制备例8-9粘结微球组成

制备例10

取阻燃微胶囊2和粘结微球1，搅拌混合后，得到混合微球，在混合微球上喷洒熔融的低熔点聚酯，干燥，得到包裹有粘结外壳的阻燃微胶囊1。

制备例11

与制备例10的区别在于：采用粘结微球2，以代替制备例10中的粘结微球1，制备包裹有粘结外壳的阻燃微胶囊2。

亲水阻燃聚酯纤维制备例

制备例12

取亲水阻燃聚酯纤维，在亲水阻燃聚酯纤维喷涂硅烷偶联剂，再将吸水膨胀树脂微球（SAP型吸水树脂）负载于亲水聚酯纤维上，干燥，得到负载有吸水树脂的亲水阻燃聚酯纤维。

实施例

实施例1-3

一方面，本申请提供一种聚酯阻燃吸音棉，包含植物纤维2和聚酯纤维，具体质量见表3。其中，聚酯纤维包括阻燃剂掺杂聚酯纤维，阻燃剂为有机磷阻燃剂（DOPO），阻燃剂掺杂聚酯纤维的制备方法包括以下步骤：取磷杂菲类阻燃剂（DOPO）和PET聚酯，混合，得到阻燃聚酯。将阻燃聚酯、低熔点聚酯通过皮芯纺丝，成型拉伸，得到阻燃剂掺杂聚酯纤维。其中，低熔点聚酯为YH101型低熔点聚酯PETG。

其中，值得说明的是：阻燃剂包括有机磷阻燃剂、二氧化锗中的任意一种。

另一方面，本申请提供一种聚酯阻燃吸音棉的制备方法，包括以下步骤：取聚酯纤维和麻纤维，搅拌混合，烘干，开松梳理，裁剪铺装，于190-200℃进行热压，冷却，得到吸音棉1-3。

表3实施例1-3吸音棉组成

实施例4-5

与实施例3的区别在于：采用植物纤维1、植物纤维3，以代替实施例3中的植物纤维2，制备吸音棉4-5。

实施例6-11

与实施例3的区别在于：在植物纤维3上喷洒硅烷偶联剂kh570，再将植物纤维2与阻燃微胶囊1-4、包裹有粘结外壳的阻燃微胶囊1-2，搅拌混合，得到负载植物纤维，以代替实施例3中的植物纤维2，制备吸音棉6-11。

实施例12

与实施例3的区别在于：聚酯纤维包括5kg阻燃剂掺杂聚酯纤维和1kg亲水阻燃聚酯纤维，以代替实施例3中的聚酯纤维，制备吸音棉12。

实施例13

与实施例3的区别在于：聚酯纤维包括5kg阻燃剂掺杂聚酯纤维和1kg负载有吸水树脂的亲水阻燃聚酯纤维，以代替实施例3中的聚酯纤维，制备吸音棉13。

实施例14

与实施例3的区别在于：吸音棉还包括0.05nm聚酯薄膜，20目聚酯纤维筛网，因此，吸音棉包括由上至下顺次设置的筛网层1、薄膜层2、聚酯纤维和植物纤维构成的混合层3、筛网层1的四层复合结构，具体结构如图1所示，制备吸音棉14。

实施例15

与实施例14的区别在于：选用0.1nm聚酯薄膜和40目聚酯纤维筛网，制备吸音棉15。

实施例16

与实施例14的区别在于：选用0.2nm聚酯薄膜和60目聚酯纤维筛网，制备吸音棉16。

实施例17

与实施例3的区别在于：吸音棉还包括0.05nm聚酯薄膜，制备吸音棉17。

对比例

对比例1

本对比例与实施例3的不同之处在于，本对比例中未添加植物纤维，制备吸音棉18。

对比例2

本对比例与实施例3的不同之处在于，本对比例中在聚酯纤维外包裹有机磷阻燃剂，制备吸音棉19。

性能检测试验

（1）吸声性能测试：按《GB/T18696.2-2002阻抗管中吸声系数和声阻抗的测量第2部分：传递函数法》对吸音棉的吸声效果进行检测。

（2）阻燃性能检测：按《GB/T2406.2-2009 塑料 用氧指数法测定燃烧行为》测试吸音棉的阻燃效果；垂直燃烧测试，按照《GB/T2408-2008 塑料 燃烧性能测定 水平法和垂直法》测试吸音棉的阻燃效果。

表4性能检测表

结合表4性能检测对比可以发现：

（1）结合实施例1-3、实施例4、对比例1-2可以发现：实施例1-4中制得的吸音棉的吸声效果和阻燃效果均有所提升，这说明本申请优选在吸音棉中增加吸声效果优异的植物纤维，并对植物纤维上整理有反应型阻燃剂，改善了吸音棉的吸声效果以及阻燃性能。同时，本申请中优选采用在聚酯纤维内部增加阻燃剂，提高了阻燃剂与聚酯纤维之间的结合牢固性，因此，吸音棉获得了优异且稳定的阻燃效果。

（2）结合实施例5、实施例6-8、实施例9-11和实施例3对比可以发现：实施例5-11中制得的吸音棉的吸声效果和阻燃效果均有所提升，这说明本申请优选采用在植物纤维上负载阻燃剂微胶囊，通过植物纤维上的孔隙对阻燃剂微胶囊负载，提高吸音棉中阻燃剂的含量。通过对植物纤维的表面处理，增加植物纤维上孔隙数量以及吸引效果，增强植物纤维对阻燃剂的负载牢固性，使得低熔点皮层可牢固连接植物纤维与聚酯纤维，提高吸音棉内部各纤维之间的结合牢固性。通过粘结外壳的设置，增加负载于植物纤维上微球的尺寸，能够在植物纤维与聚酯纤维之间形成较大的孔隙，热压后不仅促使阻燃微胶囊均匀分散，还能够在吸音棉中形成孔隙，改善吸音棉的吸声效果。

（3）结合实施例12、实施例13和实施例3对比可以发现：实施例12-13实施例5-11中制得的吸音棉阻燃效果均有所提升，这说明本申请在吸音棉中添加亲水阻燃聚酯纤维，使得吸音棉能够吸收水汽并存储，阻碍微小火花点燃吸音棉，并且在燃烧时，向吸音棉泼水，吸水阻燃聚酯纤维吸收水分，能够阻止吸音棉上的火势进一步蔓延。

（4）结合实施例14-17和实施例3对比可以发现：实施例14-17中制得的吸音棉的吸声效果和阻燃效果均有所提升，这说明本申请采用在吸音棉中增加聚酯纤维筛网和聚酯薄膜，聚酯纤维筛网不仅对吸音棉中的纤维结构进行牵拉包裹，提高吸音棉中各组分之间的结合牢固性；还能够将聚酯薄膜划分为若干细小独立单元，稳定提高了吸音棉的声波的吸收效果。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。