一种阻燃面料

技术领域

本发明涉及纺织技术领域，特别是涉及一种阻燃面料。

背景技术

室内纺织品和软体家具的燃烧性能对火灾的发生及蔓延有重要影响，为保障人身财产安全，美国、欧盟、加拿大等发达国家和地区早在上世纪五十年代便开始以立法形式进行监管，并不断升级完善，比如美国CPSC对床垫的燃烧性能制订了两项标准，分别是16CFR1632《床垫的易燃性标准(香烟燃烧法)》和16CFR1633《床垫与床褥易燃性标准(明火法)》，两项标准对床垫规定了不同的要求，进入美国市场销售的床垫需同时满足此两项标准的要求。

在室内纺织品和软体家具中，比如床垫布，里面包的是海绵或是乳胶等易燃物品，因此，不但面料本身需要阻燃，在遇火后，需要阻燃面料仍然是包覆在易燃物品外部，不会破裂，以免明火蔓延到易燃物品引起大火。添加了有机类阻燃剂的阻燃面料，比如，有机磷或者卤素阻燃剂。虽然阻燃面料本身不易着火，但是遇到明火后，阻燃面料容易被烧破，这样明火会接触到阻燃面料内部的易燃填充物，引起填充物着火，反过来阻燃面料的破洞会更大，这样空气更流通，从而造成大火，阻燃面料的作用并没有得到发挥，因此，用于包覆易燃物的阻燃面料，不但面料本身需要阻燃，而且要遇火不破，燃烧后仍然能完整地包覆在易燃填充物外部。

在含有硅酸的阻燃粘胶中，硅酸在粘胶原液中进一步聚合成聚硅酸，呈网络状的聚硅酸/聚硅酸盐分子及其结合的大量化学结合水，因此具有较高的耐高温和阻燃效果，燃烧后的硅酸分解成二氧化硅，二氧化硅具有耐高温的性能，阻燃粘胶中的其余成分生成致密的残余碳，覆盖在易燃物表面，有利于隔绝燃烧表面与氧气接触和热量交换。不但面料本身不易燃烧，而且燃烧后生成致密的余碳，防止明火蔓延到内层的易燃物上。

另一方面，含磷或卤的阻燃剂在燃烧过程中有一定的毒性，还存在环境污染的问题。而硅系阻燃剂具有高效、无毒、低烟、防滴落、无污染等特点，同时在燃烧时又不会产生有毒气体，只产生少量的烟雾和CO

现有的含有硅酸的阻燃粘胶纤维中，存在无机纳米粒子分布不均，无机硅酸或其盐在水溶液中没有被包覆，容易发生自聚合作用，硅酸能从单硅酸逐步聚合为多硅酸，最后成为硅酸凝胶，造成粘胶原液加速老化，粘度剧增而无法纺丝等问题。并且，当需要达到合格的阻燃效果时，纤维的纤度基本在3.0以上，纤维的强度降低，使阻燃粘胶直接用于纺纱有一定的难度，一般需要和其他高强力的纤维混防。或者采用粘胶纤维进行纺纱，通过对纱线或者面料阻燃后整理，来达到面料的阻燃效果。由于是纤维织成面料后，再浸泡在含有阻燃剂的液体中，此面料在初期具有良好的阻燃效果，但是不耐洗，随着使用时间的推移及洗涤次数的增加，阻燃效果会逐渐衰退乃至荡然无存。

因此，一种阻燃面料，由性能优良的阻燃粘胶纺织得到，阻燃粘胶满足纤度、强度和阻燃要求，使得到的面料不需要再进行阻燃后整理，是非常具有应用前景的。

发明内容

本发明提供了一种阻燃面料，用于包覆在易燃物品外部，比如床垫、沙发垫等，该面料由添加了无机硅的阻燃粘胶纤维直接纺织而成，阻燃粘胶纤维的纤度、强力和阻燃效果满足现有标准对阻燃面料的要求。纺纱时，不需要和其他高强力的纤维混纺，织成的面料本身不需要进行阻燃后整理，该面料阻燃效果好，制备工艺简单。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种阻燃面料，所述面料由阻燃粘胶纤维纺纱后织成，所述阻燃粘胶纤维中的无机阻燃成分为硅酸，所述阻燃粘胶纤维的纤度为1.11～2.78dtex，干强大于2cN/dtex，干伸为13～20％。

进一步的，所述阻燃面料的极限氧指数值不低于32％，燃烧残余量不低于30％。

进一步的，所述无机阻燃成分硅酸外包覆有机材质密胺阻燃树脂，形成阻燃粒子。

进一步的，所述硅酸由硅酸钠酸化得到，所述密胺阻燃树脂由密胺、碳酰胺和甲醛制备得到，所述密胺的添加质量为所述硅酸钠的15～20％，所述碳酰胺的添加质量为所述硅酸钠的1～5％，所述甲醛的添加质量为所述硅酸钠的20～40％。

进一步的，以硅酸中的有效成分二氧化硅计，二氧化硅的添加质量为所述黏胶纤维的30～50％。

进一步的，所述阻燃粒子的制备方法如下：

将Na

进一步的，所述分散剂为苯乙烯-马来酸酐。

进一步的，所述阻燃粒子的粒径≤1微粒。

具体工艺如下：

一、阻燃粘胶纤维的制备

(1)制备纺丝原液

浆粕原料浸于温度为53℃，浓度为17％～18％的氢氧化钠溶液中，经过45分钟浸渍后，碱液溶解掉低聚合度的半纤维素，得到不溶解的部分，即为α-纤维素。压榨得到直径15μm～20μm的碱纤维素，碱纤维素经过粉碎，老成处理，老成温度：20～25℃，老成时间2h；再加入α-纤维素质量的30～40％CS

在黄化过程中，二硫化碳分子通过纤维素分子之间充满的碱液渗入到纤维素内部，使碱纤维素分子上结合了磺酸基团，这使纤维素分子之间距离变得更大，结构更松散。将纤维素黄酸酯溶解在氢氧化钠溶液制备纺丝原液时，NaOH的浓度，不论对纤维素黄酸钠的溶解性或溶解后粘胶的性能都有很大的影响，提高NaOH浓度到一定范围，使润胀和溶解加速，所获得粘胶的粘度也较低。当NaOH浓度在4～8％时黄酸钠的溶解性能最好，粘度稳定性能也高，当NaOH浓度超过8％时，随着浓度的上升，溶解能力降低，引起粘胶稳定性下降，而粘度上升。

(2)制备阻燃浆料

将Na

不同搅拌速度对阻燃浆料的纳米粒径具有十分重要的影响，在高转速下，才能得到纳米级的固体颗粒，并且转速越高，平均粒径越小。但是转速大于7000r/min后，粒径的变化不明显。

苯乙烯-马来酸酐作为分散剂，能够降低分散相的表面张力，有利于分散。从而可以使系统稳定，形成均匀细小的微粒。当使用十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠等作为分散剂时，分散效果不理想，大量硅酸未被有机物包裹。

(3)纺前注射加入阻燃剂和变性剂

通过换热器将纺丝液的温度控制在20～25℃，然后通过第一道纺前注射系统在纺丝液中注入对α-纤维素30～50wt％的阻燃浆料有效成份，经过静态混合器混合均匀之后，再通过第二道纺前注射系统注入变性剂，两道混合之后的粘胶纺丝原液经过动态、静态混合器混合均匀之后得到可供直接纺丝的原液。

变性剂选用脂肪胺、乙醇胺、聚氧乙烯、聚氧化烯烃乙二醇、聚乙二醇、芳香醇、多元醇、二乙胺、二甲胺、环己胺、烷基胺聚乙二醇的一种或几种，优选两种以上上述变性剂来作为混合变性剂使用。。

(4)在纺丝机中纺丝原液由喷头挤出与凝固浴反应，获得初生纤维丝束；凝固浴组份硫酸95～120g/L、硫酸锌25～55g/L、硫酸钠250～300g/L、反应温度：40～50℃；二浴温度90～95℃。

(5)后处理：

初生的纤维丝束经25～40％喷头牵伸、30～40％的纺盘牵伸、8％塑化浴牵伸以及-1％的回缩牵伸这四级梯度牵伸、塑化定型后再进行切断和后处理，其中后处理工艺包括去酸洗、脱硫、水洗、上油；然后进行烘干后即得到阻燃粘胶纤维。

二、阻燃面料的生产工艺

(1)清花工序：在开清棉工序采用“精细抓棉、少落或者不落、多梳少打、充分开松”的工艺路线。尘笼风口采用全给风的方式，打手速度为600-800转/分；刀片伸出高度2.5～3.0毫米；梳针打手与综合打手隔距进口*出口为12*20mm；尘棒间隔距应偏小掌握到3mm；打手室落杂区尘棒反装，以达到少落或者不落的目的。为防止卷过于膨松及粘卷，适当减小成卷定量到350～370g/m。

(2)梳棉工序：梳棉工序要保证纤维网清晰，降低棉结粒数，保持纤维在棉网中的伸直度和分离度，锡林速度为300～340r/min；刺辊针布既要考虑对纤维的穿刺和分割能力较强，又要避免刺辊绕花，刺辊转速降低到600～750r/min。在避免锡林绕花和针布充塞的前提下锡林与盖板隔距偏小掌握9*9*8*8*7英丝，锡林与前罩板上口间隔距可适当放大到30*38*38*30英丝。张力牵伸倍数宜偏小掌握控制在1～1.1倍。如果纤维条膨松，易出堵喇叭口和圈条斜管等现象，采用降低道夫速度(13～15r/min)、加大压辊压力(16～18kg)、缩小压缩喇叭口口径(2.6～3.0mm)、在圈条通道洒滑石粉、空棉条筒上车时留有棉条等工艺措施。

(3)并条工序：选择“重加压、大隔距、强控制、慢速度”的工艺原则，是生产阻燃纤维的最关键工序。预并时罗拉隔距应适当放大为15mm×25mm，保持牵伸稳定。同时采用顺牵伸工艺配置，牵伸倍数控制在7.0～8.0倍左右。另外因棉条蓬松，应适当减小并条定长到1500～2000米，以避免容量大时纤维层过高。生产中由于阻燃纤维静电严重，很容易粘绒套、缠罗拉、缠胶辊、堵塞圈条通道，为此，应控制好车间相对湿度70-75％，皮辊采用防静电皮辊，并降低前罗拉速度；同时喇叭口、圈条斜管用酒精擦拭，并洒滑石粉；保持通道光洁滑爽减少摩擦阻力；选用直径较小的喇叭口口径(2.6、2.8)；增加紧压罗拉压力(13.5-14.5kg)等可基本避免圈条斜管堵塞现象，保证出条顺利。

(4)粗纱工序：粗纱工序采用“中定量、重加压、强控制、低速度、大罗拉隔距和大捻度”的工艺配置，定量控制在为3.0～4.5g/10m，速度降低在500-600r/min，罗拉隔距增大到27/38mm，牵伸倍数采用7.0～8.0，以加强对牵伸区中纤维的控制，并有利于稳定牵伸力与握持力的关系，防止出“硬头”。在相同捻系数条件下，阻燃粗纱结构比较松散，因而粗纱捻系数控制在80～100。同时严格控制张力伸长，要求一落纱的伸长变化范围在1％～2％较为适宜。如果粗纱出现缠皮辊现象，采用抗静电涂料处理胶辊。

(5)细纱工序：选用硬度为65的胶辊。为此，除增加胶辊压力外，还应采取放大胶圈钳口、增大后区牵伸倍数(以1.2倍为宜)等措施来降低牵伸力，提高成纱质量水平。选用772型号的钢丝圈，以压缩气圈直径，降低细纱断头率。另外，细纱捻系数可略大些，一般可选用370～410。

(6)络筒工序：由于静电现象严重，在保证筒子成形良好的条件下，适当降低槽筒转速，减小张力，纱条通道保持光洁无毛刺，减少条干恶化和毛羽的产生。电清参数的设置重点放在清除单纱的粗细节、杂质和棉结。接头采用空气捻接器。

(7)将纱线织成阻燃面料，纱线支数为8～32s，即8s、10s、12s、14s、16s、20s、24s、26s、28s、32s。纺织后得到针织面料，根据阻燃面料的应用场景，比如床垫、沙发等，选用不同的面料克重，面料的克重可以为180g/m

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1.本申请的阻燃面料，由阻燃粘胶纤维直接纺织而成，面料无需再进行阻燃后整理，并且具有良好的阻燃效果，简化了生产工艺，节约了成本。

2.本申请的阻燃粘胶纤维，采用硅酸作为无机阻燃物质，并且在硅酸表面包覆一层有机材质，再制备成纳米级的微粒，添加了该阻燃微粒后的粘胶纤维，对纤维的强力影响不大。同时由于在硅酸外面包覆了一层有机材质，避免了纺丝时，硅酸与凝固浴中的硫酸锌发生胶凝，造成过滤装置的堵塞。

3.本申请的阻燃粘胶纤维，添加了包覆有有机材质的硅酸阻燃剂，提高了极限氧指数和阻燃性能，极限氧指数高达32％以上，灰分大于30％。同时，由于有密胺树脂包覆的亚纳米级阻燃粒子的存在，面料中的阻燃剂不易水洗流失和变性，赋予面料持久的阻燃效果。

4.通过添加纳米剂的阻燃微粒，并且通过合适的纺纱工艺，本申请的阻燃粘胶纤维的纤度为1.11～2.78dtex，强力≥2.0N/dtex，符合纺纱的生产要求。

具体实施方式

实施例1

一、阻燃粘胶纤维的制备

(1)制备纺丝原液

浆粕纤维素浸于53℃下，浓度17％～18％的氢氧化钠溶液中，经过45分钟后，得到不溶解的α-纤维素，压榨挤出多余的碱液后进行粉碎得到直径15μm～20μm的碱纤维碎末，再进行老成处理，老成温度：20℃，老成时间2h；再加入α-纤维素质量的30％CS

(2)制备阻燃剂

将Na

(3)纺前注射加入阻燃剂

通过换热器将纺丝液的温度控制在20～25℃，然后通过第一道纺前注射系统在纺丝液中注入对α-纤维素30wt％的阻燃浆料有效成份，经过静态混合器混合均匀之后，再通过第二道纺前注射系统注入变性剂乙醇胺和环己胺(质量比为1:1)，两道混合之后的粘胶纺丝原液经过动态、静态混合器混合均匀之后得到可供直接纺丝的原液。

(4)在纺丝机中纺丝原液由喷头挤出与凝固浴反应，获得初生纤维丝束；凝固浴组份硫酸95g/L、硫酸锌25g/L、硫酸钠250g/L、反应温度：40℃；二浴温度90℃。

(5)后处理：

初生的纤维丝束经25％喷头牵伸、30％的纺盘牵伸、8％塑化浴牵伸以及-1％的回缩牵伸这四级梯度牵伸、塑化定型后再进行切断和后处理，其中后处理工艺包括去酸洗、脱硫、水洗、上油；然后进行烘干后即得到阻燃粘胶纤维。

脱硫：亚硫酸钠浓度25g/L，温度85℃。

水洗：PH值7.5，温度70～75℃。

油浴：pH值7～8，温度65℃，浓度10g/L。

经过上述工艺制得的阻燃粘胶纤维成品指标：纤度1.33dtex，强力2.4CN/dtex。

阻燃面料的生产工艺

(1)清花工序：尘笼风口采用全给风的方式，打手速度为600转/分；刀片伸出高度2.5毫米；梳针打手与综合打手隔距进口*出口为12*20mm；尘棒间隔距应偏小掌握到3mm；成卷定量到350g/m。

(2)梳棉工序：锡林速度为300～340r/min；刺辊转速600～750r/min。在避免锡林绕花和针布充塞的前提下锡林与盖板隔距偏小掌握9*9*8*8*7英丝，锡林与前罩板上口间隔距可适当放大到30*38*38*30英丝。张力牵伸倍数宜偏小掌握控制在1～1.1倍。如果纤维条膨松，易出堵喇叭口和圈条斜管等现象，采用降低道夫速度(13～15r/min)、加大压辊压力(16～18kg)、缩小压缩喇叭口口径(2.6～3.0mm)、在圈条通道洒滑石粉、空棉条筒上车时留有棉条等工艺措施。

(3)并条工序：预并时罗拉隔距应适当放大为15mm×25mm，保持牵伸稳定。同时采用顺牵伸工艺配置，牵伸倍数控制在7.0～8.0倍左右。另外因棉条蓬松，应适当减小并条定长到1500～2000米，以避免容量大时纤维层过高。控制好车间相对湿度70-75％，皮辊采用防静电皮辊，并降低前罗拉速度；同时喇叭口、圈条斜管用酒精擦拭，并洒滑石粉；保持通道光洁滑爽减少摩擦阻力；选用直径较小的喇叭口口径(2.6、2.8)；增加紧压罗拉压力(13.5-14.5kg)等可基本避免圈条斜管堵塞现象，保证出条顺利。

(4)粗纱工序：定量控制在为3.0～4.5g/10m，速度降低在500-600r/min，罗拉隔距增大到27/38mm，牵伸倍数采用7.0～8.0，以加强对牵伸区中纤维的控制，并有利于稳定牵伸力与握持力的关系，防止出“硬头”。粗纱捻系数控制在80～100。同时严格控制张力伸长，要求一落纱的伸长变化范围在1％～2％较为适宜。如果粗纱出现缠皮辊现象，采用抗静电涂料处理胶辊。

(5)细纱工序：选用硬度为65的胶辊。为此，除增加胶辊压力外，还应采取放大胶圈钳口、增大后区牵伸倍数(以1.2倍为宜)等措施来降低牵伸力，提高成纱质量水平。选用772型号的钢丝圈，以压缩气圈直径，降低细纱断头率。另外，细纱捻系数可略大些，一般可选用370～410。

(6)络筒工序：由于静电现象严重，在保证筒子成形良好的条件下，适当降低槽筒转速，减小张力，纱条通道保持光洁无毛刺，减少条干恶化和毛羽的产生。电清参数的设置重点放在清除单纱的粗细节、杂质和棉结。接头采用空气捻接器。

(7)将纱线织成阻燃面料，纱线支数范围8-32支，克重范围为150-370g/m

以上阻燃面料满足16CFR1633规定的阻燃标准。氧极限指数为32％，燃烧残余量为30％，根据GB/T5455-2014中的方法，损毁长度为115mm，续燃时间≤5s，阴燃时间≤5s。

实施例2-8

在实施例实施例2-8中，其他工艺和参数都相同，改变硅酸钠、甲醛、碳酰胺、密胺的质量份数，得到的阻燃粘胶纤维的性能参数如下表1。

表1不同比例阻燃物质得到的阻燃粘胶的性能

从以上表格可知，实施例5、6得到的阻燃纤维的纤度和强力较好。将以上纱线织成阻燃面料，纱线支数为8～32s，即8s、10s、12s、14s、16s、20s、24s、26s、28s、32s。纺织后得到罗纹针面料，面料的克重可以为150-370g/m

实施例9-15

将实施例5得到的阻燃浆料注入到纺丝液中，其他工艺和参数与实施例1相同，在纺丝液中注入不同质量比的阻燃浆料，得到支数为32s，克重为260gsm的阻燃面料的性能如表2。

从以上表格中得出，随着阻燃粒子含量的增加，阻燃性能提高，但是强力下降，综合考虑，含量为40～50％的效果较好。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。