李 艷，張得昆，王關(guān)林，馬曉繁

(西安工程大學(xué)紡織科學(xué)與工程學(xué)院，陜西西安 710048)

汽車已經(jīng)越來越大眾化，為我們的出行帶來了極大的便利[1-2]，但汽車在運(yùn)行中，由于各種原因易引發(fā)火災(zāi)[3]，極大威脅著車內(nèi)人員的安全[4]。研究表明，造成這種情況的主要原因是汽車內(nèi)飾材料[5-6]的阻燃等級過低，助長了火勢的蔓延，加重?fù)p失程度[7]。因此研究汽車內(nèi)飾材料的阻燃性具有非常重要的意義[8-10]。王維[11]對聚丙烯汽車內(nèi)飾材料進(jìn)行了研究，解決了高流動PP 制品在高溫環(huán)境下會揮發(fā)出有機(jī)化合物VOC 對人體造成危害的問題。陳慧雪[12]解決了TPO 材料不易吸塑的問題，使其在汽車內(nèi)飾材料可使用廣泛。陳英等[13]對汽車內(nèi)飾的材料進(jìn)行霧化測試研究，合理控制揮發(fā)性物質(zhì)的產(chǎn)生，降低車內(nèi)環(huán)境污染。胡紅丹[8]、董激文等[14]張龍等[7]對汽車內(nèi)飾材料及其阻燃測試標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了綜述，并未進(jìn)行具體實(shí)驗(yàn)。張若塵等[15]對中歐汽車內(nèi)飾材料水平垂直實(shí)驗(yàn)比較，采用三種測試方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。而對不同阻燃纖維制備的汽車內(nèi)飾材料性能對比分析很少。阻燃滌綸、腈氯綸[16]、芳綸1313[17]都具有較優(yōu)的阻燃性，為了更好的比較這三種纖維應(yīng)用于汽車內(nèi)飾材料的阻燃性能和其他性能，本文以阻燃滌綸、腈氯綸、芳綸1313 分別和普通滌綸混合作原料，采用梳理針刺工藝制作了系列汽車阻燃內(nèi)飾材料，并主要對其阻燃性能等進(jìn)行了測試對比分析。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 原料及儀器

1.1.1 材料

阻燃滌綸纖維(6D×64mm，浙江金霞新材料科技有限公司)芳綸1313 纖維(1.5D×51mm，煙臺泰和新材料股份有限公司)、腈氯綸纖維(1.7dtex×38mm，太倉舫柯紡織品有限公司)、普通滌綸纖維(6D×64mm，淄博錦彤化纖有限公司)

1.1.2 儀器

WL 小型梳理針刺生產(chǎn)線(太倉市雙鳳非織造布設(shè)備有限公司)，F(xiàn)A100A 型電子天平(上海皓莊儀器公司)，YG461Z 型數(shù)字織物透氣量儀(萊州市電子儀器分公司)，YG026D-1000 電子強(qiáng)力機(jī)(溫州方圓儀器有限公司)，YG141D 型織物厚度儀(溫州大榮紡織儀器有限公司)，YG401C-8 織物平磨儀(南通宏大實(shí)驗(yàn)儀器有限公司)，AUTOSP02 紡織品水平燃燒試驗(yàn)儀(深圳市奧德賽創(chuàng)精密儀器有限公司)，AUTO-SP01 紡織品垂直燃燒試驗(yàn)儀(深圳市奧德賽創(chuàng)精密儀器有限公司)，AUTO-HP4501 紡織品45 度燃燒試驗(yàn)儀(深圳市奧德賽創(chuàng)精密儀器有限公司)。

1.2 三種汽車內(nèi)飾材料的制備

1.2.1 原料配比

A 組:腈氯綸/普通滌綸，配比:A0(15/85)、A1(30/70)、A2(45/55)、A3(60/40)、A4(75/25)、A5(90/10)、A6(100/0)；B 組:阻燃滌綸/普通滌綸，配比:B0(15/85)、B1(30/70)、B2(45/55)、B3(60/40)、B4(75/25)、B5(90/10)、B6(100/0)；C 組:芳綸1313/普通滌綸，配比:C0(0/100)、C1(15/85)、C2(30/70、)C3(45/55)、C4(60/40)、C5(100/0)。

1.2.2 樣品制備

根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)了四種不同的針刺密度，然后通過對比分析，最終確定本文所有產(chǎn)品的定量設(shè)計(jì)為270g/m2，針刺密度為400 刺/cm2。將腈氯綸/普通滌綸、阻燃滌綸/普通滌綸、芳綸1313/普通滌綸按照設(shè)定配比和工藝參數(shù)，然后經(jīng)開松→混合→梳理→交叉鋪網(wǎng)→預(yù)針刺→主針刺→倒刺→成卷，最終形成20 種汽車內(nèi)飾阻燃材料。

1.3 性能測試

1.3.1 表觀質(zhì)量測試

面密度測試參考GB/ T24218.1 — 2009《紡織品非織造布實(shí)驗(yàn)方法第1 部分:單位面積質(zhì)量的測定》。測試20 種樣品，每組測量10 組數(shù)據(jù)，并計(jì)算平均值。

厚度測試參考GB/T 24218.2-2009 紡織品非織造布試驗(yàn)方法第2 部分:厚度的測定。測試20種樣品，每組測量10 組數(shù)據(jù)，并計(jì)算平均值。

1.3.2 透氣性測試

參考GB/T 5453-1997 紡織品織物透氣性的測定。測試20 種樣品，每組測量10 組數(shù)據(jù)，記錄每塊的測試結(jié)果并計(jì)算平均值(壓強(qiáng)為100Pa)。

1.3.3 斷裂強(qiáng)度

參考GB/T 24218.3-2010 紡織品非織造布試驗(yàn)方法第3 部分:斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率的測定(條樣法)。試樣尺寸為300mm×50mm，縱橫向各測5 次(設(shè)置強(qiáng)力機(jī)的夾持距離為100mm，拉伸速度為100mm/min)，記錄測試數(shù)據(jù)并計(jì)算平均值。

1.3.4 耐磨性測定

參考GB/T 21196.1-2007 紡織品馬丁代爾法織物耐磨性的測定第1 部分:馬丁代爾耐磨試驗(yàn)儀。試驗(yàn)面積20cm2，壓降(產(chǎn)業(yè)用織物):594g，次數(shù)100 次。取4 塊試樣測定值的平均值，單位用%表示。

1.3.5 阻燃性能測定

水平方向燃燒性能測試參考FZ/T 01028-93《紡織品燃燒性能試驗(yàn)水平法》，用AUTO-SP02 紡織品水平燃燒試驗(yàn)儀測定試樣(尺寸為350mm×100mm)，記錄測試數(shù)據(jù)。

垂直方向燃燒性能測試參閱標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5455-1997《紡織品燃燒性能試驗(yàn)垂直法》，用AUTOSP01 紡織品垂直燃燒試驗(yàn)儀測定試樣(尺寸為300mm×80mm)，記錄測試數(shù)據(jù)。

45 度方向燃燒性能測試參閱標(biāo)準(zhǔn)GB/T 14645-93《紡織織物燃燒性能試驗(yàn)45 度方向》，用AUTO-HP4501 紡織品45 度燃燒試驗(yàn)儀測定試樣(尺寸為330mm×230mm)，記錄測試數(shù)據(jù)。

2 性能測試與分析

2.1 基本性能測試分析

表1 為A、B、C 三組的面密度、厚度、透氣性、斷裂強(qiáng)度、撕破強(qiáng)力、耐磨性的測試數(shù)據(jù)。

面密度、厚度分析測量結(jié)果表明三組試樣的面密度、厚度偏差不大，由于刺針質(zhì)量問題、纖維糾纏、喂入輥喂入均勻性差等原因[18]造成纖網(wǎng)的均勻性不易很好地控制，兩者數(shù)據(jù)有略微波動。

透氣性分析單組分析時，可知隨阻燃纖維比例增多透氣率會下降，可能是所選用的阻燃纖維比普通滌綸更細(xì)，纖網(wǎng)結(jié)構(gòu)越緊密，因而透氣率減小[19]。整體分析，可知B(阻燃滌綸/滌綸)＞C(芳綸1313/滌綸)＞A(腈氯綸/滌綸)?？赡苁请媛染]纖維的線密度比其他兩種小，并且很柔軟，所以在針刺過程中更容易纏結(jié)在一起，結(jié)構(gòu)更密實(shí)，所以氣流不易通過。

表1 性能測試數(shù)據(jù)

斷裂強(qiáng)度分析表明芳綸1313/普通滌綸復(fù)合材料斷裂強(qiáng)度＞腈氯綸/普通滌綸復(fù)合材料＞阻燃滌綸/普通滌綸復(fù)合材料。分析純阻燃纖維產(chǎn)品和純滌綸纖維產(chǎn)品時，前者強(qiáng)度明顯高于后者。所以當(dāng)阻燃纖維配比增加時，強(qiáng)度會有一個上升的趨勢[20]。對比三組產(chǎn)品的縱橫向斷裂強(qiáng)度可知，縱向斷裂強(qiáng)度小于橫向，可能是交叉鋪網(wǎng)工藝使纖維網(wǎng)中纖維沿縱向排列較少[18]。

耐磨性分析A 組分析，隨腈氯綸配比增加，產(chǎn)品的失重率會增大，即耐磨性變差，當(dāng)增大到一定程度后，失重率又有一定的下降。是因?yàn)殡媛染]的耐磨性較差，因此隨著其比例增加耐磨性會變差。又因其配比過高時，產(chǎn)品會形成較緊密的結(jié)構(gòu)來彌補(bǔ)其耐磨性差，因此耐磨性又有變強(qiáng)的趨勢。B 組分析，當(dāng)阻燃滌綸的配比增加時，混合產(chǎn)品的耐磨性沒有一個固定的規(guī)律，也沒有很大的變動，這是因?yàn)樽枞紲炀]和普通滌綸耐磨性差不多。C 組分析，隨芳綸比例的增加，產(chǎn)品的耐磨性會變差，同樣是因?yàn)榉季]1313 的耐磨性不及普通滌綸的耐磨性。

2.2 阻燃性能測試分析

2.2.1 水平方向燃燒性能測試分析

水平燃燒法是在規(guī)定的試驗(yàn)條件下，把水平方向的織物點(diǎn)燃，通過織物的燃燒狀態(tài)，考核燃燒一定距離所需的時間。圖1-圖3 為每組試樣水平法燃燒結(jié)果圖，表2 為水平方向燃燒性能測試數(shù)據(jù)。

圖1 A 組水平法燃燒結(jié)果

圖2 B 組水平法燃燒結(jié)果

圖3 C 組水平法燃燒結(jié)果

從圖1、2、3 以及表2 中可知，在水平燃燒測試中，各組試樣的燃燒速率均小于100mm/min，達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)中汽車內(nèi)飾材料規(guī)定的阻燃要求[21]。

針對每組試樣單獨(dú)分析，可知隨著阻燃纖維配比的增加，試樣的損毀長度以及燃燒時間均會減小，但變化程度不大，因?yàn)樽枞祭w維配比很小時，已達(dá)到阻燃要求。通過分析整組數(shù)據(jù)，可得隨著阻燃纖維配比的增加，阻燃效果會變好，但是過高的比例時，不會有明顯的變化。因此在實(shí)際生產(chǎn)中，并不是阻燃纖維比例越多越好，會有一個合適的配比就可達(dá)到阻燃效果，這樣也可減少不必要的浪費(fèi)。

表2 水平方向燃燒性能測試數(shù)據(jù)

將三組試樣進(jìn)行縱向?qū)Ρ?，會發(fā)現(xiàn)阻燃滌綸混合產(chǎn)品的阻燃效果最好，腈氯綸的次之，芳綸1313的相對較差。其中阻燃滌綸和腈氯綸在配比為15/85 時，已經(jīng)有很好的阻燃效果，而芳綸1313 在比例為45/55 時，才會有這樣的阻燃效果。并且通過觀察圖1、2、3 可發(fā)現(xiàn)，腈氯綸、芳綸1313 的混合產(chǎn)品在燃燒時會產(chǎn)生炭化現(xiàn)象，而不是熔融燃燒。這是因?yàn)檫@兩種纖維在與普通滌綸混合時，通過針刺形成的結(jié)構(gòu)在燃燒時，會表現(xiàn)出阻燃纖維的燃燒特性。

2.2.2 垂直方向燃燒性能測試分析

垂直燃燒法在規(guī)定的條件下，對垂直放置的試樣施加火焰燃燒后進(jìn)行測試[22]。圖4-圖6 為每組試樣垂直法燃燒結(jié)果圖，表3 為垂直方向燃燒性能測試數(shù)據(jù)。

從圖4、圖5 和表3 中可分析出，隨著阻燃纖維比例的增加，在垂直法燃燒中，陰燃時間以及損毀長度會變小，但是當(dāng)比例達(dá)到一定程度時，不會有明顯的變化。而從圖6 和表3 中可知芳綸1313 只有在100% 配比時沒有燃燒完，其他幾個比例均燒完。所以可得，阻燃滌綸在垂直法中阻燃效果最好，腈氯綸次之，芳綸1313 最差。但是芳綸1313以及腈氯綸的混合產(chǎn)品沒有熔滴現(xiàn)象，阻燃滌綸混合產(chǎn)品會有。

2.2.3 45 度方向燃燒性能測試分析

45 度燃燒法是在規(guī)定的試驗(yàn)條件下，將呈45度斜放的試樣點(diǎn)燃，考核燃燒一定距離所需的時間。圖7-圖9 為每組試樣45 度法燃燒結(jié)果圖，表4 為45 度方向燃燒性能測試數(shù)據(jù)。

圖4 A 組垂直燃燒結(jié)果

圖5 B 組垂直燃燒結(jié)果

圖6 C 組垂直燃燒結(jié)果

表3 垂直方向燃燒性能測試數(shù)據(jù)

圖7 A 組45 度燃燒結(jié)果

圖8 B 組45 度燃燒結(jié)果

圖9 C 組45 度燃燒結(jié)果

表4 45 度方向燃燒性能測試數(shù)據(jù)

從圖7 以及表4 的B 組可發(fā)現(xiàn)，在45 度燃燒測試中阻燃滌綸/滌綸復(fù)合材料在15/85 時，已不會有陰燃時間并且損毀面積很小，但會有熔融現(xiàn)象以及熔滴現(xiàn)象的產(chǎn)生，說明阻燃滌綸有很好的的阻燃效果，不過會有熔滴現(xiàn)象，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)注意。

從圖8 以及表4 的A 組數(shù)據(jù)可以看出，在45度燃燒測試中，腈氯綸/滌綸復(fù)合材料在配比為30/70 時，不會有續(xù)燃時間并且損毀面積較小，且不會有熔滴現(xiàn)象，只會炭化。因此腈氯綸也有較好的阻燃效果，不過腈氯綸燃燒時會有有毒氣體的產(chǎn)生，這在實(shí)際應(yīng)用中也應(yīng)該注意到。

從圖9 和表4 的C 組數(shù)據(jù)可以觀察到，芳綸1313/滌綸復(fù)合材料在配比達(dá)到60/40 時，在45 度燃燒測試中才不會完全燃燒，不會有陰燃時間并且損毀面積較小。芳綸1313 混合產(chǎn)品燃燒時也不會有熔滴現(xiàn)象，但是相對于其他兩種阻燃纖維，阻燃效果沒那么好并且價格高，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)綜合考慮各種因素。

3 結(jié)論

(1)斷裂強(qiáng)度測試分析表明:芳綸1313/普通滌綸復(fù)合材料斷裂強(qiáng)度＞腈氯綸/普通滌綸復(fù)合材料＞阻燃滌綸/普通滌綸復(fù)合材料。且在阻燃滌綸/普通滌綸復(fù)合材料、芳綸1313/普通滌綸復(fù)合材料中隨著阻燃纖維含量的增加，材料的斷裂強(qiáng)度會增加，但是比例過高時會有一個下降的趨勢。透氣性能測試分析表明隨著阻燃纖維含量的增加，透氣性會下降。耐磨測試結(jié)果表明，對于腈氯綸/普通滌綸復(fù)合材料、芳綸1313/普通滌綸復(fù)合材料，隨著阻燃纖維含量的增加，耐磨性會降低，而阻燃滌綸/普通滌綸復(fù)合材料耐磨性出現(xiàn)波動型變化。對A、B、C 作比較，阻燃滌綸/普通滌綸復(fù)合材料的耐磨性最好，芳綸1313/普通滌綸復(fù)合材料次之，腈氯綸/普通滌綸復(fù)合材料最差。

(2)阻燃性能測試結(jié)果表明:阻燃纖維比例越高，混合產(chǎn)品的續(xù)燃時間越短，損毀長度越短，但是比例高到一定程度不會有太大的變化。三種阻燃性能測試結(jié)果基本一致:當(dāng)阻燃滌綸含量達(dá)到15%、腈氯綸含量達(dá)到60%，混合產(chǎn)品有良好的阻燃性能。而芳綸在含量超過60%時才會表現(xiàn)出良好的阻燃性能。

(3)綜合阻燃產(chǎn)品的力學(xué)性能、耐磨性、阻燃性能以及加工成本和安全性，阻燃滌綸和普通滌綸在配比為15/85 的混合產(chǎn)品有較好的綜合性能，可作為汽車內(nèi)飾阻燃針刺非織造材料開發(fā)的優(yōu)先選擇。