多层射流喷网非织造阻燃复合材料

1.发明领域

本发明涉及多层射流喷网法非织造复合材料，它适于用作制品例 如包含该非织造复合材料的家具或床垫或底座中的阻燃组分，还涉及 制造该非织造复合材料的方法以及用该非织造复合材料来使制品阻燃 的方法。

2.相关技术描述

在减少家庭、旅馆和公共机构中死亡人数的努力中，加利福尼亚 州已引领管理和减少床垫或床垫组件可燃性的潮流。尤其是，加利福 尼亚州消费事务部家具和隔热局颁布了技术公告603《居住床垫/箱式 弹簧组件的耐旺火要求和试验方法》“Requirements and Test Procedure for Resistance of a Residential Mattress/Box Spring Set to a Large Open-Flame”，旨在量化床垫组件的可燃性。

床垫通常含一个垫芯，外覆衬垫材料或棉絮，后者又覆盖有织物 褥套。大多数衬垫材料或棉絮由暴露在明火中时会燃烧的泡沫或纤维 材料制成。阻燃泡沫衬垫，特别是飞机座椅的一种有用方法已公开在 授予Blaustein等人的美国专利4,750,443中，在其中，在座椅套布下用 了3～7层阻燃织物来包封泡沫。在飞机座椅可燃性试验方法所要求的 程度上，这些阻燃衬垫要承受冲击到衬垫上的火焰喷射并防止整个衬 垫被火焰吞没或在火焰喷射撤去后继续燃烧。当应用于床垫时，在褥 套下使用阻燃的多层会增加刚度或限制垫芯的弹性，从而影响总的舒 适度。

此外，许多阻燃纤维具有基于它们化学结构的天然色。例如，对 位芳族聚酰胺纤维在阻燃织物中非常有用，而这些纤维具有天然的金 色，这种颜色存在于主要由这些纤维制成的织物中。但是，不希望对 位芳族聚酰胺织物的天然金色透过通常是白色或浅色或近白色的床垫 褥套或透过家具的装饰罩面织物而显现出来。所需要的是具有下述特 性的柔软织物：在阻燃材料内加入了耐热纤维，其中耐热纤维的颜色 被阻燃材料内的其它纤维所掩盖，而阻燃材料仍然满足最终应用的重 要阻燃要求。

PCT出版物WO 03/023108公开了一种适用于床垫和装饰家具的 非织造高膨松阻燃材料。这类阻燃材料的密度极低，约为5～50kg/m3， 非常优选7.5kg/m3。优选的非织造高膨松阻燃材料包含纤维共混物， 它包括本身阻燃并在直接火焰中抗收缩的纤维和源自用卤化单体制成 的聚合物的纤维。这些阻燃材料被设计成含有主体和衬垫，主要用来 作床垫上、下板内的衬垫，而不是能用于许多不同制品，包括床垫、 底座(如箱式弹簧)和其它不需要衬垫或衬垫是用非常价廉的热塑性纤 维棉絮或泡沫提供的其它家具中的柔软而牢固的织物。

美国专利6,132,476；6,547,835和5,609,950公开了本身阻燃的纤维 与阻燃性已提高的纤维素纤维的织物共混物；这种织物能含另一种， 例如，作为染料步骤中的添加剂加入的阻燃剂。由于无机材料的含量 低，这些参考文献中所公开的阻燃纤维素纤维在暴露于高温时不能保 留其重量的足够百分数。

美国专利4,970,111公开了一种包含增效共混物的阻燃非织造织物 或织物结构，所述共混物由约35～80重量％含氯聚合物纤维、约2～ 25重量％不熔性纤维和约10～55重量％阻燃聚酯粘结剂组成。不熔性 纤维优选包含选自下列一组的纤维：氧化聚丙烯腈纤维、纤维玻璃、 芳纶(KEVLAR，NOMEX)和聚苯并咪唑(PBI)纤维。这类纤维可以是 单层或多层且要熔融粘结在一起，所以需用粘结剂把结构结合在一 起。粘结剂的加入增加了织物呈“板状”并具有不合格柔软性的可能 性。

美国专利6,596,658公开了一种阻燃非织造织物层压材料，其中含 有由三维图象转换元件形成的三维图象并已经过耐火粘结剂处理以稳 定化三维图象且使层压板具有阻燃特性。该非织造织物层压材料包含 由尺寸稳定、耐热的缠结纤维如NOMEX纤维形成的第一层和通过缠 结粘结在第一层上的第二纺粘底基层，所述第一层的基础重量为约 1.0～3.0盎司/码2(34～102g/m2)，所述第二层的基础重量为约2.0～5.0 盎司/码2(68～170g/m2)。

发明概述

本发明涉及适用于阻燃制品的多层非织造复合材料，以及含该复 合材料的阻燃制品或床垫。该多层非织造复合材料包含第一层和第二 层，第一层包含75～25重量％在空气中以20℃/min的速率加热到700 ℃时保留至少10％其纤维重量的再生纤维素纤维和25～75重量％耐热 纤维，所述第一层的基础重量为1～5盎司/码2(34～170g/m2)；第二层 包含最多达75重量％在空气中以20℃/min的速率加热到700℃时保留 至少10％其纤维重量的再生纤维素纤维和25～100重量％变性聚丙烯 腈纤维，所述第二层的基础重量为1～5盎司/码2(34～170g/m2)；该非 织造复合材料的总基础重量为2～7盎司/码2(68～237g/m2)。

本发明还涉及制造适用于阻燃的非织造复合材料的方法，该方法 包含下列步骤：

a)组合第一层和第二层短纤维，第一层短纤维包含75～25重 量％在空气中以20℃/min的速率加热到700℃时保留至少10％其 纤维重量的再生纤维素纤维和25～75重量％耐热纤维，以及第二 层短纤维包含最多75重量％在空气中以20℃/min的速率加热到 700℃时保留至少10％其纤维重量的再生纤维素纤维和25～100重 量％变性聚丙烯腈纤维；和

b)把第一层与第二层流体喷网在一起，以把这些层合并成整体 非织造复合材料。

本发明还涉及制品阻燃的方法，该方法包含下列步骤：

a)组合非织造阻燃复合材料、织物褥套或装饰层，和任选的衬 垫层，

b)将上述各层缝在一起，形成阻燃褥或装饰织物，和

c)把阻燃褥或装饰织物加进制品，

该非织造阻燃复合材料包含第一层和第二层短纤维，所述第 一层包含75～25重量％在空气中以20℃/min的速率加热到700℃ 时保留至少10％其纤维重量的再生纤维素纤维和25～75重量％耐 热纤维，所述第一层的基础重量为1～5盎司/码2(34～170g/m2)； 所述第二层包含最多达75重量％在空气中以20℃/min的速率加热 到700℃时保留至少10％其纤维重量的再生纤维素纤维和25～100 重量％变性聚丙烯腈纤维，所述第二层的基础重量为1～5盎司/ 码2(34～170g/m2)；该非织造复合材料的总基础重量为2～7盎司/ 码2(68～237g/m2)。

本发明还涉及适用于阻燃制品的多层非织造复合材料，它包含第 一层和第二层，所述第一层包含在空气中以20℃/min的速率加热到700 ℃时保留至少10％其纤维重量的再生纤维素纤维和耐热纤维，所述第 二层包含在空气中以20℃/min的速率加热到700℃时保留至少10％其 纤维重量的再生纤维素纤维和/或变性聚丙烯腈纤维，该非织造复合材 料的总基础重量为2～7盎司/码2(68～237g/m2)和厚度小于75密耳， 该多层非织造复合材料无需加入化学阻燃材料就能为通不过 California技术公告603的制品提供足够的阻燃性，使之能通过 California技术公告603。

发明详述

本发明涉及适用于阻燃制品的多层非织造复合材料，所述阻燃制 品不仅能经受严酷的床垫燃烧试验而且是薄而柔软的，因此不会降低 典型床垫的舒适感。优选这类非织造复合材料的总基础重量为2～7盎 司/码2(68～237g/m2)和厚度为约15～75密耳(0.4～1.9mm)。这类复合 材料优选含有2层由2种不同的均质共混短纤维制成的纤维层；该2 层优选用水喷射流喷网法彼此重叠或铺放且合并在一起，形成整体非 图形化复合材料结构。本发明复合材料中所用的短纤维的切割长度为 0.4～2.5英寸(1～6.3cm)，优选0.75～2英寸(1.9～5.1cm)。

本发明非织造复合材料的第一层含有75～25重量％在空气中以20 ℃/min的速率加热到700℃时保留至少10％其纤维重量的再生纤维素 纤维和25～75重量％耐热纤维。两种纤维的均质共混物一起发挥作 用，形成多层非织造复合材料的基层，再生纤维素纤维在燃烧时产生 焦化层，而耐热纤维在火焰中提供强度以抑止和/或减少该层的开裂。

本发明复合材料中所用的再生纤维素纤维优选在纤维内已加入了 10％无机化合物并称之为成焦纤维。这类纤维和制造这类纤维的方法 一般地公开在美国专利3,565,749和英国专利1,064,271中。本发明优选 的成焦纤维素纤维是含有以带硅酸铝点位的多硅酸形式存在的二氧化 硅的粘胶纤维。这类纤维和制造这类纤维的方法一般地公开在美国专 利5,417,752和PCT专利申请WO 9217629中。含硅酸并有约31(±3) ％无机材料的粘胶纤维由Sateri Oy Company of Finland以注册商标 Visil出售。

本发明复合材料第一层内的另一个重要组分是耐热纤维。所谓“耐 热”是指当纤维在空气中以20℃/min的速率加热到500℃时优选保留 90％其纤维重量。这种纤维一般是阻燃的，意味着这种纤维或由这种 纤维制成的织物有一个纤维或织物在空气中无法支持火焰的极限氧指 数(LOI)，优选的LOI范围大于26。优选的纤维在暴露于火焰中时不 会过度收缩，即在暴露于火焰中时纤维的长度不会明显缩短。含0.5盎 司/码2(17g/m2)在空气中以20℃/min的速率加热到500℃时保留90％ 其纤维重量的有机纤维的织物在受冲击火焰燃烧时倾向于只有有限量 的开裂，这一点对于作为阻燃剂的织物性能非常重要。

适用于本发明非织造阻燃织物的耐热、稳定纤维包括由下列聚合 物制成的纤维：对位芳族聚酰胺、聚苯并噻唑、聚苯并咪唑和聚酰亚 胺。优选的耐热纤维由芳族聚酰胺，特别是对位芳族聚酰胺制成。

如本文所用，“芳族聚酰胺”是指其中至少85％的酰胺(-CONH-) 键直接键接在两个芳环上的聚酰胺。芳族聚酰胺能与添加剂一起使 用。事实上，已经发现，最多可以将10重量％其它聚合物材料与芳族 聚酰胺进行共混，或者也可以用多达10％的其它二胺取代了芳族聚酰 胺中的二胺或多达10％的其它二酰氯取代了芳族聚酰胺的二酰氯的共 聚物。在实施本发明时，优选对位芳族聚酰胺是聚对苯二甲酰对苯二 胺。制造适用于本发明的对位芳族聚酰胺的方法一般地公开在，例如， U.S.专利3,869,430；3,869,429和3,767,756中。这类芳族聚酰胺有机纤 维和这类纤维的各种形式可获自杜邦公司，Wilmington，Delaware，商标 名为Kevlar纤维。

适用于本发明的商品聚苯并噻唑纤维包括可获自Toyobo，Japan的 ZylonPBO-AS(聚对-苯撑-2，6-苯并异唑)纤维和ZylonPBO-HM(聚 对-苯撑-2，6-苯并异唑)纤维。适用于本发明的商品聚苯并咪唑纤维包 括可获自Celanese Acetate LLC的PBI纤维。适用于本发明的商品聚 酰亚胺纤维包括可获自LaPlace Chemical的P-84纤维。

本发明非织造复合材料的第一层含75～25重量％再生纤维素纤维 和25～75重量％耐热纤维，以该层内纤维的总量为基准计算。为了使 非织造复合材料具有很好的阻燃性，希望至少有25重量％的耐热纤 维。为了在非织造复合材料的第一层内提供足够的焦炭，希望至少有 25重量％再生纤维素纤维。第一层优选含55～45重量％再生纤维素纤 维和45～55重量％耐热纤维，以该层内纤维的总量为基准计算。

本发明非织造复合材料的第二层包含最多达75重量％在空气中以 20℃/min的速率加热到700℃时保留至少10％其纤维重量的再生纤维 素纤维和25～100重量％变性聚丙烯腈纤维。第二层包含的纤维一般 是白色或近白色的，且第二层对基层起遮色作用，并在如果有再生纤 维素存在时，对非织造复合材料提供更多的焦化材料。

在本发明非织造阻燃织物复合材料的第二层中使用变性聚丙烯腈 的原因是该纤维在燃烧时释放出阻燃的含卤气体。所谓变性聚丙烯腈 纤维是指由主要包含丙烯腈的聚合物制成的丙烯酸类合成纤维。优选 该聚合物是包含30～70重量％丙烯腈和70～30重量％含卤乙烯基单 体的共聚物。含卤乙烯基单体是至少一种选自如下列一组的单体：氯 乙烯、偏氯乙烯、溴乙烯、偏溴乙烯等。可共聚的乙烯基单体的实例 是丙烯酸、甲基丙烯酸、这类酸的盐或酯、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、 乙酸乙烯酯等。

本发明的优选变性聚丙烯腈纤维是丙烯腈与偏氯乙烯的共聚物， 为提高阻燃性，该共聚物内还含有一种或多种氧化锑。这类适用的变 性聚丙烯腈纤维包括，但不限于，美国专利3,193,602中所公开的含2 重量％三氧化锑的纤维，美国专利3,748,302所公开的用存在量至少2 重量％且优选不超过8重量％的各种氧化锑制成的纤维和美国专利 5,208,105和5,506,042公开的含8～40重量％锑化合物的纤维。

优选的变性聚丙烯腈纤维是可获自Kaneka Corporation，Japan的 Protex C，据说，该纤维含10～15重量％氧化锑，但也可以用氧化锑含 量较少的，在6重量％或更少范围内的纤维。本发明非织造复合材料 的第二层含最多75重量％再生纤维素和25～100重量％变性聚丙烯腈 纤维，以该层内纤维的总量为基准计算。再生纤维素纤维在复合材料 燃烧时为该层提供焦炭，为了在复合材料燃烧时提供所期望的阻燃含 氯气体，需要至少25重量％变性聚丙烯腈纤维。第二层优选含有25～ 40重量％再生纤维素纤维和75～60重量％变性聚丙烯腈纤维，以该层 内纤维的总量为基准计算。

本发明多层非织造复合材料中的第一层和第二层的基础重量各为 1～5盎司/码2(34～170g/m2)，只要复合材料的总基础重量在2～7盎司/ 码2(68～237g/m2)范围内即可。优选本发明多层非织造复合材料的第一 层和第二层的基础重量各为1.25～2.5盎司/码2(42～85g/m2)。

优选本发明的多层非织造织物复合材料是柔软织物，因为倾向于 把它用在床垫和家具之类的制品内。刚性或“板状”织物会使这类制 品具有不该有的刚度。织物复合材料在各方向上的“手感”或柔软性 可以用织物手感测定器测量，得到织物的“总手感值”。为保证本发 明的非织造织物复合材料是柔软的，优选它们的“总手感值”小于500 g-力。

优选本发明的多层非织造织物复合材料无需加入专用阻燃化学材 料就起阻燃剂作用。相信这类复合材料的阻燃性可以根据织物复合材 料在热防护性(TPP)试验中的行为进行预测。测量时，优选本发明的多 层非织造织物复合材料的TPP等级大于9卡/cm2。

本发明最优选的多层非织造复合材料的第一层包含55～45重量％ 含硅酸的再生纤维素纤维和45～55重量％聚对苯二甲酰对苯二胺纤 维，以及第二层包含25～40重量％含硅酸的再生纤维素纤维和75～60 重量％变性聚丙烯腈纤维。

本发明的非织造复合材料可制造如下：组合第一层和第二层短纤 维，第一层短纤维包含75～25重量％在空气中以20℃/min的速率加热 到700℃时保留至少10％其纤维重量的再生纤维素纤维和25～75重量 ％耐热纤维，以及第二层短纤维包含最多75重量％在空气中以20℃ /min的速率加热到700℃时保留至少10％其纤维重量的再生纤维素纤 维和25～100重量％变性聚丙烯腈纤维；然后把第一层和第二层流体 喷网在一起以把这些层合并成整体非织造复合材料。

本发明的多层非织造复合材料内的各层可以用短纤维以传统的非 织造片材成型法制造，包括制造梳理网的方法、气流成网法和/或湿法 成网法。优选第一和第二层制造如下：用分立的梳理机形成各纤维网 并把第一层网铺在移动的线带上，然后把第二层网铺在第一层网上， 形成具有本文所述组成的第一和第二未合并层。优选以常称之为射流 喷网或流体喷网的方法将由此形成的网合并成可使用的织物，在这些 方法中，用高压流体射流把短纤维缠结成可使用的织物，但也可以用 能产生非织造片材的其它工艺。公开在美国专利3,508,308；3,493,462； 3,403,862和3,797,074中的成网和射流喷网法是本领域熟知的适用于制 造本发明非织造织物的方法的实例。本发明的优选非织造织物由短切 纤维的梳理网制成，该方法利用高压水射流缠结纤维并把各层合并成 非图形化内聚片材。

本发明还涉及制品的阻燃方法，该方法包含下列步骤：(1)组合非 织造阻燃复合材料层、织物褥套或装饰层和任选的衬垫层，(2)将上述 各层缝在一起，形成阻燃褥或装饰织物，和(3)把阻燃褥或装饰织物加 进制品。非织造阻燃复合材料包含第一层短纤维和第二层短纤维，第 一层短纤维层包含75～25重量％在空气中以20℃/min的速率加热到 700℃时保留至少10％其纤维重量的再生纤维素纤维和25～75重量％ 耐热纤维，以及第二短纤维层包含至多75重量％在空气中以20℃/min 的速率加热到700℃时保留至少10％其纤维重量的再生纤维素纤维和 25～100重量％变性聚丙烯腈纤维。第一和第二层的基础重量都是1～ 5盎司/码2(34～170g/m2)以及非织造复合材料的总基础重量为2～7盎 司/码2(68～237g/m2)。

优选本发明的多层非织造复合材料在制品中的定位要使非织造复 合材料中优选是白色、近白色或浅色的第二层更靠近或面朝制品的外 表面，而非织造复合材料的第一层更靠近或面朝制品的内部。换句话 说，优选多层非织造复合材料在制品中的定位要使第二层在视觉上掩 盖第一层的颜色。

非织造阻燃复合材料、织物褥套或装饰层，以及任选的衬垫层的 组合要缝或缝编在一起形成预-缝褥，而且这类褥能具有多种形式。褥 的基本实例依次包含外织物褥套或罩面织物、一层或一层以上本发明 的多层非织造复合材料阻燃剂、泡沫或纤维棉絮衬垫层和缝编背衬 层。把这些层组合在一起，然后用任何常见的缝编图形，一般是成褥 图形，缝合在一起，按需要形成用在床垫周边或面板内的褥。

宜作外织物褥套或罩面织物层的织物一般是用任意经纬数的非常 耐用的纺织品或针织品，且基础重量倾向于为2～8盎司/码2(68～271g/ m2)。褥织物可含有，但不限于，棉花、聚酯纤维、聚丙烯纤维或嫘萦 纤维。

任选的泡沫或纤维棉絮衬垫层可包括一种或多种提供所期望表面 效果或衬垫的低密度纤维状棉絮或泡沫，或它们的组合。棉絮和/或泡 沫的作用象褥套下的垫枕，起触觉很好的衬垫作用，其类型很易通 过简单地用手触摸或在床垫面上抚摸一番就能确定。优选的纤维状 棉絮材料是聚酯(PET)棉絮且其典型的存在量为约0.5～2.0盎司/英尺2 (153～610g/m2)。虽然无意受限制，但如果衬垫材料是纤维状棉絮，则 这种棉絮可包括垂直褶裥结构，如PCT出版的WO 2003049581所公 开，或是如U.S.专利3,118,750所公开的纤维棉絮。如果用泡沫，则一 般是聚氨酯泡沫或泡沫胶乳且一般厚0.5～3英寸(1.2～7.6cm)。

缝编背衬层一般是在衬垫材料不足以保持针脚时用来把针脚保持 在褥套反面的褥侧面上。一般而言，缝编背衬层是基础重量约为0.5盎 司/码2(17g/m2)的轻质织物且由聚丙烯之类的材料制成。

另一种褥层构型可以依次是外褥套或装饰层、一层衬垫材料和一 层或一层以上的多层非织造复合材料阻燃剂，其中衬垫材料夹在阻燃 剂和褥套之间。在该褥内，不需要缝编背衬，因为阻燃剂起保持针脚 的作用。褥的另一种型式可以用多层衬垫材料制成。例如，褥能形成 如下：依次组合外褥套或装饰织物、一层衬垫材料、一层或一层以上 的多层非织造复合材料阻燃剂、另一层衬垫材料，以及然后，一层缝 编背衬层。

另一种可能的褥构型如下：把一层本发明的多层非织造复合材料 阻燃剂直接放在外罩织物之下，然后是衬垫层，再在该衬垫层下放第 二层多层非织造复合材料阻燃剂。在该构型内，最后一层多层非织造 复合材料阻燃剂也起缝编背衬的作用。在该特定褥构型的另一变型 中，可以在外罩织物与多层非织造复合材料阻燃剂之间放另一层衬 垫。

还有另一种褥构型可以包含外褥套或装饰层和一层或一层以上本 发明的多层非织造复合材料阻燃剂，而基本上无衬垫层。如人们可见， 可能有许多不同的褥，且褥内可以组合进其它材料层，只要无损于褥 的阻燃性即可。

然后可以把预-缝编褥加进制品，如一件家具，或优选床垫和底座 组件中。阻燃床垫的方法是用预缝编褥完全覆盖床垫的面板和周边， 并在接缝处把这些褥缝合在一起以包封床垫。这能保证床垫阻燃，无 论哪一面板或周边暴露在火焰中。在制品中可加入各种类型的预-缝编 褥，例如在床垫周边内能用几乎无衬垫的褥，而在同一床垫的上、下 面板内能用具有大量衬垫的褥。底座，例如，箱式弹簧，一般都未经 完全阻燃，且只要求周边阻燃，而对于底座的上表面或面板，阻燃是 任选的。底座面板通常与床垫接触，因此一般被挡在火焰之外，所以 底座面板所用的材料一般不一定具有与床垫面板相同的阻燃性。而且 床垫底座可以在周边和/或面板内不含大量衬垫材料。但是本发明的多 层非织造复合材料能按需要用在底座周边或面板内。

本发明还涉及适用于制品阻燃的多层非织造复合材料，以及包含 该复合材料的制品，该多层非织造复合材料包含第一层和第二层，第 一层包含在空气中以20℃/min的速率加热到700℃时保留至少10％其 纤维重量的再生纤维素和耐热纤维，以及第二层包含在空气中以20℃ /min的速率加热到700℃时保留至少10％其纤维重量的再生纤维素纤 维或变性聚丙烯纤维，该非织造复合材料的总基础重量为2～7盎司/ 码2(68～237g/m2)和厚度小于75密耳(1.9mm)，该多层非织造复合材 料无需加入化学阻燃材料就能为通不过2003年7月颁布的California 技术公告603的制品提供足够的阻燃性，使之能通过2003年7月颁布 的California技术公告603。该多层非织造复合材料能以任何方式加进 制品，如床垫中，从而使床垫通过它原本通不过的试验。

                        试验方法

床垫燃烧行为

加利福尼亚州消费事务部家具和隔热局(3485 Orange Grove Avenue，North Highlands，California 95660-5595，USA)于2003年2月 出版了技术公告603《居住床垫/箱式弹簧组件的耐旺火要求和试验方 法》“Requirements and Test Procedure for Resistance of a Residential Mattress/Box Spring Set to a Large Open-Flame”，旨在量化床垫组件 的可燃性。该公告后来于2003年7月经修改，要求最大释热率(PHRR) 极限小于200kW和10分钟的总释热极限小于25MJ。该试验方案提 供了确定床垫/底座组件燃烧行为的手段：测定床垫加底座在通风良好 的条件下暴露在特定点火源中时特定的燃烧试验响应。它基于2003年 2月国家标准和技术研究所出版物上题为“用一对燃气喷灯试验床垫/ 底座组件的方法”(Protocol of Testing Mattress/Foundation Sets Using a Pair of Gas Burners)的一文。

获得的试验数据描述在施加一对特定燃气喷灯期间和随后自点火 开始直到(1)床垫组件的燃烧完全停止，(2)燃烧到30分钟时，或(3)试验 室不可避免地出现骤燃的燃烧行为。用氧耗量热法测定来自燃烧试样 的热释速率(燃烧产生的能量)。有关原理、限制和所需仪器的讨论可参 考ASTM E 1590“床垫燃烧试验的标准试验方法”。与该试验相关的 术语定义在ASTM E 176“燃烧标准的标准术语”中。

一般而言，该试验方案利用一对丙烷喷灯，设计成模拟因床单着 火而施加在床垫和底座上的热流水平和持续时间。喷灯对床垫上表面 和床垫/底座的侧面施加不同的热流和不同的时间。在暴露期间和随 后，测定来自试样的热释速率随时间的变化。

把床垫/底座放在坐在夹持面上的短床框上面。在试验期间，用仪 器化通风罩收集烟流以测量热释速率。为便于实践，试验尺寸完全相 同的床垫和底座。用喷灯点火后，允许试样在通风良好的条件下自由 燃烧。

试样包括放在底座上的床垫，用T-形喷灯组燃烧试样。一个(顶) 喷灯朝床垫上表面冲击火焰并固定在离床垫表面39mm处。第二个喷 灯垂直地朝床垫/底座组合件的侧面冲击火焰并固定在离样品侧面42 mm处。侧喷灯和(顶)喷灯并不固定在样品长度上的同一地方，而是在 长度方向上彼此偏离约18～20cm。两个喷灯按试验方法具体构造和布 置。

试验之前试样要在12℃(54)以上的环境温度和小于70％的相对 湿度下调节24小时。床垫和底座试样彼此同心且与框架和夹持面同 心。如果床垫比底座窄1～2cm，则可移动床垫直到床垫和底座的侧面 垂直对齐。喷灯的布置和离试样的距离按标准进行。在点火前至少一 分钟，打开数据记录和读取设备。点燃喷灯并让顶喷灯燃烧70秒，而 让侧喷灯燃烧50秒(如可能)，然后把它们撤离该区。数据采集一直进 行到所有燃烧和发烟信号都已停止或直到已过去1小时。

热重分析

本发明中所用的纤维在以特定升温速率加热到高温时保留其部分 重量。该纤维重量用TA Instruments(Water Corporation的一个局)， Newark，Delaware的2950型热重分析仪(TGA)测量。TGA给出样品失 重随升温的扫描。用TA Universal分析程序，可测定在任何记录温度 下的失重百分数。程序曲线构成如下：在50℃平衡样品；以10或20 ℃/min的速率从50℃线性升温至1000℃；用空气作燃气，以10ml/min 供气；并用500μl陶瓷杯(PN 952018.910)样品池。

试验步骤如下。用TG系统2900控制器在TGA视屏上进行TGA 编程。输入样品名称和所选的20℃/min的线性升温程序。用仪器的去 皮重功能配衡空样品杯。把纤维样品切割成1/16英寸(0.16cm)长并把 样品松松地装在样品杯内。样品重量应在10～50mg范围内。TGA有 一台天平，因此不必事前确定精确重量。杯外不应有任何样品。把已 装样杯挂到天平的金属线上，并确保热电偶靠近样品杯的上缘但不与 之接触。把炉子升到罩住样品杯，起动TGA。一旦程序结束，TGA将 自动降下炉子，卸下样品杯并进入冷却模式。然后用TA系统2900 Universal分析程序分析并产生在整个温度范围内失重百分数的TGA 扫描。

热防护性能试验(TPP)

本发明多层非织造复合材料在热和火焰中的预测防护性能用“热 防护性能试验”NFPA 2112进行测量。让辐射-对流组合热源以特定热 流(一般为2卡/cm2/s)对准水平放置的一片非织造复合材料(试样)。该试 验用铜栓量热仪测量来自热源透过样品传输的热能，织物与热源之间 为零距离。表征试验终点的方法是用Stoll和Chianta研发的简化模式 测定达到二度皮肤烧伤所需要的时间，见“Transactions New York Academy Science(纽约科学学报)”，1971，33，649页。在该试验中赋 予样品的这个值，标为TPP值，由所施热流乘以到达试验终点的时间 算得，该值是预期二度烧伤之前样品所能承受的总热能。TPP值越高， 表示隔热性越好。

总手感值

各阻燃材料的手感值用INDA标准试验IST 90.3(01)，即非织造织 物手感测定刚度的标准试验方法进行测量。INDA标准使用织物手感测 定仪测量把非织造织物样品弯进但不通过固定宽度狭缝所需要的力。 该力要在织物两面的机器方向和横向上测量，共得到4个力值。然后 组合这4个力值，得到以力单位报告的总手感值。

厚度

厚度结果以ASTM D 1777-96，即织物材料厚度的标准试验方法为 基础。

实施例1

制备多层射流喷网非织造织物复合材料如下。从2条分立喂料线 上来自3种不同纤维的料包制造2种短纤维共混物如下。共混物A是 970型每根单丝为2.2旦(dpf)(2.4分特/单丝)、切割长度为2英寸(5cm) 的Kevlar短纤维和33AP型1.5dpt(1.7分特/单丝)、切割长度为1.6 英寸(4.1cm)的Visil短纤维的50/50共混物。共混物B是1.5dpf(1.7分 特/单丝)、切割长度为1.6英寸(4.1cm)的Protex C变性聚丙烯腈短纤 维和33AP型1.5dpt(1.7分特/单丝)、切割长度为1.6英寸(4.1cm)的 Visil短纤维的67/33共混物。

在一条开梳线上制备共混物A并把该共混物的2.5盎司/码2(85 g/m2)96英寸(244cm)宽的网铺在传送带上形成网A。同时在第二条开 梳线上制备共混物B并把共混物B的4.0盎司/码2(136g/m2)91英寸(231 cm)宽的网铺在网A的上面，并在传送带上把两者输进Perfojet流体 缠结机。用流体喷网水射流使两网合并成总基础重量为6.5盎司/码 2(220g/m2)、总手感值为490g力的内聚双-层非织造复合材料。该非织 造复合材料的TPP等级为21卡/cm2和总厚度为67密耳(1.7mm)。

然后将该复合材料作为阻燃剂层加进双面密封床垫。该床垫的 上、下面板褥制造如下：依次组合马赛克型聚酯/聚丙烯白色纺织褥套 织物；3/4英寸(1.9cm)聚酯棉絮；以上制造的双-层非织造复合材料；3 层7/16英寸(1.1cm)聚氨酯泡沫；以及多针脚背衬织物；然后用非阻燃 线把这些层缝编在一起。

床垫周边的侧褥制造如下：依次组合马赛克型聚酯/聚丙烯白色纺 织褥套织物；以上制造的双-层非织造复合材料；3/16英寸(0.48cm)聚 氨酯泡沫；以及多针脚背衬织物；然后用非阻燃线把这些层缝编在一 起。

然后把床垫构造成内有灰毡绝热垫板紧靠在522Highpro床垫弹簧 上；然后在该灰毡绝热板上依次覆盖7/16英寸(1.1cm)聚氨酯泡沫和 1-1/2英寸(3.8cm)旋花状聚氨酯泡沫。然后用板褥覆盖床垫的上、下面 板并用侧褥覆盖周边，用阻燃聚酯带和阻燃芳族聚酰胺线缝合接缝。

底座是箱式弹簧，有与床垫上所用的相同侧褥，且作为上面板有 一块包含轻质聚酯型织物的防滑片。底座由木框和用钉书钉固定在木 框上的硬纸板层装配而成，硬纸板形成底座上面板的底基。然后用钉 书钉把覆盖在硬纸板上的含25％Kevlar/75％Visil33AP纤维的4盎司 /码2(136g/m2)的射流喷网织物钉在框架上，织物要罩过上缘并在框架 侧面向下延伸约1英寸(2.5cm)。用阻燃聚酯带和阻燃芳族聚酰胺线把 侧褥和防滑片缝在一起，使侧褥长到足以在所谓的着地侧面内与上面 板重叠2英寸(5cm)。然后滑动褥/防滑片组合并用钉书钉固定在框架 上。

按2003年7月修改过的加利福尼亚技术公告TB-603燃烧床垫和 底座。床垫以PHRR＜50kW很容易通过最大热释速率极限(＜200kW) 和以10分钟的总热释速率值＜10MJ很容易通过总热释极限值(＜25 MJ)。

实施例2

如实施例1那样制造各种重量的多层射流喷网非织造织物复合材 料，在第一层内含有Kevlar/Visil的50/50共混物以及第二层内含有 Visil/变性聚丙烯腈的33/67共混物。试验这些复合材料以确定它们的 TPP等级、总手感值和TB603(2003年7月修改版)燃烧试验结果，这 些结果概括在表内(同时包括实施例1的非织造复合材料的数据)。对单 面和双面封顶的床垫进行了TB603燃烧试验。制造并试验了许多个床 垫，全都通过了TB603(2003年7月修改版)燃烧试验。

                                                          表            标称基础重量              盎司/码2(g/m2)   总     厚度，   总     手感值   TPP     等级   密度          燃烧试验   单面   双面   第1层   第2层   总计   密耳(mm)   (g力)   卡/cm2   g/cm3       (通过数)   1.25(42)   1.9(64)   2.25(76)   2.5(85)   2.5(85)   1.25(42)   1.9(64)   2.25(76)   2.5(85)   4.0(135)   2.5(85)   3.8(129)   4.5(153)   5.0(170)   6.5(220)   24(0.6)   39(1.0)   49(1.2)   63(1.6)   67(1.7)   69   286   319   316   490   10   12   15   18   21   0.1   0.1   0.1   0.1   0.1   6/6   3/3   3/3   2/2   2/2   6/6   3/3   3/3   ---*---   2/2

*床垫未制造或未试验