阻燃纖維在汽車(chē)內(nèi)飾材料中的應(yīng)用現(xiàn)狀

王曉燕 張明光 曹繼鵬

（遼東學(xué)院，遼寧丹東，118003）

據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2021年9月我國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)保有量達(dá)3.9億輛，已經(jīng)逐漸成為世界汽車(chē)生產(chǎn)和消費(fèi)的主要國(guó)家之一。汽車(chē)發(fā)展在給人們帶來(lái)便利的同時(shí)，也存在著很多的安全隱患。尤其是頻發(fā)的交通事故，情況嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)引發(fā)火災(zāi)，給人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)較大的損失。在產(chǎn)業(yè)用紡織材料應(yīng)用中，車(chē)用紡織品一直占據(jù)著較大的比重。一輛普通家用轎車(chē)的內(nèi)飾材料大約有20 kg～40 kg，且汽車(chē)內(nèi)部的裝飾材料大多為紡織材料，包括座椅套、坐墊、安全帶、頭枕等，這些材料與駕駛員和乘客關(guān)系密切［1］。因此，這類(lèi)汽車(chē)內(nèi)飾類(lèi)紡織材料需要具有一定的阻燃性能，可以延緩事故汽車(chē)火焰蔓延的速度，能給駕駛員和乘客爭(zhēng)取更多的逃生時(shí)間。本研究就目前的阻燃纖維類(lèi)材料的種類(lèi)、汽車(chē)內(nèi)飾材料的應(yīng)用開(kāi)發(fā)進(jìn)行了綜述，并展望了未來(lái)阻燃材料技術(shù)的發(fā)展，為汽車(chē)內(nèi)飾阻燃材料的研究提供新的思路。

1 阻燃纖維的分類(lèi)

阻燃纖維是指與火源接觸后，纖維不能燃燒或燃燒不充分，僅產(chǎn)生很小的火焰，撤離火源后，火焰能夠較快地自行熄滅的纖維。通常用極限氧指數(shù)（LOI）來(lái)表征燃燒的難易程度，當(dāng)LOI大于21%時(shí)，即表明該物質(zhì)難以燃燒［2］139。阻燃纖維一般分為兩大類(lèi)：本征阻燃纖維和改性阻燃纖維。

1.1 本征阻燃纖維

本征阻燃纖維是指該纖維本身就具備阻燃性能，離開(kāi)火源后能迅速自熄且較少釋放有毒煙霧。主要包括聚酯纖維、聚酰胺纖維、玄武巖纖維、PBI纖維等。

聚酰胺纖維和聚酯纖維等一類(lèi)纖維屬于熱塑性合成纖維，此類(lèi)纖維的阻燃機(jī)理是物理作用，在加熱時(shí)發(fā)生收縮熔滴，與空氣的接觸面積減少，并可發(fā)生熔滴下落而離開(kāi)火源，達(dá)到阻燃的效果。玄武巖纖維是以天然玄武巖拉制的連續(xù)纖維，具有強(qiáng)度高、耐高溫和永久阻燃性等優(yōu)點(diǎn)。PBI纖維是一種具有優(yōu)良耐熱性能的纖維，在空氣中不能燃燒，也不熔融或滴落，極限氧指數(shù)高，是具有防火用途的優(yōu)良纖維材料。

1.2 改性阻燃纖維

改性阻燃纖維是指纖維本身不具有阻燃性能，而是將具有阻燃功能的阻燃劑通過(guò)聚合物共聚、共混、復(fù)合紡絲法、接枝法等加入到纖維中或是用后整理方法將阻燃劑涂在纖維表面或纖維內(nèi)部。主要包括阻燃滌綸、阻燃錦綸、阻燃粘膠纖維、阻燃丙綸等。

1.2.1 阻燃滌綸

德國(guó)Hoechst公司、意大利Snia公司和日本Unitika公司均采用共聚法制得；日本東洋紡公司利用DOPO阻燃劑和PET單體共聚制造的HEIM系列阻燃PET纖維產(chǎn)品，極限氧指數(shù)高達(dá)28%［3］。中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)的學(xué)者合成的次磷酸改性殼聚糖阻燃劑和支化聚乙烯亞胺薄膜沉積在滌棉混紡紗上，采用分層黏合技術(shù)制備的阻燃滌棉織物經(jīng)高溫氧化后的熱穩(wěn)定性得到提高［4］。徐凱等［5］采用共混法將阻燃滌綸與海藻酸鈣纖維共混，制備的阻燃滌綸/海藻酸鈣纖維（質(zhì)量比40∶60）復(fù)合材料具有較低的熱釋放量，提高了復(fù)合材料的穩(wěn)定性。丁放等［6］以氯磷酸二乙酯、甲基丙烯酰胺合成的磷氮阻燃劑二乙基-甲基丙烯酰胺磷酸酯，采用浸漬法制得阻燃滌綸織物，其極限氧指數(shù)達(dá)28.7%。

1.2.2 阻燃錦綸

錦綸的極限氧指數(shù)在21%～22%。陳亞芳等［7］在合成氮-磷阻燃劑的過(guò)程中加入乙醇和尿素后制得了新型油溶性尿素磷酸酯阻燃劑，用此阻燃劑制成的制品阻燃效果良好，安全性高。ZHOU Xiangdong等［8］制 備 了PA66和 阻 燃 中 間體FR，制得的PA-FR處理織物的極限氧指數(shù)26.4%，具有良好的耐用功能。

1.2.3 阻燃粘膠纖維

粘膠纖維的阻燃整理制備常采用共混法和后整理法。我國(guó)山東海龍公司利用無(wú)機(jī)、有機(jī)高分子2種阻燃劑共混制造了阻燃粘膠纖維［9］。江蘇省紡織研究所與無(wú)錫梁溪毛紡織廠將阻燃粘膠纖維與羊毛混紡，不僅較粘膠纖維純紡性能好，其極限氧指數(shù)還達(dá)到了30%［10］。

1.2.4 阻燃丙綸

阻燃丙綸主要用于汽車(chē)頂棚和地毯。早期多以鹵系阻燃劑為主，燃燒過(guò)程中伴隨著大量的濃煙和有毒氣體。隨著環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，逐漸研發(fā)了以五氧化二磷、季戊四醇和三聚氰胺按比例混合制備的膨脹型阻燃劑。其中以季戊四醇螺環(huán)磷酸酯雙密胺鹽無(wú)鹵阻燃劑通過(guò)共混紡絲，制備的無(wú)鹵阻燃丙綸，采用低能電子輻照，隨著電子輻照量的增大，阻燃丙綸的起始分解溫度增加，燃燒形成了連續(xù)致密的炭層［11］。

2 阻燃纖維在汽車(chē)內(nèi)飾材料方面的應(yīng)用

由于車(chē)用內(nèi)飾材料的使用空間上具有一定的局限性，相較于其他阻燃產(chǎn)品，要求在測(cè)試時(shí)不燃燒或者可以燃燒但是水平燃燒速度或垂直燃燒速度針對(duì)車(chē)輛的類(lèi)型和用途有差異，如機(jī)動(dòng)車(chē)內(nèi)飾材料的燃燒速度應(yīng)不大于70 mm/min；其次，基于車(chē)內(nèi)環(huán)境的安全性能考慮，內(nèi)飾阻燃材料需考慮煙密度、有害有毒氣體的影響，阻燃整理時(shí)所用阻燃劑成分應(yīng)為不易揮發(fā)物質(zhì)，減少霧凇現(xiàn)象；再次，內(nèi)飾阻燃材料需同時(shí)具備防靜電性能，使得車(chē)內(nèi)更清潔，也可以避免車(chē)內(nèi)因可能存在汽油蒸汽或煙氣而導(dǎo)致火災(zāi)的發(fā)生。

隨著汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展，汽車(chē)內(nèi)飾用紡織品材料也隨之增長(zhǎng)。每輛汽車(chē)的耗用紡織品材料達(dá)20 m2～42 m2，紡織材料在汽車(chē)制造業(yè)方面有著巨大的發(fā)展空間。汽車(chē)內(nèi)飾用紡織品主要分為功能性和裝飾性?xún)深?lèi)，近年來(lái)隨著人們經(jīng)濟(jì)水平的提高，對(duì)功能性的關(guān)注度愈來(lái)愈高，特別是汽車(chē)內(nèi)飾材料的阻燃性能關(guān)系著生命和財(cái)產(chǎn)的安全，使得大家更為注重。

纖維類(lèi)紡織品［12］應(yīng)用于汽車(chē)座椅面料、氣囊、輪胎簾子線、車(chē)門(mén)內(nèi)飾板、車(chē)頂及隔熱、吸聲材料等。以聚酯纖維、聚丙烯纖維、玻璃纖維、碳纖維等生產(chǎn)的非織造布也應(yīng)用在汽車(chē)內(nèi)飾上。程博聞等［13］將再生棉纖維經(jīng)過(guò)阻燃處理后制成的阻燃汽車(chē)襯墊，各項(xiàng)指標(biāo)均符合汽車(chē)內(nèi)飾材料要求。馬志遠(yuǎn)［14］在阻燃滌綸針刺汽車(chē)內(nèi)飾材料研究中，以阻燃滌綸和普通滌綸按照不同的比例制備了阻燃滌綸針刺非織造布，并進(jìn)行了燃燒性能測(cè)試，當(dāng)阻燃纖維的含量達(dá)到15%時(shí)其極限氧指數(shù)大于26%?？涤昝傻龋?5］同樣也發(fā)現(xiàn)將普通滌綸和阻燃滌綸通過(guò)不同的質(zhì)量比混和后，當(dāng)阻燃滌綸的質(zhì)量比高于15%時(shí)，阻燃滌綸針刺非織造汽車(chē)內(nèi)飾材料即可達(dá)到阻燃要求。李維宏等［16］利用滌綸短纖制成的非織造布用浸軋焙烘法進(jìn)行阻燃整理，采用阻燃劑的質(zhì)量濃度300 g/L、車(chē)速15 m/min、130%的軋余率，可制得具有較好阻燃性能的汽車(chē)內(nèi)飾用材料，同時(shí)透氣性好，伸長(zhǎng)率和強(qiáng)力也均達(dá)標(biāo)。劉金濤［17］闡述了捷達(dá)轎車(chē)用裝飾布產(chǎn)品，其以滌綸色紡POY經(jīng)空氣變形后的ATY絲為原料，所制備的阻燃滌綸空氣變形絲代替了進(jìn)口產(chǎn)品，證明我國(guó)有能力實(shí)現(xiàn)汽車(chē)內(nèi)飾紡織品的國(guó)產(chǎn)化。胡鳳霞等［18］利用十溴二苯乙烷協(xié)同三氧化二銻對(duì)再生PET內(nèi)飾材料進(jìn)行阻燃處理，當(dāng)阻燃劑質(zhì)量濃度為150 g/L，黏合劑體積分?jǐn)?shù)為20%時(shí)，汽車(chē)內(nèi)飾材料的燃燒蔓延時(shí)間為19.4 s，阻燃性能良好。

范慧俐等［19］采用具有協(xié)同效應(yīng)的復(fù)合阻燃劑體系和粉末聚丙烯，生產(chǎn)的阻燃聚丙烯纖維具有穩(wěn)定的阻燃性能，用在汽車(chē)電器上效果良好。PLA纖維的極限氧指數(shù)26%～27%，燃燒時(shí)發(fā)熱量低，只釋放輕微的煙霧，易自熄。帝人公司開(kāi)發(fā)的車(chē)用耐熱PLA纖維Bio front，主要應(yīng)用在汽車(chē)內(nèi)飾。此外，帝人公司與馬自達(dá)、Purac（乳酸衍生物生產(chǎn)商）、Nishikawa（橡膠生產(chǎn)公司）合作開(kāi)發(fā)耐熱PLA纖維與淀粉共混技術(shù)，用于生產(chǎn)車(chē)用PLA纖維［20-21］。高阻燃纖維為營(yíng)造健康安全、綠色環(huán)保的汽車(chē)內(nèi)飾提供了可能。郭光振［2］141闡述了聚丙烯腈預(yù)氧化（POF）纖維，極限氧指數(shù)一般在40%～60%。這種纖維具有優(yōu)良的阻燃、耐熱性能，且耐化學(xué)試劑性能也優(yōu)于一般的合成纖維，主要用于阻燃裝飾材料，如汽車(chē)的剎車(chē)片。

沈葉龍等［22］采用多聚磷酸銨、三嗪系成炭-發(fā)泡劑、抗滴落劑聚四氟乙烯為阻燃劑制備了無(wú)鹵阻燃聚丙烯復(fù)合材料，添加24份阻燃劑時(shí)，提高鎂鹽晶須添加量可提高PP阻燃性能；劉明昌等［23］在上述無(wú)鹵阻燃聚丙烯復(fù)合材料的基礎(chǔ)上制備出無(wú)鹵阻燃連續(xù)玻璃纖維增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料，其極限氧指數(shù)為28.7%，廣泛應(yīng)用于汽車(chē)內(nèi)飾材料上。無(wú)鹵阻燃研究對(duì)提高聚丙烯的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程有重要意義。

顧金丹［24］選用氫氧化鎂作阻燃劑對(duì)大麻纖維非織造汽車(chē)內(nèi)飾材料進(jìn)行阻燃整理，使大麻纖維非織造汽車(chē)內(nèi)飾材料獲得了較優(yōu)的阻燃性能，可滿(mǎn)足汽車(chē)內(nèi)飾對(duì)纖維材料阻燃性能的要求，同時(shí)還具有較好的強(qiáng)度、透氣性、耐磨性和優(yōu)良的防紫外線性能。楊學(xué)通等［25］以聚磷酸銨（APP）為阻燃劑，對(duì)汽車(chē)內(nèi)飾用木纖維/麻纖維/聚丙烯纖維三元復(fù)合材料進(jìn)行阻燃處理，處理后復(fù)合材料的阻燃性能有所改善，燃燒速率降低，成炭率和極限氧指數(shù)升高。隨著APP含量的增加，復(fù)合材料的極限氧指數(shù)不斷提升，分解速率減慢，然而由于APP熱分解溫度低，在一定程度上使得復(fù)合材料的熱分解溫度提前，當(dāng)板材的增重率達(dá)到43.9%時(shí)，板材離火自熄。其中磷酸銨鹽、聚磷酸銨［26］等是常用的磷系阻燃劑，具有毒性低、熱穩(wěn)定性好、適用性廣、性?xún)r(jià)比高的優(yōu)點(diǎn)。

聚酰胺纖維（PA）具有良好的耐磨性、回彈性和強(qiáng)度。其良好的力學(xué)性能和耐磨性常用于生產(chǎn)汽車(chē)安全帶織帶，然而由于其21.7%的極限氧指數(shù)，因而需要對(duì)其進(jìn)行阻燃改性才能更好地應(yīng)用在汽車(chē)內(nèi)飾上。陳林等［27］用新型磷系阻燃劑氨基三亞甲基膦酸鋁（NYP3）和二乙基次膦酸鋁（BEP-22E）為原料，與PA66復(fù)配形成阻燃體系。研究表明，添加體積分?jǐn)?shù)4% NYP3、體積分?jǐn)?shù)12% BEP-22E，材料的垂直燃燒可達(dá)到V-0級(jí)，極限氧指數(shù)達(dá)41.1%，同時(shí)材料的機(jī)械性能優(yōu)異。超美斯新材料股份有限公司［28］生產(chǎn)的超美斯芳綸化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，具有永久的阻燃性能和良好的熱穩(wěn)定性能，可用于工業(yè)環(huán)保過(guò)濾材料和汽車(chē)篷布等。

上述研究表明，車(chē)內(nèi)飾阻燃材料一直是學(xué)者們探索的熱點(diǎn)。目前無(wú)機(jī)阻燃劑、鹵系阻燃劑、磷系阻燃劑及有機(jī)和無(wú)機(jī)復(fù)配阻燃劑等阻燃材料均應(yīng)用在車(chē)內(nèi)飾上，阻燃材料的種類(lèi)繁多，研發(fā)的車(chē)內(nèi)飾產(chǎn)品代替了進(jìn)口產(chǎn)品及采用復(fù)配協(xié)同阻燃劑的阻燃材料性能穩(wěn)定，說(shuō)明了阻燃材料方面的研發(fā)一直在前進(jìn)，各種內(nèi)飾阻燃材料在應(yīng)用時(shí)對(duì)阻燃材料的性能更趨向于安全環(huán)保，對(duì)于更優(yōu)性能的車(chē)內(nèi)飾阻燃材料也在不斷地更新和探索中。但其中所用的材料存在著以下問(wèn)題：如鹵系阻燃材料在高溫時(shí)會(huì)釋放出有毒的鹵化氫，而磷系阻燃材料分為有機(jī)磷系阻燃劑和無(wú)機(jī)磷系阻燃劑，雖然有機(jī)磷系阻燃劑具有低煙低毒的優(yōu)點(diǎn)，但是無(wú)機(jī)磷系阻燃劑存在熱穩(wěn)定性差及在高溫時(shí)易被氧化釋放PH3有毒氣體的缺點(diǎn)。因此未來(lái)的車(chē)用內(nèi)飾阻燃材料應(yīng)綜合考慮阻燃材料在燃燒后的有害有毒氣體、煙密度等因素，進(jìn)一步探索環(huán)保型、安全型阻燃材料的制備，以實(shí)現(xiàn)阻燃材料在車(chē)內(nèi)飾方面的規(guī)模化應(yīng)用。

3 阻燃纖維在汽車(chē)內(nèi)飾材料方面的研發(fā)方向

隨著科技的進(jìn)步發(fā)展及人們綠色環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，人們對(duì)汽車(chē)內(nèi)飾所使用阻燃纖維的要求也日益提高，除了要求阻燃性能外，還要求價(jià)格合理，綠色環(huán)保。在追求可持續(xù)、綠色環(huán)保發(fā)展的背景下，未來(lái)汽車(chē)內(nèi)飾阻燃纖維材料需要依靠化學(xué)技術(shù)、高分子材料技術(shù)和紡織技術(shù)等多學(xué)科共同支撐，逐漸開(kāi)發(fā)無(wú)鹵化、無(wú)毒、低煙、穩(wěn)定性好、協(xié)同性好的阻燃纖維，如阻燃吸濕纖維及阻燃抗菌纖維等，使纖維功能復(fù)合化、生產(chǎn)工藝和操作環(huán)境的綠色化和具有獨(dú)特化學(xué)結(jié)構(gòu)的耐高溫阻燃特性纖維的高技術(shù)化。研究人員要繼續(xù)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，開(kāi)拓新思路，加大研發(fā)力度，依托紡織學(xué)科和材料學(xué)科等多學(xué)科交叉融合，研發(fā)性能高端化、功能定制化的新型阻燃纖維材料，提升內(nèi)飾纖維材料的綜合性能，更好地服務(wù)于人們的美好生活。