一种阻燃复合材料及其制备方法
阅读说明：本技术 一种阻燃复合材料及其制备方法 (Flame-retardant composite material and preparation method thereof ) 是由 陈志伟 金震宇 于 2020-12-31 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种阻燃复合材料,依次包括外层、中间层和内层,所述外层为皮革或面料,所述中间层为阻燃非织造材料,所述内层为含有低熔点涤纶纤维的材料；所述外层与中间层之间采用阻燃胶水进行粘接,所述中间层与内层之间采用热压进行粘接。本发明的阻燃复合材料,通过在内层中添加一定比例的低熔点涤纶纤维,使得内层与中间层之间采用液压的方式进行粘接,避免了胶水的使用,进一步提升了阻燃的效果,也降低了成本,使得制备得到的阻燃复合材料的极限氧指数满足营运公交车辆对纺织材料的阻燃要求。(The invention discloses a flame-retardant composite material, which sequentially comprises an outer layer, a middle layer and an inner layer, wherein the outer layer is made of leather or fabric, the middle layer is made of a flame-retardant non-woven material, and the inner layer is made of a material containing low-melting-point polyester fibers; the outer layer and the middle layer are bonded by adopting flame-retardant glue, and the middle layer and the inner layer are bonded by adopting hot pressing. According to the flame-retardant composite material, the low-melting-point polyester fiber is added into the inner layer in a certain proportion, so that the inner layer and the middle layer are bonded in a hydraulic manner, the use of glue is avoided, the flame-retardant effect is further improved, the cost is also reduced, and the limit oxygen index of the prepared flame-retardant composite material meets the flame-retardant requirement of a commercial bus on a textile material.)
技术领域
本发明涉及阻燃材料技术领域，具体涉及一种适用于汽车内饰的阻燃复合材料以及该阻燃复合材料的制备方法。
背景技术
近年来，车辆内饰燃烧事故频发，尤其是带有软垫填充物的复合物，火灾造成的人员死伤案例屡见不鲜。在高铁、动车、城铁、客车、小汽车的座椅、顶棚、门板、安全座椅、沙发、软椅、躺椅等应用领域，提高皮革、纺织品复合材料的阻燃性能迫在眉睫。对此，我国也出台了多个强制性国家标准和行业标准，如GB8410-2006、GB38262-2019、JT/T 1095-2016、TB/T3237-2010等，在行业、产品要求上进行加强，以减少材料问题导致的问题扩大化。
PU海绵在车辆应用过程中，存在很多优势，材料柔软、回弹性好、价格低廉等优势，但也存在很多缺点：异味大、阻燃难达标、易老化等。所以如何在保证材料具有PU海绵的优势前提下，改善其阻燃困难的问题，是目前行业中的研究热点。
发明内容
有鉴于此，为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种改进的阻燃复合材料，能够达到汽车内饰的阻燃要求。
为了达到上述目的，本发明采用以下的技术方案：
一种阻燃复合材料，依次包括外层、中间层和内层，所述外层为皮革或面料，所述中间层为阻燃非织造材料，所述内层为含有低熔点涤纶纤维的材料；所述外层与中间层之间采用阻燃胶水进行粘接，所述中间层与内层之间采用热压进行粘接。
通过在内层中添加一定比例的低熔点涤纶纤维，使得内层与中间层之间采用液压的方式进行粘接，不仅工艺上简化了，且避免了胶水的使用，进一步提升了阻燃的效果，也降低了成本。制备时，先将中间层和内层进行热烫粘接，使得在纵向上具有一定的强度，之后在将中间层的另一侧与外层进行粘接。通过上述材料和结构的设置，使得制备得到的阻燃复合材料的极限氧指数在28～39％之间，符合JT/T 1095-2016要求营运公交车辆对纺织材料的阻燃要求。
根据本发明的一些优选实施方面，按重量份计，所述阻燃非织造材料包括如下原料组分：高温低熔点涤纶短纤维30～40份、三维中空涤纶短纤维10～20份、具有收缩性的三维中空纤维20～40份、三维卷曲中空涤纶短纤维20～40份；所述高温低熔点涤纶短纤维的熔点大于或等于160℃；所述具有收缩性的三维中空纤维在烘箱内180℃、15min下的收缩率为5～10％。根据本发明的一些优选实施方面，所述高温低熔点涤纶短纤维的熔点大于或等于180℃。
采用高温低熔点的短纤，在制备成产品之后，与其他类型的短纤复合协同作用，产品的阻燃和TVOC效果更好。添加具有较大收缩性的三维中空涤纶纤维，使得制备得到的产品更加紧密，阻燃效果更好。
根据本发明的一些优选实施方面，所述阻燃非织造材料的原料中粗度小于5D的纤维占阻燃非织造材料的质量比大于或等于80％。即2～4D的短纤维占非织造材料的质量比大于或等于80％，5D及以上粗度的纤维占非织造材料的质量比小于或等于20％。通过控制粗纤的占比，降低产品的间隙率，提高产品的阻燃效果。若过粗的纤维占比大，产品的间隙率越高，会容纳更多的空气，燃烧速度快，阻燃效果差。
根据本发明的一些优选实施方面，所述高温低熔点涤纶短纤维、具有收缩性的三维中空纤维以及三维卷曲中空涤纶短纤维的粗度为2～4D，长度为51～88mm；所述三维中空涤纶短纤维的粗度大于或等于5D。在本发明的一些实施例中，优选所述三维中空涤纶短纤维的粗度大于或等于7D。粗纤的使用在于使得产品具有一定的硬度。
根据本发明的一些优选实施方面，所述高温低熔点涤纶短纤维的粗度为2D；所述具有收缩性的三维中空纤维以及三维卷曲中空涤纶短纤维的粗度为3D。
根据本发明的一些优选实施方面，所述阻燃非织造材料中采用的原料均为三维纤维，没有二维纤维，使得制成之后的产品的结构紧密性高、断裂强度高，一方面加强了阻燃效果，另一方面使得产品削切后的绵表面平整度、光滑度更好，可使得绵与相对轻薄面料胶水复合后，表面平整度和光洁度高。
根据本发明的一些优选实施方面，所述高温低熔点涤纶短纤维的粗度和长度为2D*51mm；所述三维中空涤纶短纤维的粗度和长度为7D*51～88mm；所述具有收缩性的三维中空纤维的粗度和长度为3D*51～88mm、所述三维卷曲中空涤纶短纤维的粗度和长度为3D*51～88mm。
根据本发明的一些优选实施方面，所述阻燃非织造材料的密度为每毫米10～45g/m2，所述非织造材料的极限氧指数大于或等于30％。
本申请通过四种短纤维(高温低熔点涤纶短纤维、三维中空涤纶短纤维、具有收缩性的三维中空纤维、三维卷曲中空涤纶短纤维)之间的配合，并重点选取高温低熔点涤纶短纤维的熔点温度、纤维粗细之间的配比以及带有收缩性的纤维，达到在没有阻燃性能纤维的前提下使得制备得到的产品具有良好的阻燃性能，且产品的弹性、柔软度等相关物理性能与PU海绵保持接近。
阻燃非织造材料的制备方法，包括如下步骤：将非织造材料的多种纤维原料依次经开松、混合、梳理、铺网、垂直成形、热风定型、裁切、收卷、削切、收卷，得到所述非织造材料。其中，所述的垂直成形在于通过绵网折叠机构将绵网折叠成类似于折叠后的折扇页。
根据本发明的一些优选实施方面，所述内层为含有低熔点涤纶短纤维的网衬、水刺布或针刺布；所述网衬的密度为每毫米10～30g/m2。
根据本发明的一些优选实施方面，所述网衬为涤纶纺粘衬或涤纶热风绵衬，所述网衬的原材料包括15～100％质量比的2～4D*51mm的低熔点涤纶短纤维以及余量的0.8～3D*38～88mm其它普通涤纶纤维。
根据本发明的一些优选实施方面，所述水刺布或针刺布的原材料包括10～30％质量比的2～4D*51mm的低熔点涤纶短纤维以及余量的0.8～3D*38～88mm其它普通涤纶纤维。
根据本发明的一些优选实施方面，所述低熔点短纤维的熔点为110～120℃。
本发明还提供了一种如上所述的阻燃复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)制备阻燃非织造材料：将阻燃非织造材料的多种纤维原料依次经开松、混合、梳理、铺网、垂直成形、热风定型、裁切、收卷、削切、收卷，得到所述非织造材料；
2)将中间层的阻燃非织造材料与内层之间采用热压的方式进行粘接；之后将中间层的另一侧采用阻燃胶水与外层进行粘接，得到所述阻燃复合材料。热压时热压辊的温度为170～190℃，热压辊转速为5～15m/min。
由于采用了以上的技术方案，相较于现有技术，本发明的有益之处在于：本发明的阻燃复合材料，通过在内层中添加一定比例的低熔点涤纶纤维，使得内层与中间层之间采用热压的方式进行粘接，避免了胶水的使用，进一步提升了阻燃的效果，也降低了成本，使得制备得到的阻燃复合材料的极限氧指数满足营运公交车辆对纺织材料的阻燃要求。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1阻燃非织造材料
本实施例的阻燃非织造材料，按质量比计包括40％非阻燃高温低熔点(熔点180℃)涤纶短纤维2D*51mm、10％非阻燃三维中空涤纶短纤维7D*51mm、30％具有收缩性的三维中空纤维3D*51mm以及20％的非阻燃三维卷曲中空涤纶短纤维3D*51mm。
制备得到的5mm厚度的绵样，密度为20g/m2，其极限氧指数为31％。
制备得到的8mm厚度的绵样，密度为25g/m2，其极限氧指数为34％。
实施例2阻燃非织造材料
本实施例的阻燃非织造材料，按质量比计包括30％非阻燃高温低熔点(熔点180℃)涤纶短纤维2D*51mm、10％非阻燃三维中空涤纶短纤维7D*88mm、40％具有收缩性的三维中空纤维3D*51mm以及20％的非阻燃三维卷曲中空涤纶短纤维3D*64mm。
制备得到的5mm厚度的绵样，密度为20g/m2，其极限氧指数为33％。
制备得到的8mm厚度的绵样，密度为25g/m2，其极限氧指数为36％。
实施例3阻燃非织造材料
本实施例的阻燃非织造材料，按质量比计包括30％非阻燃高温低熔点(熔点180℃)涤纶短纤维2D*51mm、10％非阻燃三维中空涤纶短纤维7D*51mm、20％具有收缩性的三维中空纤维3D*51mm以及40％的非阻燃三维卷曲中空涤纶短纤维3D*88mm。
制备得到的5mm厚度的绵样，密度为20g/m2，其极限氧指数为30％。
制备得到的8mm厚度的绵样，密度为25g/m2，其极限氧指数为33％。
实施例1-3的阻燃非织造材料，通过四种短纤维(高温低熔点涤纶短纤维、三维中空涤纶短纤维、具有收缩性的三维中空纤维、三维卷曲中空涤纶短纤维)之间的配合，达到复合协同的作用，采用非阻燃的原材料，达到最终产品的阻燃效果，且通过四种短纤维的配比，使得在保持阻燃效果的同时，仍能保证良好的切削效果和断裂强度，且成本低。
实施例4阻燃复合材料
本实施例中的阻燃复合材料，包括外层、中间层和内层。其中，
外层为普通车用PU皮革。中间层采用实施例1中5mm厚度的阻燃非织造材料。内层为涤纶热风绵衬的网衬，原材料包括了质量比15％的2D*51mm的低熔点涤纶短纤维(熔点120℃)和85％的3D*88mm其他普通涤纶纤维。
制备时，先将中间层的阻燃非织造材料的一侧与内层的网衬进行热压，温度为170℃，热压辊转速为10m/min。之后将阻燃非织造材料的另一侧与皮革之间采用阻燃胶水进行粘接，得到适用于汽车内饰的阻燃复合材料。
实施例5阻燃复合材料
本实施例中的阻燃复合材料，包括外层、中间层和内层。其中，
外层为300g/m2起绒阻燃面料。中间层采用实施例2中5mm厚度的阻燃非织造材料。内层为水刺布，原材料包括了质量比5％的2D*51mm的低熔点涤纶短纤维和95％1.2D*51mm其他普通涤纶纤维。
制备时，先将中间层的阻燃非织造材料的一侧与内层的网衬进行热压，温度为185℃，热压辊转速为5m/min。之后将阻燃非织造材料的另一侧与皮革之间采用阻燃胶水进行粘接，得到适用于汽车内饰的阻燃复合材料。
实施例6阻燃复合材料
本实施例中的阻燃复合材料，包括外层、中间层和内层。其中，
外层为普通车用PU皮革。中间层采用实施例3中5mm厚度的阻燃非织造材料。内层为水刺布，原材料包括了质量比30％的2D*51mm的低熔点涤纶短纤维(熔点120℃)和70％的3D*88mm其他普通涤纶纤维。
制备时，先将中间层的阻燃非织造材料的一侧与内层的网衬进行热压，温度为170℃，热压辊转速为10m/min。之后将阻燃非织造材料的另一侧与皮革之间采用阻燃胶水进行粘接，得到适用于汽车内饰的阻燃复合材料。
对比例1
本对比例中非织造材料的成分配比与实施例1中基本相同，区别点在于本对比例中非阻燃三维卷曲中空涤纶短纤维的粗度为5D*64mm。
对比例2
本对比例中非织造材料的成分配比与实施例1中基本相同，区别点在于本对比例中没有具有收缩性的三维中空纤维，由非阻燃三维卷曲中空涤纶短纤维代替其占比。按质量比计本对比例的非织造材料包括40％非阻燃高温低熔点(熔点180℃)涤纶短纤维2D*51mm、10％非阻燃三维中空涤纶短纤维7D*51mm、以及50％的非阻燃三维卷曲中空涤纶短纤维3D*51mm。
对比例3
本对比例中非织造材料的成分配比与实施例1中基本相同，区别点在于本对比例中非阻燃低熔点涤纶短纤维的熔点温度为120℃。
对比例4
本对比例的材料与实施例5中的材料成分和配比基本相同，区别点在于本对比例中的复合材料中没有内层的水刺布。
测试与分析
1.对实施例1-3和对比例1-3中制备得到的非织造材料以及传统的PU海绵材料依次进行密度、表面硬度、落球回弹率、异味以及极限氧指数的测试，测试结果如下表所示：
表1非织造材料的测试结果
序号
密度
表面硬度
落球回弹率
异味
极限氧指数LOI
实施例1
20D
60
45％
≥3.0
≥31％
实施例2
20D
65
42％
≥3.0
≥33％
实施例3
20D
55
48％
≥3.0
≥30％
普通PU海绵
28D
70
43％
≥3.5
＜27％
对比例1
25D
62
42％
≥3.0
≥35％
对比例2
20D
53
44％
≥3.0
≥28％
对比例3
25D
62
42％
≥3.0
≥26％
表1表明，实施例1-3制备得到的非织造材料阻燃效果好，阻燃值达到JT/T1095-2016对车饰纺织类材料阻燃要求；手感柔软、有弹性，垂直弹性(落球回弹率)接近海绵材料，优于其它非织造材料；克重轻，低VOC、异味低，异味等级3.0，远高于海绵等其它化学发泡材料，也明显优于等其它材料；不易老化，而且价格低廉。
2.对实施例4-6和对比例4进行阻燃效果的测试，测试结果见表2：
表2测试结果
项目
车缝工序效果
极限氧指数LOI
实施例4
易车缝
31％
实施例5
易车缝
30％
实施例6
易车缝
32％
对比例4
摩擦力大，不易车缝
26％
从上述实施和对比例可以看出，实施例4-6应用内层衬材起到很好地效果，一方面会增强整体阻燃效果，另一方面对后道车缝效果也会有一定影响。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
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