非织造高蓬松度火焰屏蔽物的制作方法

专利名称：非织造高蓬松度火焰屏蔽物的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种非常适用于床垫、装饰家具、纤维填充床罩和运输工具座垫应用或任何其中需要高蓬松度非织造材料用于火焰屏蔽目的的最终用途应用的非织造高蓬松度火焰屏蔽物。本发明的优选非织造高蓬松度火焰屏蔽物包括如下物质的共混物包括固有耐火的和耐由直接火焰引起的收缩的“类别1”纤维的纤维，与优选单独或与如下物质结合的蜜胺纤维其它固有阻燃“类别1”纤维，从采用卤代单体制备的聚合物制备的“类别2”纤维，和优选另外的纤维如低熔粘合用纤维，其在高蓬松度制造工艺中热活化以在最终用途应用中提供低堆密度、回弹性和绝热性能。当暴露于火焰温度时，采用卤代单体制备的聚合物产生氧耗尽气体。这些氧耗尽气体有助于防止分解产物的自燃，该分解产物来自例如聚氨酯泡沫的下层，并且它们也有助于熄灭可能从位于上方的服装罩织物等发出的残余火焰。来自采用卤代单体制备的聚合物的氧耗尽气体也覆盖和保护在固有阻燃纤维分解期间形成的含碳烧焦物，由此当在明火温度下暴露于空气时，在烧焦物碎裂之前提供明显更长的时间。然后这些协同共混物能够以烧焦物屏蔽物的最小收缩承受延长的时间，由此防止火焰“突破”烧焦物屏蔽物和点燃在下方的材料。也可以非必要地优选以相对低浓度包括其它组分纤维如天然纤维，以在最终用途应用中改进产品经济性。本发明的高蓬松度屏蔽物也可用于制造耐明火的复合制品，同时也允许继续使用常规非阻燃服装罩织物、常规非阻燃纤维填充物和常规非阻燃聚氨酯泡沫等。
相关技术的背景在纺织工业中已知，使用由天然或合成纤维形成的织造、针刺或射流喷网(spunlace)非织造织物或编织物，并然后采用阻燃化学品处理这些织物而生产用于装饰家具、床垫、枕头、床单、鸭绒被、棉被、床垫衬垫、汽车座垫、公共运输工具座垫、飞机座垫等中的耐火产品。常规的阻燃(FR)化学品包括卤素基、磷基和/或锑基化学品。令人遗憾地，这样处理的织物比相似类型的非阻燃织物重，并具有降低的磨损寿命。尽管当除去火焰时FR化学处理的织物会自熄和显示有限的熔融行为，但它们面对大的直接火焰的攻击，即使在短时间内也不能很好地表现为火焰屏蔽物。典型地在对直接火焰的短暴露之后，FR化学处理的织物形成脆性烧焦物，收缩和裂开。这将复合制品中在下方的材料(如聚酯纤维填充物和/或聚氨酯泡沫)暴露于明火。此织物的开裂和收缩行为可能使得在下方的材料点燃。当用FR处理的棉，FR聚酯和其它FR处理的织物制备的这些织物用于复合制品如装饰家具和床垫中时，如果不使用另外的火焰屏蔽物或FR背涂材料，认为这些复合制品不适于通过较严格的明火测试，如加利福尼亚测试公告(California Test Bulletin)133(1991年1月)(Cal TB133)、加利福尼亚测试公告129“用于公共建筑物中的床垫的可燃性测试方法”(1992年10月)(Cal TB129)和英国标准5852-Crib 5(1982年8月)(BS5852)。
目标在于通过较严格的明火测试，如Cal TB129和Cal TB133的目前使用的一些火焰屏蔽物织物包括1)织造聚合物涂覆的100％玻璃纤维火焰屏蔽物(SandelFabric，Sandel International Inc.)2)织造或编织包芯纱基火焰屏蔽物，其中将天然和/或合成纤维缠绕在复丝玻璃纤维芯周围，并然后非必要地采用FR化学品，和/或热塑性聚卤乙烯组合物，如聚氯乙烯的涂料处理(Firegard座垫屏蔽物，Intek；Firegard牌产品，Chiquola Fabrics，LLC)3)由100％对芳族聚酰胺组成的非织造水缠结射流喷网火焰屏蔽物(ThermablockTMKevlarZ-11，DuPont Company)。
4)织造或编织包芯纱基火焰屏蔽物，其中将天然和/或合成纤维缠绕在复丝和/或纺成的对芳族聚酰胺芯纱周围，并然后非必要地采用FR化学品，和/或热塑性聚卤乙烯组合物，如聚氯乙烯的涂料处理(Firegard座垫屏蔽物，Intek；Firegard牌产品，ChiquolaFabrics，LLC)。
用于床垫、装饰家具和其它纤维填充应用中的较严格的明火应用的上述火焰屏蔽物解决方案的缺点包括a)织造火焰屏蔽物，特别是当采用FR材料涂覆时，向复合制品赋予坚硬的“手感”，这消极地影响最终产品的触感。
b)在制造期间，必须将现有技术织造、非织造和编织火焰屏蔽物层压到装饰性织物上或双面装饰。这增加了服装罩织物的数目和复杂性，由此增加了制造成本。
c)由于玻璃对玻璃磨损，100％玻璃纤维火焰屏蔽物具有差的耐用性。
d)采用天然纤维缠绕包芯纱制备的织造和编织火焰屏蔽物必须以高重量结构(即～10opsy或336g/m2)制造为有效火焰屏蔽物，并可能消极地影响复合制品的触感。
e)天然纤维缠绕的包芯纱织物要求另外的FR化学处理和/或热塑性聚卤乙烯组合物，如聚氯乙烯的涂覆，以有效通过较严格的明火测试。这由于必须处理这些化学品而消极地影响工作场所，而且这增加化学品对使用复合制品的消费者的暴露。
f)包含显著数量的对芳族聚酰胺纤维的水缠结的非织造射流喷网火焰屏蔽物赋予火焰屏蔽物以黄色，并消极地影响复合制品的外观，特别是当在白色或浅色装饰性室内装饰品和/或床垫被套料织物下方直接使用时。
g)由于它们需要纱线形成步骤，所以织造和编织火焰屏蔽物对复合制品增加了显著的成本，在本发明非织造火焰屏蔽物的形成中消除该步骤。
发明概述为克服或显著改进相关技术的缺点，本发明的目的是提供能够通过严格的明火测试的非织造高蓬松度火焰屏蔽物。在本申请中它的优选用法中，术语“火焰屏蔽物”表示一种引入复合制品中的产品，使得当采用复合类型测试方法，如用于床垫的加利福尼亚测试公告129(Cal TB129)和用于装饰家具的加利福尼亚测试公告133(CalTB133)测试时，火焰屏蔽物允许继续使用常规材料如服装罩织物、纤维填充物和聚氨酯泡沫，同时仍然通过这些严格的大明火测试。本领域技术人员可以理解的是，本发明中由所述纤维共混物组成的火焰屏蔽物，甚至在总体上较低的基础重量下，仍可以通过较不严格的明火测试，如小明火测试。
在本申请中它的优选用法中，术语“高蓬松度”指的是(i)蓬松的，相对低密度的非织造纤维结构，该结构优选比纤维具有更大体积的空气；(ii)目的在于建立蓬松度或厚度而不增加重量而生产的非织造材料；和/或(iii)在制造工艺中，在产物的显著部分内不压实或有目的地压缩的非织造纤维产品。本发明高蓬松度非织造材料的基础重量优选为75-600g/m2，更优选150-450g/m2，和甚至更优选，对于许多预计的用途，为300-375g/m2。本发明高蓬松度非织造材料还优选具有厚度为6mm-75mm，并认为7-51mm的厚度范围非常适于本发明的许多用途。由于对于在以上厚度的较高端的给定厚度下，具有太低的基础重量可能在一些情况下劣化屏蔽作用，所以对于一些应用理想的是，与较低端厚度范围结合使用较低端的基础重量值，而较高端基础重量一般不被同样地考虑。因此，75g/m2的基础重量与6mm-13mm的蓬松度或厚度范围，或150g/m2的基础重量与6mm-25mm的蓬松度或厚度范围，或300g/m2的基础重量与10mm-50mm的蓬松度或厚度范围，或450g/m2的基础重量与20mm-60mm的蓬松度或厚度范围，或600g/m2的基础重量与19mm-75mm的蓬松度或厚度范围，在本发明下代表优选的基础重量/厚度结合。另外的优选结合包括，例如，基础重量150g/m2(与7mm-25mm的优选厚度或蓬松度范围)-450g/m2(与25mm-51mm的优选厚度或蓬松度范围)。认为非常适于本申请的许多预计用途的另外优选的结合，该预计使用包括用于床上用品相关产品的火焰屏蔽物，该结合包括300g/m2(与20mm-35mm的优选厚度或蓬松度范围)-375g/m2(与25mm-50mm的优选厚度或蓬松度范围)的重量/厚度结合。依赖于所需的火焰屏蔽物要求和希望的使用，以上的厚度范围显示相对于所述基础重量的优选范围，该基础重量非常适于本发明典型的预计用途，但在所述范围以上和以下的厚度水平相对于所述基础重量也是可能的，并反之亦然。
因此根据本发明，5Kg/m3-50Kg/m3，或更优选6Kg/m3-21Kg/m3，和甚至更优选7.5Kg/m3-15Kg/m3的高蓬松度密度水平非常适于本发明的火焰屏蔽物目的。
用于本发明非织造纤维共混物的的纤维的优选旦值优选为0.8-200分特，其中0.9-50分特和1-28分特的范围非常适于本发明的许多应用，如与床垫结合。
本发明的进一步目的是提供复合制品，如采用非织造高蓬松度火焰屏蔽物制造的床垫和/或装饰家具产品，该火焰屏蔽物通过较严格的明火测试，如Cal TB133和Cal TB129，相对于单独的床垫(没有衬底如弹簧床垫(box spring))。
在直接暴露于火焰和高热量时，本发明的非织造高蓬松度火焰屏蔽物形成厚的柔性烧焦物，同时在x-y平面中基本没有收缩(如“BASOFIL”蜜胺材料自身在200℃下包括小于1％的收缩速率1小时)。这种烧焦物形成行为防止火焰屏蔽物的开裂，防止例如复合制品中纤维填充棉絮和/或泡沫材料的下方层暴露于直接火焰和高热量。厚的柔性烧焦物也有助于阻挡氧气和挥发性分解气体的流动，同时通过产生有效的隔热屏蔽物而减缓热量传递。非织造高蓬松度火焰屏蔽物中优选的纤维共混物的烧焦物形成行为，通过产生氧耗尽气体而相当地延长了在下方的材料分解和点燃的时间，该氧耗尽气体不允许例如聚氨酯的挥发性分解蒸气自燃，并也有助于存在的“表面”火焰自熄。
根据本发明的优选实施方案，通过从类别1和2制备紧密短纤维共混物，非必要地加入类别3、4和5中任一种或所有种的纤维，而生产例如用于床垫、装饰家具、纤维填充床罩和运输工具座垫应用的热粘合非织造高蓬松度火焰屏蔽物。类别6粘合剂树脂的非必要加入也是可能的，如代替类别3材料或作为类别3材料的补充。
类别1固有阻燃纤维如蜜胺、间芳族聚酰胺、对芳族聚酰胺、聚苯并咪唑、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、部分氧化的聚丙烯腈、诺沃洛伊德、聚(对亚苯基苯并双噁唑)、聚(对亚苯基苯并噻唑)、聚苯硫醚、阻燃粘胶人造丝(如包含30％硅铝酸盐改性的二氧化硅，SiO2+Al2O3，的粘胶人造丝基纤维)、聚醚醚酮、聚酮、聚醚酰亚胺，及其组合。
上述的蜜胺是类别1纤维的一个例子，这类纤维是固有阻燃的并在经历明火时在X-Y平面中基本不显示收缩。蜜胺纤维，例如，以商品名BASOFIL(BASF A.G.)销售。与本发明结合使用的蜜胺树脂纤维例如可以由描述于如下文献的方法制备EP-A-93 965、DE-A-23 64091、EP-A-221 330或EP-A-408 947，这些文献在此引入作为参考。例如，优选的蜜胺树脂纤维包括作为单体结构单元(A)的90-100mol％混合物，该混合物基本由如下物质组成30-100mol％，优选50-99mol％，特别优选85-95mol％，特别地88-93mol％蜜胺，和0-70mol％，优选1-50mol％，特别优选5-15mol％，特别地7-12mol％取代蜜胺I或取代蜜胺I的混合物。
作为另外的单体结构单元(B)，特别优选的蜜胺树脂纤维包括0-10mol％，优选0.1-9.5mol％，特别地1-5mol％酚或酚混合物，基于单体结构单元(A)和(B)的总摩尔数。
通常可通过以1∶1.15-1∶4.5，优选1∶1.8-1∶3.0的蜜胺对甲醛的摩尔比，使组分(A)和(B)与甲醛或甲醛供给化合物反应，随后纺丝，而获得特别优选的蜜胺树脂纤维。
合适的通式I的取代蜜胺
是，其中x1，x2，和x3各选自-NH2、-NHR1和-NR1R2，但x1，x2，和x3必须不都是-NH2，和R1和R2各选自羟基-C2-C10-烷基、羟基-C2-C4-烷基-(氧杂-C2-C4-烷基)n，其中n是1-5，和氨基-C2-C12-烷基。
羟基-C2-C10-烷基优选是羟基-C2-C6-烷基，如2-羟乙基、3-羟基正丙基、2-羟基异丙基、4-羟基正丁基、5-羟基正戊基、6-羟基正己基、3-羟基-2，2-二甲基丙基，优选羟基-C2-C4-烷基，如2-羟乙基、3-羟基正丙基、2-羟基异丙基和4-羟基正丁基，特别优选2-羟乙基或2-羟基异丙基。
羟基-C2-C4-烷基-(氧杂-C2-C4-烷基)n优选具有n为1-4，特别优选n＝1或2，如5-羟基-3-氧杂戊基、5-羟基-3-氧杂-2，5-二甲基戊基、5-羟基-3-氧杂-1，4-二甲基戊基、5-羟基-3-氧杂-1，2，3，4，5-四甲基戊基、8-羟基-3，6-二氧杂辛基。
氨基-C2-C12-烷基优选是氨基-C2-C8-烷基，如2-氨乙基、3-氨丙基、4-氨丁基、5-氨戊基、6-氨己基、7-氨庚基，还有8-氨辛基，特别优选2-氨乙基和6-氨己基，非常特别优选6-氨己基。
特别适于本发明的取代蜜胺包括如下化合物2-羟基乙基氨基取代的蜜胺如2-(2-羟基乙基氨基)-4，6-二氨基-1，3，5-三嗪、2，4-二(2-羟基乙基氨基)-6-氨基-1，3，5-三嗪、2，4，6-三(2-羟基乙基氨基)-1，3，5-三嗪、
2-羟基异丙基氨基取代的蜜胺如2-(2-羟基异丙基氨基)-4，6-二氨基-1，3，5-三嗪、2，4-二(2-羟基异丙基氨基)-6-氨基-1，3，5-三嗪、2，4，6-三(2-羟基异丙基氨基)-1，3，5-三嗪、5-羟基-3-氧杂戊基氨基取代的蜜胺如2-(5-羟基-3-氧杂戊基氨基)-4，6-二氨基-1，3，5-三嗪、2，4，6-三(5-羟基-3-氧杂戊基氨基)-1，3，5-三嗪、2，4-二(5-羟基-3-氧杂戊基氨基)-6-氨基-1，3，5-三嗪和还有6-氨基己基氨基取代的蜜胺如2-(6-氨基己基氨基)-4，6-二氨基-1，3，5-三嗪、2，4-二(6-氨基己基氨基)-6-氨基-1，3，5-三嗪、2，4，6-三(6-氨基己基氨基)-1，3，5-三嗪或这些化合物的混合物，例如如下物质的混合物10mol％2-(5-羟基-3-氧杂戊基氨基)-4，6-二氨基-1，3，5-三嗪，50mol％2，4-二(5-羟基-3-氧杂戊基氨基)-6-氨基-1，3，5-三嗪和40mol％2，4，6-三(5-羟基-3-氧杂戊基氨基)-1，3，5-三嗪。
合适的酚(B)是包含一个或两个羟基的酚，如未取代酚，由选自C1-C9-烷基和羟基的基团取代的酚，和还有由两个或三个酚基团取代的C1-C4-烷烃，二(羟苯基)砜或其混合物。
优选的酚包括苯酚、4-甲基苯酚、4-叔丁基苯酚、4-正辛基苯酚、4-正壬基苯酚、焦儿茶酚、间苯二酚、对苯二酚、2，2-双(4-羟苯基)丙烷、双(4-羟苯基)砜，特别优选苯酚、间苯二酚和2，2-双(4-羟苯基)丙烷。
一般以浓度为例如40-50wt％的水溶液形式，或以在与(A)和(B)反应的过程中提供甲醛的化合物的形式，例如以固体形式的低聚或聚合甲醛，如低聚甲醛、1，3，5-三噁烷或1，3，5，7-四噁烷的形式使用甲醛。
通常通过将蜜胺，非必要地取代蜜胺和非必要地酚，与甲醛或甲醛供给化合物一起缩聚，而生产特别优选的蜜胺树脂纤维。所有的组分可以从开始时存在，或它们可以在当时反应少量和逐渐反应，同时将获得的缩聚物随后与另外的蜜胺、取代蜜胺或酚混合。
缩聚一般以常规方式进行(参见EP-A-355 760，Houben-Weyl，第14/2卷，第357页以及后面几页)。
使用的反应温度一般为20-150℃，优选40-140℃。
反应压力一般不是关键的。反应一般在100-500kPa的范围内，优选在大气压下进行。
可以采用或不采用溶剂进行该反应。如果使用甲醛水溶液，则典型地不加入溶剂。如果使用结合为固体形式的甲醛，则水通常用作溶剂，使用的数量一般为5-40wt％，优选15-20wt％，基于使用的单体的总数量。
另外，缩聚一般在大于7的pH范围内进行。优选是7.5-10.0，特别优选8-9的pH范围。
此外，反应混合物可以包括少量的常规添加剂如碱金属亚硫酸盐，例如焦亚硫酸钠和亚硫酸钠，碱金属甲酸盐，例如甲酸钠，碱金属柠檬酸盐，例如柠檬酸钠，磷酸盐，多磷酸盐，脲，双氰胺或氨腈。它们可以作为纯的单独化合物或作为与彼此的混合物，没有溶剂或作为水溶液形式，在缩合反应之前、期间或之后加入。
其它改性剂是胺和氨基醇，如二乙胺、乙醇胺、二乙醇胺或2-二乙基氨基乙醇。
合适填料的例子包括纤维状或粉状无机增强剂或填料，如玻璃纤维，金属粉末，金属盐，或硅酸盐，例如高岭土、滑石、重晶石、石英或白垩，也包括颜料和染料。使用的乳化剂一般是通常的具有长链烷基的非离子、阴离子或阳离子有机化合物。
可以间歇，或连续地，例如在挤出机中(参见EP-A-355 760)，以常规方式进行缩聚。
一般通过如下方式生产纤维一般以常规方式将本发明的蜜胺树脂纺丝，例如在室温下在旋转纺丝设备中，在加入硬化剂，通常地酸如甲酸、硫酸或氯化铵之后进行，并随后在加热气氛中完成粗纤维的固化，在加热气氛中纺丝而同时蒸发掉用作溶剂的水并固化浓缩物。这样的方法详细描述于DE-A-23 64 091。
如需要，则蜜胺树脂纤维可以含有加入到它们中的至多25wt％，优选至多10wt％常规填料，特别是基于硅酸盐的那些，如云母、染料、颜料、金属粉末和消光剂。
其它的类别1纤维包括间芳族聚酰胺如聚(间亚苯基间苯二甲酰胺)，例如以商品名NOMEX由E.I.Du Pont de Nemours and Co.销售的那些，以商品名TEIJINCONEX由Teijin Limited销售的那些，和以商品名FENYLENE由Russian State Complex销售的那些；对芳族聚酰胺，如聚(对亚苯基对苯二甲酰胺)，例如以商品名KEVLAR由E.I.DuPont de Nemours and Co.销售的那些，聚(二苯醚对芳族聚酰胺)，例如以商品名TECHNORA由Teijin Limited销售的那些，和以商品名TWARON由Acordis销售的那些，和FENYLENE ST(Russian StateComplex)；聚苯并咪唑，如以商品名PBI由Hoechst Celanese AcetateLLC销售的那些；聚酰亚胺，例如以商品名P-84由Inspec Fibers销售的那些和以商品名KAPTON由E.I.Du Pont de Nemours and Co.销售的那些；聚酰胺酰亚胺，例如以商品名KERMEL由Rhone-Poulenc销售的那些；部分氧化的聚丙烯腈，例如以商品名FORTAFIL OPF由Fortafil Fibers Inc.销售的那些，以商品名AVOX由Textron Inc.销售的那些，以商品名PYRON由Zoltek Corp.销售的那些，以商品名PANOX由SGL Technik销售的那些，以商品名THORNEL由AmericanFibers and Fabrics销售的那些和以商品名PYROMEX由Toho RayonCorp.销售的那些；诺沃洛伊德，例如苯酚-甲醛线性酚醛清漆，例如以商品名KYNOL由Gun Ei Chemical Industry Co.销售的那些；聚(对亚苯基苯并双噁唑)(PBO)，例如以商品名ZYLON由Toyobo Co.销售的那些；聚(对亚苯基苯并噻唑)(PBT)；聚苯硫醚(PPS)，例如以商品名RYTON由American Fibers and Fabrics销售的那些，以商品名TORAYPPS由Toray Industries Inc.销售的那些，以商品名FORTRON由Kureha Chemical Industry Co.销售的那些和以商品名PROCON由Toyobo Co.销售的那些；阻燃粘胶人造丝，例如以商品名LENZING FR由Lenzing A.G.销售的那些和以商品名VISIL由Steri Oy，芬兰销售的那些；聚醚醚酮(PEEK)，例如以商品名ZYEX由Zyex Ltd.销售的那些；聚酮(PEK)，例如以商品名ULTRAPEK由BASF销售的那些；聚醚酰亚胺(PEI)，例如以商品名ULTEM由General Electric Co.销售的那些；及其组合。
特别是当在白色或浅色装饰性室内装饰品和/或床垫被套料织物下方直接使用时，由于非织造高蓬松度火焰屏蔽物中的任何其它颜色可能消极地影响复合制品的外观，所以最优选的类别1纤维也是颜色为白色、灰白色、透明或半透明的那些。因此，当考虑该情况时，在消色差尺度上，白纸的反射比数值为80％或更大而黑色的反射比数值为约10％，优选的白色或灰白色纤维颜色属于更接近该范围的80％反射比端值(如+/-20)。在此方面，蜜胺纤维特别好地适用于本发明。蜜胺纤维也具有突出的隔离性能，显示0.10瓦/米-开氏度的热阻，并且它们也提供吸热冷却作用，当在370-550℃之间热分解时，吸收5瓦能量/克纤维。
适用于本发明并优选与上述蜜胺(吸热性)纤维组合使用的另外的固有阻燃纤维是纤维素纤维，如粘胶人造丝基纤维，该粘胶人造丝基纤维具有例如构造入纤维中的高二氧化硅含量，以在纤维中提供绝热屏蔽物。具有此特征的合适纤维是包含33％硅铝酸盐改性的二氧化硅(SiO2+Al2O3)的粘胶人造丝基纤维，该纤维由芬兰，Valkeakoski的Steri Oy制造。该纤维通常称为并具有商品名Visil纤维。相信此材料在经历火焰时热分解成具有开孔的栅格结构，该开孔可提供挥发性液体通道(如分解的聚氨酯挥发性液体)，该挥发性液体可能在栅格结构的对侧点燃。因此，进一步相信足够的类别1纤维如蜜胺纤维的使用提供用烧焦物材料如由蜜胺纤维产生的碳烧焦物填充此栅格结构。
类别2从由卤代单体制备的聚合物生产(如挤出)的纤维产生氧耗尽气体，该氧耗尽气体有助于防止在其下方或相邻的材料如聚氨酯的挥发性分解蒸气自燃，当经历明火时有助于延长类别1材料(混合物或非混合物)的寿命，并也有助于存在的“表面”火焰自熄。这些纤维类型包括氯聚合物纤维，如包含聚氯乙烯或聚亚乙烯基均聚物和共聚物的那些，例如以商品名THERMOVYL L9S&ZCS，FIBRAVYL L9F，RETRACTYLL9R，ISOVYL MPS由Rhovyl S.A.销售的那些；PIVIACID，Thueringische销售；以商品名VICLON由Kureha Chemical Industry Co.销售的那些；以商品名TEVIRON由Teijin Ltd.销售的那些；以商品名ENVILON由Toyo Chemical Co.销售的那些，和在韩国制造的VICRON；以商品名SARAN由Pittsfield Weaving销售的那些；以商品名KREHALON由Kureha Chemical Industry Co.销售的那些；以商品名OMNI-SARAN由Fibrasomni，S.A.de C.V.销售的那些；和改性聚丙烯腈纤维，它是丙烯腈纤维的氯乙烯或偏二氯乙烯共聚物变体，例如，以商品名PROTEX由Kaneka销售的那些和以商品名SEF由Solutia销售的那些；及其组合。
氟聚合物纤维如聚四氟乙烯(PTFE)，例如以商品名TEFLON TFE由E.I.Du Pont de Nemours and Co.销售的那些，以商品名LENZING PTFE由Lenzing A.G.销售的那些，以商品名RASTEX由W.R.Gore andAssociates销售的那些，以商品名GORE-TEX由W.R.Gore andAssociates销售的那些，以商品名PROFILEN由Lenzing A.G.销售的那些和以商品名TOYOFLON PTFE由Toray Industries Inc.销售的那些，聚(乙烯-三氟氯乙烯)(E-CTFE)，例如以商品名HALAR由AlbanyInternational Corp.销售的那些和以商品名TOYOFLON E-TFE由Toray Industries Inc.销售的那些，聚偏二氟乙烯(PVDF)，例如以商品名KYNAR由Albany International Corp.销售的那些和FLORLON(Russian State Complex)，聚全氟烷氧基(PFA)，例如以商品名TEFLON PFA由E.I.Du Pont de Nemours and Co.销售的那些和以商品名TOYOFLON PFA由Toray Industries Inc.销售的那些，聚氟化乙烯-丙烯(FEP)，例如以商品名TEFLON FEP由E.I.Du Pont deNemours and Co.销售的那些；及其组合。
类别3低熔粘合用纤维，如低熔双组分聚酯，如由Kosa公司销售的Celbond-聚丙烯，如由Fiber Innovation Technology或由AmericanFibers and Yarns Co.销售的T-151。
-类别3纤维组合-低熔纤维一般是熔点低于共混物中其它纤维的熔点或降解温度的那些纤维。工业上使用的典型“低熔”纤维(聚酯和聚烯烃)的熔点为110℃-210℃。规则填充聚酯(高结晶度)在大约260℃下熔融。由于火和输送器劣化问题，大多数热粘合烘箱限于低于230℃的操作温度。
类别4天然纤维如-棉、羊毛、丝、马海毛、山羊绒-类别4纤维组合类别5非阻燃纤维，如-尼龙、聚酯、聚烯烃、人造丝、丙烯酸类、乙酸纤维素和聚交酯，如购自Cargill Dow Polymers的那些-类别5纤维组合类别6卤化粘合剂树脂，如基于氯乙烯和乙烯氯乙烯的那些。
非织造高蓬松度火焰屏蔽物中纤维共混物水平浓度(以wt％计)如下类别110-85％，更优选20-70％和甚至更优选30-60％。
类别210-85％，更优选20-70％和甚至更优选30-60％。
类别30-30％，更优选5-25％和甚至更优选10-20％。
类别40-40％，更优选5-30％和甚至更优选10-20％。
类别50-40％，更优选5-30％和甚至更优选10-20％。
类别6如使用，则为0-40％，更优选5-30％和甚至更优选10-20％。
尽管本发明的优选实施方案是热粘合非织造高蓬松度，但也可以采用在类别1、2、4和5中提及的纤维和采用类别6的粘合剂材料，以制备本发明的合适的树脂粘合的高蓬松度火焰屏蔽物。也可以采用轻喷雾的类别6树脂涂层涂覆(如在一侧或两侧上)热粘合共混物，以原位“锁定”表面纤维。这防止表面纤维在经历使用之后穿过被套料渗滤或迁移。纤维渗滤给予室内装饰品被套料以不希望的模糊外观。
由类别2纤维产生的氧耗尽气体与类别1材料结合是有益的。即，除了有助于防止来自其下层，如聚氨酯泡沫等的分解产物自燃，和有助于熄灭从其上方材料如服装罩织物发出的残余火焰以外，来自采用卤代单体制备的聚合物的氧耗尽气体还覆盖和保护在固有阻燃纤维分解期间形成的含碳烧焦物。以此方式，当在明火温度下暴露于空气时，在烧焦物碎裂之前提供明显更长的时间。在本发明下的此协同共混因此能够以烧焦物屏蔽物的最小收缩承受延长的时间，由此防止火焰“突破”烧焦物屏蔽物和点燃在其下方的材料。由此原因，一定数量的类别1和2纤维的组合，例如比仅依赖于类别1纤维(如以在上述范围的中间至较高端的数量，与低密度高蓬松度屏蔽物结合)和没有类别2材料的贡献更优选。
可以非必要地优选以相对低浓度包括其它组分纤维，如天然纤维，以在最终用途应用中改进产品经济性。
各个类别的上述百分比范围指的是单层材料的重量百分比(如整个厚度由共同的纤维共混物形成的火焰屏蔽物，或指的是多层火焰屏蔽物的一个层，而其它层也被提供用于火焰屏蔽物目的或不用于火焰屏蔽物目的)。另外，也可以认为以上重量百分比适用于多层火焰屏蔽物各个层总和的重量百分比。例如，本发明希望在它的范围内包括多层火焰屏蔽物结合物，在它的两个或多个层中具有相同或不同的百分比的类别1和/或2材料(在一个层中包括零百分比的类别1和2材料之一，其它层弥补差值)。例如，多层火焰屏蔽物可包括设计以提供或强调类别1材料的一个层，和设计以提供或强调类别2材料的所需百分比的第二层。尽管如以下更显然的那样，材料，特别是类别1和2材料的某些结合可提供高度有利的火焰屏蔽物功能，但如可以从最近上文的几个实施例，和以后所述的另外实施例看出，本发明在形成火焰屏蔽物方面提供高度的多功能性。同样，例如从降低制造复杂性和成本的观点，在它的整个厚度中具有共同共混物组成的单层或非多层火焰屏蔽物(基于，例如输入的纤维混合物共混物“配方”，该配方基于进入计算机处理器的上述可能的类别结合物，该计算机处理器控制高蓬松度的非织造产品制造工艺)优选用于许多应用。
本发明的高蓬松度火焰屏蔽物也可以用于耐明火复合制品的制造，同时也允许继续使用常规非阻燃服装罩织物、常规非阻燃纤维填充物和常规非阻燃聚氨酯泡沫等。
根据本发明的另一方面，通过采用另外的复合制品组件如常规非阻燃服装罩织物、常规非阻燃纤维填充物和常规非阻燃聚氨酯泡沫引入火焰屏蔽物，在此所述的高蓬松度火焰屏蔽物可用于耐明火最终用途复合制品的制造，该另外的复合制品组件，例如已经用于制备装饰家具、床垫、枕头、床单、鸭绒被、棉被、床垫衬垫、汽车座垫、公共运输工具座垫和飞机座垫。由于层压树脂倾向于使装饰织物的“手感”变硬，可以使用本发明的高蓬松度火焰屏蔽物而不层压到服装罩织物上，这是相对于某些形式的目前可获得的火焰屏蔽物的优点。高蓬松度火焰屏蔽物产品也可以用作常规非FR高蓬松度棉絮的替代品。例如通过粘合剂涂覆，也可以有利地将此高蓬松度屏蔽物层压到聚氨酯泡沫层上，如在多数装饰家具工业中目前实施的那样。这降低原料单元的数目，必须在家具制造工艺中处理该原料单元。因此，本发明也提供在例如装饰家具和床垫形成中常规非阻燃材料的继续使用，而不改变或中断常规复合制品制造工艺，区别在于可能通过减少现有工艺中的一个或多个步骤，如除去向制品施加FR材料的步骤，而使工艺更简单。随着上述高蓬松度火焰屏蔽物中定尺寸的灵活性，也可以采用相似尺寸的高蓬松度火焰屏蔽物替代品(单独或作为与一些其它材料如更小量现有常规材料的层压品)代替现有组件(如纤维棉絮)，而不中断总体复合制品制造技术。
生产的复合制品和因此火焰屏蔽物自身和复合制品的每个另外组件可以有利地没有任何耐火涂层和化学品，并仍然还通过上述严格的明火测试。
本发明优选实施方案的详细描述本发明涉及提供非织造高蓬松度火焰屏蔽物，和特别地一种火焰屏蔽物，该火焰屏蔽物当在复合制品中采用复合材料测试方法，如用于床垫的加利福尼亚测试公告129(Cal TB129)和用于装饰家具的加利福尼亚测试公告133(Cal TB133)测试时，火焰屏蔽物允许继续使用常规服装罩织物、纤维填充物和聚氨酯泡沫等，同时仍然通过这些严格的大明火测试。由本领域技术人员理解，可以使本发明中由所述纤维共混物组成的火焰屏蔽物，甚至在总体更低的基础重量下，仍可以通过较不严格的小明火测试。
术语“高蓬松度”在一般意义上用于表示蓬松的，相对低密度的非织造纤维结构。这些材料典型地比纤维具有更大体积的空气。该术语也用于描述目的在于建立蓬松度或厚度而不增加重量而生产的非织造材料。在此使用的高蓬松度也是指在制造工艺中不压实或有目的地压缩的产品。以下进一步提供本发明高蓬松度材料的基础重量，厚度和其它共混物和形成特性的代表性例子。
本发明的非织造高蓬松度火焰屏蔽物特别非常适于用作制造家具、床上用品、床罩等的组件材料，使得加上的保护层，如FR材料在例如外部装饰覆盖物上的涂层，不必用于使复合制品耐明火。因此设计本发明以引入许多复合制品的制造工艺中而不中断它们目前的工艺，并因此本发明提供如下物质的非中断制造替代品目前由制造商使用的材料或制品如垫料、缓冲物、缝被层等。
采用所述非织造高蓬松度火焰屏蔽物制备的复合制品，具有不用本发明的主题制备的相同产品的外观、触感和表面特性，同时提供火焰屏蔽物特性。例如，测量床垫的耐明火性的一种标准测试是加利福尼亚测试公告129。根据此测试，将全尺寸床垫暴露于3分钟火焰燃烧器，从在距离床垫侧边缘上的底部/中心为1英寸处保持水平。本发明的床垫可采用上述非织造高蓬松度火焰屏蔽物，例如通过直接在床垫被套料织物下方和在标准聚酯高蓬松度棉絮或标准非FR聚氨酯泡沫层上方缝制屏蔽物。当引入此屏蔽物时，本发明的复合制品或表示这些制品的复合模型希望通过的另外的严格明火测试包括加利福尼亚测试公告133，建议的用户产品安全委托(CPSC)可燃性测试、复合材料英国标准5852-Crib5，英国标准7176和英国标准7177。
本发明的形成方法优选包括非织造高蓬松度火焰屏蔽物的化学、热或无粘合形成方法。这些技术相对于如机械粘合技术的技术是优选的。机械粘合技术依赖于纤维的缠结，以添加足够的强度从而抵抗由正常加工和预计的使用引起的破坏。使用的常规机械粘合技术典型地基于水缠结，针刺和/或缝编，或在梳理之后使用机械措施以将纤维物理缠结的任何其它技术。由于粘合的机械措施显著降低材料的蓬松度或厚度，这是由于调节了纤维相对于彼此的物理取向，导致对于给定重量下厚度或蓬松度下降，并导致密度的相应增加，所以在本发明中机械粘合技术的使用较不如化学、热或无粘合形成技术优选。
用于本发明的非机械高蓬松度粘合有助于提供屏蔽物特性，这使得本发明能够达到上述的高耐明火性。尽管优选热和/或喷淋树脂粘合以保持所需的高蓬松度属性，但可以依赖机械，热和/或化学粘合技术的结合，如上述表面树脂喷淋到热粘合的非织造屏蔽物上。作为保持所需的高蓬松度属性的技术结合的另外例子，机械粘合设备可以与其它非机械粘合技术结合使用以提供各种制成品属性。例如，可以使用机械技术压实或密实材料的一侧(和顶部或底部)，而另一侧保持蓬松的。这产生各种空气流性能和产生手感或表面触感差异。因此可认为在此提供的蓬松度数值表示高蓬松材料的非机械粘合部分或区域的数值。如果机械粘合与上述非机械粘合技术结合使用，则优选仅在较少状况中使用如仅影响火焰屏蔽物总体部分(体积或面积)的小百分比(如小于10％)。同样，如果在更大材料区域内采用机械粘合技术，则优选通过机械措施的较小粘合度来基本保持初始蓬松度和密度数值(如获得的蓬松度或厚度数值是在完全没有制成品机械粘合补充的该数值的20％以内)。
在化学粘合中，将典型地为胶乳形式的树脂或粘合剂喷淋在经梳理的网上并然后干燥和/或固化，从而沿它们现有的取向将纤维结合在一起。喷淋的物质用作“胶水”，该胶水将纤维保持在一起并在其中两个或多个纤维接触的交叉部分或点处产生粘合点。饱和粘合是相似的，区别在于将网浸入树脂浴中而不进行树脂的喷淋施加。已知大多数化学粘合剂的可燃本质，浸渍方法较不优选。可以将FR添加剂加入到树脂中，但这些物质昂贵并且也增加工艺成本，如上所述，不需要将其用于本发明的优选安排。化学粘合剂方法具有环境问题，该环境问题也是饱和方法对于许多应用不是优选的粘合方法的原因。
热粘合采用粘合用纤维。粘合用纤维典型地由聚合物组成，该聚合物的熔点低于共混物中的“填充”纤维或其它纤维的熔点。然后粘合用纤维在随后的加工步骤中在热量存在下熔融。在热量存在下为熔融形式的粘合剂流动到纤维的交叉部分并在冷却时再硬化且形成粘合。这些粘合允许纤维保持在它们的现有取向。粘合用纤维可以是熔点明显低于共混物中填充纤维的固体，单一聚合物纤维。粘合剂也可以是皮/芯纤维，而皮组分是低熔点的聚合物，芯是相对较高熔点的聚合物。
这些热/粘合剂粘合技术生产的成品材料对于相同的基础重量的蓬松度或厚度明显高于机械粘合措施。产品的厚度和蓬松度在本发明的优选使用中的益处在于，它提供良好的缓冲性能，制成的棉被嵌料美观，和对于在建议制品中的一般使用(如在制品中没有变化，其中屏蔽物用于容纳屏蔽物)易得。也可以生产本发明并将其引入制品中而不用任何粘合。非粘合非织造物在本领域中通常称为“纺织品(softgoods)”。即使没有粘合，材料也会保持在高蓬松度构型。纺织品例如用于某些复合制品如家具中并通过自然缠结(即非机械缠结)足以保持它们的装配，该自然缠结是在高蓬松度制造网形成工艺，即梳理、扯松、气流成网中产生。在一些情况下，将薄的层压材料条或其它运输/加工便利工具加到纺织品主体的一个表面。
可以采用各种方式制造本发明的高蓬松度非织造屏蔽物材料，一些方式描述于如下文献Kirk-Othmer“化学技术百科全书”第3版，第16卷，第72-124页的“非织造纺织品织物”，该部分在此引入作为参考。用于形成本发明屏蔽物的优选制造方法包括通过进料设备，如进料输送机或辊筒，而将从压缩捆包供应的纤维物料传送到设计用以分开纤维物料的开松机，这样开始纤维开松和分离，将开松的纤维物料传送到设计用以称量开松纤维物料的连续或间歇称重设备，在共混机中共混经称重数量的所需量的开松纤维物料，以达到所需量的开松纤维材料的均匀共混物。制造工艺进一步包括将经开松、称重和共混的纤维物料传送到非织造物形成设备，如梳理设备，以形成非织造材料的网。优选该方法包括在交叉铺网设备等中将网交叉铺叠或铺层，直到获得预定基础重量非织造高蓬松度材料的所需厚度。
优选通过使用与各个“总体系统中的设备”连通的中央处理器控制和调整以上每个从属阶段。例如这允许操作者输入所需的共混物配方，该配方具有要使用的所需类别材料的上述所需重量百分比数量，并允许控制共混纤维的基础重量和所需非织造高蓬松度火焰屏蔽物层的厚度(如交叉铺叠网的数量)。优选采用高质量纤维开松机和共混机进行上述纤维的开松和共混，该开松机和共混机设计用于精确生产上述纤维的均匀共混物。合适的开松和共混设备包括由Fiber Controls，Gastonia，北卡罗来纳制造的捆包开松机和细开松机，和由DiloGroup，Bremen，德国制造的共混纤维储备料滑槽。优选通过使用多个开松阶段进行开松，其中每个后续阶段表示更细的开松和更多的纤维分离，以有助于达到更均匀和精确的最终共混物。在多个开松阶段之后，优选在共混之前称量用于所需最终共混物中的所有开松纤维组分以保证共混物的精确百分比。可以不用称重而完成此共混步骤，但差的共混可能通过允许关键组分在材料区域中为相对低的浓度，而消极地影响本发明火焰屏蔽物的最终阻燃性能。
共混包括通过将称重组分铺层并通过共混辊打浆机(它可以使用销或锯齿线配置)进料而混合称重纤维，该打浆机在相对于称重组分速度为高速度比下旋转，和输送入管道喂给或储备进料料斗，如由DiloGroup，Bremen，德国销售的“Direct Feed”牌料斗。可以通过储备共混混合腔如由Fiber Controls，Inc.，Gastonia，NC销售的类型为99的储备腔，加工预共混的组分，而完成进一步的共混。
然后通过高质量非织造梳理设备(如由Dilo Group，Bremen，德国销售的类型为1866的高蓬松度非织造梳理设备)，加工经开松和共混的纤维，并将获得的网交叉铺叠或铺层(如通过由Autefa，德国销售的CL-4000系列交叉铺叠机)以形成高蓬松度网。在典型的梳理工艺中，采用一系列在各种速度(依赖于应用和要梳理的产品)下旋转的丝线卷绕辊，该速度可以由控制处理器控制。大多数梳理设备由头道梳毛机部分组成，该头道梳毛机部分具有大的主辊与位于主辊弧周围的较小直径辊。第二大主辊配置有在头道梳毛机主辊和它自身之间的小滚筒。一系列更小的辊配置在第二主辊周围。以垂直布置位于彼此顶部上的两个小滚筒从梳理设备除去经梳理的网。可获得梳理设备的多种配置。在给定梳理设备中，辊的速度通常可调节，以允许加工宽范围的纤维和旦数。在梳理设备中，通过抵抗通过机器加料的纤维垫地移动锯齿线的作用，而梳理或精梳纤维。通过扯松和其它多种成网机械如气流成网的网完成此相同的工艺。离开梳理设备或成网机的网可以直接使用或可以垂直或水平交叉铺叠，以构筑产品蓬松度或厚度和重量。连续梳理网的交叉铺层或堆叠物允许非织造材料形成到各种所需厚度和重量。在本发明的一个实施方案中，将引入粘结纤维的网运载通过一台温度至高为500°F的强制空气、气体燃烧连续烘箱，使得发生网的粘合。粘合温度取决于共混物中的粘合剂组分。然后将材料进行最终的加工如让材料在辊上辊压和切开到每次应用的宽度。取决于具体的应用，也可以将材料切割成嵌料尺寸片。
上述优选的“设备装配”能够生产重量为40g/m2(与5mm-10mm的厚度范围)至1800g/m2或更高(与150mm-250mm和更高的厚度或蓬松度范围)的高蓬松度非织造纤维共混物。
本发明高蓬松度非织造材料的基础重量优选为75-600g/m2，更优选150-450g/m2，和甚至更优选对于许多预计的使用为300-375g/m2。本发明高蓬松度非织造材料的厚度也优选为6mm-75mm，其中7-51mm的厚度范围非常适于本发明的许多使用。由于在以上基础重量范围的高端对于给定厚度具有太低的基础重量，可能在一些情况下劣化屏蔽作用，所以对于一些应用希望与低端厚度范围结合使用低端基础重量值，而对高端基础重量一般不这样考虑。因此，75g/m2的基础重量水平(与6mm-13mm的优选蓬松度或厚度范围)，到450g/m2的基础重量水平(与25mm-51mm的优选蓬松度或厚度范围)代表本申请的一些优选范围。非常适于本申请许多预计使用的另外优选结合，该预计使用包括用于床上用品相关产品的火焰屏蔽物，包括300g/m2(与20mm-35mm的优选厚度或蓬松度范围)-375g/m2(与25mm-50mm的优选厚度或蓬松度范围)的重量/厚度结合。
因此，根据本发明，5Kg/m3-50Kg/m3，或更优选6Kg/m3-21Kg/m3，和甚至更优选7.5Kg/m3-15Kg/m3的高蓬松度密度水平非常适于本发明的火焰屏蔽物目的。
用于本发明非织造纤维共混物的纤维的优选旦值优选为0.8-200分特，其中0.9-50分特和1-28分特的范围非常适于本发明的许多应用，如与床垫结合。
上述“高蓬松度”形式是本发明火焰屏蔽物的优选形式，由于它除了其它品质还提供增加的隔热品质。尽管火焰实际并不破坏屏蔽物以暴露泡沫，但此隔热效果有助于防止组件如聚氨酯泡沫自燃。更高或更低的蓬松度、重量和密度是可能的，但以上范围非常适于如下的优选使用在制品如上述那些中提供“无缝”明火屏蔽物组件，同时避免例如劣化这些制品中的美观、触感、舒适度和其它所需品质并且不引入不希望的制造复杂性和成本。同样，对于太高厚度的太低基础重量可能导致在屏蔽物中存在有火焰可能穿过的区域。以上所述的数值是相对于复合制品配置的预组装体。后组装体厚度和因此密度数值可取决于组装技术而变化，但一般实现厚度损失不超过最初高度的50％。作为例子，在用于床垫构造的绗缝嵌料中可以实现10％-25％的蓬松度损失。这通常作为如下情况的结果发生纤维被绗缝和缝制成褥套和由于床垫制造工艺而被保持在更低蓬松度下。确立预组装体配置的厚度和基础重量值，以对所需复合制品中的最终组装体起作用的所需火焰屏蔽物的水平有作用。
给出以下非限制性“复合制品”测试实施例I和II，以证实用本发明火焰屏蔽物制造的床垫通过严格大明火测试(TB Cal 129)的有效性，同时比较复合制品实施例提供比较测试样品。在这些实施例之后的下文中是另外的“复合制品”测试实施例III，该测试实施例III的特征为不同的类别1纤维类型的结合混合物。这些测试实施例中的每个都仅对床垫自身(即没有衬底或弹簧床垫)进行。
复合制品实施例I采用如下材料构造的商业双床垫床垫棉被嵌料，该嵌料用非FR绗缝线缝制，由如下物质组成-购自Blumenthal Mills Inc.的A类商业床垫被套料织物(Aristocrat“22”T-VBS 701)-由如下物质组成的在被套料下方的第1层-由如下物质的纤维共混物组成的非织造热粘合高蓬松度火焰屏蔽物-55％蜜胺/30％聚酯(100％PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)，260℃的熔融温度)/15％粘合用纤维“PET/PET”粘合用纤维50％/50％皮/芯，其中皮具有100℃熔融温度和芯具有260℃熔融温度。
-在未压缩态下具有153g/m2的优选平均棉絮基础重量范围和25mm的平均厚度。
-由如下物质组成的在被套料下方的第2层-由纤维共混物组成的非织造热粘合高蓬松度火焰屏蔽物，该共混物包括-20％蜜胺/60％改性聚丙烯腈纤维(购自日本Kaneka的PROTEX-M)/20％粘合用纤维-在未压缩态下具有229g/m2的优选平均棉絮基础重量范围和25mm的平均厚度。
-由如下物质组成的在被套料下方的第3层-购自Western Nonwovens，Inc.的非织造热粘合高蓬松度100％“擦亮(slickened)”聚酯棉絮-在未压缩态下具有305g/m2的优选平均棉絮基础重量和25mm的平均厚度。
-由如下物质组成的在被套料下方的第4层-购自Carpenter Co.的非阻燃(FR)聚氨酯泡沫的1”层(R17S类型)-购自Hanes Converting Co.的1opsy非织造纺粘聚酯稀松平纹织物的第5层。
床垫边缘嵌料，该嵌料用非FR绗缝线缝制，由如下物质组成-购自Blumenthal Mills Inc.的A类商业床垫被套料织物(Aristocrat“22”T-VBS 701)-由如下物质组成的在被套料下方的第1层-由如下物质的纤维共混物组成的非织造热粘合高蓬松度火焰屏蔽物-55％蜜胺/30％聚酯/15％粘合用纤维-在未压缩态下具有153g/m2的优选平均棉絮基础重量和25mm的平均厚度。
-由如下物质组成的在被套料下方的第2层-由纤维共混物组成的非织造热粘合高蓬松度火焰屏蔽物，该共混物包括-20％蜜胺/60％改性聚丙烯腈纤维/20％粘合用纤维-在未压缩态下具有229g/m2的优选平均棉絮基础重量和25mm的平均厚度。
-购自Hanes Converting Co.的0.5opsy非织造纺粘聚酯稀松平纹织物的第3层。
由如下物质组成的床垫内置弹簧层-100％聚酯结网的在内置弹簧上方的第1层-购自Carpenter Co.的0.375”非FR聚氨酯泡沫的在内置弹簧上方的第2层(L32S类型)-购自Carpenter Co.的1.75”非FR聚氨酯泡沫的在内置弹簧上方的第3层(S17S类型)用1.25”宽Firegard床垫狭幅织物(风格4368)，将床垫棉被嵌料缝到床垫边缘嵌料。由标准疏松棉填充物保护Firegard线和所有的床垫角。
根据加利福尼亚测试公告129在Omega Point Laboratories(Elmendorf，TX)上测试以上构造的双床垫。所有的火焰在床垫上在5分26秒之后停止并且床垫的所有闷烧都在6分0秒之后停止。热量释放的峰值速率是19.69KW(热量释放的最大允许速率是100KW)，总热量释放是2.53MJ(在头10分钟中的最大允许值是25MJ)和在头10分钟中的重量损失是0.5磅(在头10分钟中的最大允许值是3磅)。认为此测试明显通过CAL TB 129。
复合制品实施例II采用如下材料构造的商业双床垫床垫棉被嵌料，该嵌料用非FR绗缝线缝制，由如下物质组成-购自Blumenthal Mills Inc.的A类商业床垫被套料织物(Aristocrat“22”T-VBS 701)-由如下物质组成的在被套料下方的第1层-由纤维共混物组成的非织造热粘合高蓬松度火焰屏蔽物，该共混物包括-38％蜜胺/47％改性聚丙烯腈纤维/20％粘合用纤维-在未压缩态下具有381g/m2的优选平均棉絮基础重量和32mm的平均厚度。
-由如下物质组成的在被套料下方的第2层-购自Carpenter Co.的非阻燃(FR)聚氨酯泡沫的1”层(R17S类型)-购自Hanes Converting Co.的1opsy非织造纺粘聚酯稀松平纹织物的第3层。
床垫边缘嵌料，该嵌料由非FR绗缝线缝制，由如下物质组成-购自Blumenthal Mills Inc.的A类商业床垫被套料织物(Aristocrat“22”T-VBS 701)-由如下物质组成的在被套料下方的第1层-由纤维共混物组成的非织造热粘合高蓬松度火焰屏蔽物，该共混物包括-38％蜜胺/47％改性聚丙烯腈纤维/20％粘合用纤维-在未压缩态下具有381g/m2的优选平均棉絮基础重量和32mm的平均厚度。
-购自Hanes Converting Co.的0.5opsy非织造纺粘聚酯稀松平纹织物的第2层。
由如下物质组成的床垫内置弹簧层-棉“长弹毛垫”的在内置弹簧上方的第1层-0.375”非FR聚氨酯泡沫的在内置弹簧上方的第2层(L32S类型)由1.25”标准聚酯床垫狭幅织物和Tex-45 Kevlar线将床垫棉被嵌料缝到床垫边缘嵌料。
根据加利福尼亚测试公告129在Omega Point Laboratories(Elmendorf，TX)上测试以上构造的双床垫。所有的火焰在床垫上在6分10秒之后停止。热量释放的峰值速率是27.36KW(热量释放的最大允许速率是100KW)，在10分钟之后的总热量释放是5.37MJ(在头10分钟内的最大允许值是25MJ)和在头10分钟内的重量损失是0.0磅(在头10分钟中的最大允许值是3磅)。认为此测试明显通过CAL TB129。
比较复合制品实施例采用如下材料构造的商业双床垫床垫棉被嵌料，该嵌料用非FR绗缝线缝制，由如下物质组成-购自Blumenthal Mills Inc.的A类商业床垫被套料织物(Aristocrat“22”T-VBS 701)-由如下物质组成的在被套料下方的第1层-由如下物质的纤维共混物组成的非织造热粘合高蓬松度火焰屏蔽物-55％蜜胺/30％聚酯/15％粘合用纤维-在未压缩态下具有305g/m2的优选平均棉絮基础重量范围和25mm的平均厚度。
-由如下物质组成的在被套料下方的第2层-购自Western Nonwovens，Inc.的非织造热粘合高蓬松度100％聚酯棉絮-在未压缩态下具有305g/m2的优选平均棉絮基础重量和25mm的平均厚度。
-由如下物质组成的在被套料下方的第3层-购自Carpenter Co.的非阻燃(FR)聚氨酯泡沫的1”层(R17S类型)-购自Hanes Converting Co.的1opsy非织造纺粘聚酯稀松平纹织物的第4层。
床垫边缘嵌料，该嵌料用非FR绗缝线缝制，由如下物质组成-购自Blumenthal Mills Inc.的A类商业床垫被套料织物(Aristocrat“22”T-VBS 701)-由如下物质组成的在被套料下方的第1层-由如下物质的纤维共混物组成的非织造热粘合高蓬松度火焰屏蔽物-55％蜜胺/30％聚酯/15％粘合用纤维-在未压缩态下具有305g/m2的优选平均棉絮基础重量范围和25mm的平均厚度。
-购自Hanes Converting Co.的0.5opsy非织造纺粘聚酯稀松平纹织物的第2层。
由如下物质组成的床垫内置弹簧层-100％聚酯结网的在内置弹簧上方的第1层-购自Carpenter Co.的0.375”非FR聚氨酯泡沫的在内置弹簧上方的第2层(L32S类型)-购自Carpenter Co.的1.75”非FR聚氨酯泡沫的在内置弹簧上方的第3层(S17S类型)用1.25”宽Firegard床垫狭幅织物(风格4368)，将床垫棉被嵌料缝到床垫边缘嵌料。由标准疏松棉填充物保护Firegard线和所有的床垫角。
根据加利福尼亚测试公告129在Omega Point Laboratories(Elmendorf，TX)上测试以上构造的双床垫。床垫在5分48秒时未通过最大热量释放速度标准测试，并在8分6秒时终止测试。
在8分6秒获得379.46KW的热量释放最大峰值速率(热量释放的最大允许速率是100KW)，在头8分6秒期间的总热量释放是44.76MJ(在头10分钟内的最大允许值是25MJ)和在头8分6秒中的重量损失是2.2磅(在头10分钟内的最大允许值是3磅)。由于超过100KW的热量释放最大峰值速率和超过总热量释放速率，认为此测试未通过严格的CAL TB 129测试。
在本发明的替代实施方案中，特征为不同的类别1固有阻燃纤维的混合物，如蜜胺纤维(吸热性热降解纤维的例子)和固有阻燃纤维素纤维(放热性降解纤维的例子)的共混物。作为例子，本发明的替代实施方案的特征优选为显著数量(例如大于20％)的纤维素纤维，如具有二氧化硅绝热层的胶粘人造丝基纤维，如包含33％硅铝酸盐改性二氧化硅，SiO2+Al2O3的胶粘人造丝基纤维。以原始形式的此类型纤维的合适变体由位于Valkeakoske，芬兰的Steri Oy制造。纤维通常由它的商品名称为Visil纤维。优选的Visil纤维是以分特值为1.7-8.0获得的Visil 33 AP，Visil 33 AP(分特为5.0)是一种优选的类型，它在所述范围内和也认为适于按本发明使用。
在本发明的一个实施方案中，共混物包括纤维如蜜胺纤维(如10-50％蜜胺纤维)和显著量(如10-50％)粘胶基人造丝纤维的类别1结合物。优选蜜胺和粘胶基人造丝的百分比数值为彼此的±15％至25％，(即吸热性蜜胺纤维相对于粘胶基人造丝(如放热纤维)的重量更大，反之亦然，或重量相等)。作为合适的类别1结合物共混物的一个例子，与30％(±10)Basofil蜜胺纤维一起，以30％(±10)的数量提供含有上述硅铝酸盐改性二氧化硅的Visil纤维，并将类别1结合物共混，或另外与类别2卤代单体纤维，如在本申请中目前实施例中提及的改性聚丙烯腈纤维一起利用。例如对于类别2材料，10-40％(如20％)的数量非常适于类别1的上述混合物结合物。上述混合物还进一步优选包括以数量如20％(±5)的4-旦热粘合剂。
使用CAL TB 129燃烧器的指示性实验室规模测试揭示，此新的共混物有效抗烧穿。这引出对于相同的相对性能标准使用更轻重量的潜在可能性，因此提供降低制造制品的总成本的潜在可能性。以下相对于根据加利福尼亚测试公告129测试的床垫(没有衬底)，提供采用以上类别1混合物特征的复合制品实施例。
复合制品实施例III采用如下材料构造的商业双床垫床垫棉被嵌料，该嵌料由非FR绗缝线缝制，由如下物质组成-住宅用聚酯/棉床垫被套料织物-由如下物质组成的在被套料下方的第1层-由纤维共混物组成的非织造热粘合高蓬松度火焰屏蔽物，该共混物包括-25％蜜胺/33％Visil/20％改性聚丙烯腈纤维/22％粘合用纤维-在未压缩态下具有153g/m2的优选平均棉絮基础重量和15mm的平均厚度。
-由如下物质组成的在被套料下方的第2层-非阻燃(FR)聚氨酯泡沫的1”层-1opsy非织造纺粘聚酯稀松平纹织物的第3层。
床垫边缘嵌料，该嵌料由非FR绗缝线缝制，由如下物质组成-住宅用聚酯/棉床垫被套料织物-由如下物质组成的在被套料下方的第1层-由纤维共混物组成的非织造热粘合高蓬松度火焰屏蔽物，该共混物包括-25％蜜胺/33％Visil/20％改性聚丙烯腈纤维/22％粘合用纤维-在未压缩态下具有153g/m2的优选平均棉絮基础重量和15mm的平均厚度。
-0.5opsy非织造纺粘聚酯稀松平纹织物的第2层。
由如下物质组成的床垫内置弹簧层-100％压实聚酯高蓬松度的在内置弹簧上方的第1层-1”非FR聚氨酯泡沫的在内置弹簧上方的第2层用装饰性聚酯床垫狭幅织物和Kevlar线，将床垫棉被嵌料缝到床垫边缘嵌料。
根据加利福尼亚测试公告129，在Omega Point Laboratories(Elmendorf，TX)上测试以上构造的双床垫。所有的火焰在床垫上在53分06秒之后停止。热量释放的峰值速率是36.7KW(热量释放的最大允许速率是100KW)，在10分钟之后的总热量释放是7.8MJ(在头10分钟内的最大允许值是25MJ)和在头10分钟内的重量损失是0.7磅(在头10分钟内的最大允许值是3磅)。认为此测试明显通过CAL TB129。
尽管已参考本发明的具体实施方案详细描述了本发明，但对本领域技术人员显然的是，可以进行各种变化和改进，和采用同等物，而不偏离所附权利要求书的范围。
权利要求
1.一种非织造高蓬松度火焰屏蔽物，其包括如下物质的共混物a)固有阻燃纤维；和b)采用卤代单体制备的聚合物纤维。
2.权利要求1的火焰屏蔽物，其中该阻燃纤维的颜色是白色或灰白色。
3.权利要求1的火焰屏蔽物，其中该固有阻燃纤维包括蜜胺纤维。
4.权利要求1的火焰屏蔽物，其中采用卤代单体的该聚合物纤维包括改性聚丙烯腈纤维。
5.权利要求1的火焰屏蔽物，其中固有阻燃纤维的重量百分比是10-85％，采用卤代单体制备的聚合物纤维的重量百分比是10-85wt％。
6.权利要求1的火焰屏蔽物，其中该火焰屏蔽物由50g/sqm-600g/sqm的基础重量形成。
7.权利要求1的火焰屏蔽物，其中该固有阻燃纤维包括在与如下物质的混合物中的蜜胺纤维至少一种另外类型的具有不同耐热特性的固有阻燃纤维。
8.权利要求1的火焰屏蔽物，其中该非织造高蓬松度火焰屏蔽物是未用任何机械粘合而形成的类型。
9.权利要求1的火焰屏蔽物，其中该火焰屏蔽物由多个火焰屏蔽物层组成。
10.权利要求9的火焰屏蔽物，其中第一个所述层包括所述固有阻燃纤维和采用卤代单体制备的聚合物纤维，第二个所述层包括固有阻燃纤维且不含有采用卤代单体制备的聚合物纤维。
11.权利要求10的火焰屏蔽物，其中该火焰屏蔽物进一步包括热熔粘合用纤维。
12.权利要求1的火焰屏蔽物，其中该火焰屏蔽物在使用中是非粘合的纺织品材料。
13.权利要求1的火焰屏蔽物，其中该类别1纤维包括吸热性热分解固有阻燃纤维。
14.权利要求13的火焰屏蔽物，其进一步包括吸热性和放热性热分解固有阻燃纤维的混合物。
15.权利要求1的火焰屏蔽物，其中该固有阻燃纤维包括蜜胺纤维和粘胶人造纤维的混合物。
16.权利要求15的火焰屏蔽物，其中每种所述固有阻燃纤维的重量百分比是30±15％，相对于总火焰屏蔽物重量。
17.权利要求1的火焰屏蔽物，其进一步包括占纤维层5-25wt％的热粘合用纤维，该纤维层包括所述固有阻燃纤维和采用卤代单体制备的聚合物纤维。
18.权利要求1的火焰屏蔽物，其进一步包括粘合剂材料，该粘合剂材料包括化学粘合剂。
19.权利要求1的火焰屏蔽物，其进一步包括非阻燃纤维且其中该非阻燃纤维包括重量百分比数量为1-60％的纤维。
20.权利要求19的火焰屏蔽物，其中该非阻燃纤维是选自如下的非天然纤维尼龙、聚酯、聚烯烃、丙烯酸类、纤维素、乙酸酯、聚交酯及其组合，并占所述纤维共混物为1-30％的重量百分比。
21.权利要求1的火焰屏蔽物，其中该固有阻燃纤维包括阻燃纤维素纤维。
22.一种采用权利要求1的非织造高蓬松度火焰屏蔽物装饰或制造的产品。
23.权利要求22的产品，其中该产品是包括火焰屏蔽物和至少一种其它制品组件的复合制品。
24.权利要求23的产品，其中该产品能够通过至少一种如下的严格明火测试协议加利福尼亚测试公告133，加利福尼亚测试公告129，和采用crib 5火焰源的英国标准5852。
25.权利要求23的产品，其中所述至少一种其它制品组件包括泡沫层。
26.权利要求23的产品，其中该产品是床垫组件。
27.权利要求23的产品，其中所述至少一种其它制品组件与所述火焰屏蔽物接触并且不如该火焰屏蔽物耐燃或阻燃。
28.权利要求23的产品，其中所述其它制品包括织物覆盖物。
29.权利要求23的产品，其中该产品在使用中没有耐火涂层。
30.权利要求22的产品，其中该产品能够通过至少一种如下的严格明火测试协议加利福尼亚测试公告133，加利福尼亚测试公告129，和采用crib 5火焰源的英国标准5852。
31.权利要求22的产品，其中该火焰屏蔽物是分多层的。
32.权利要求31的产品，其中两个所述层包括不同重量百分比的固有阻燃纤维和采用卤代单体制备的聚合物纤维。
33.一种形成权利要求1的火焰屏蔽物的方法，其包括提供固有阻燃纤维和采用卤代单体制备的聚合物纤维，并且共混该固有阻燃纤维和采用卤代单体制备的聚合物纤维，以形成非织造层。
34.一种形成权利要求23的复合制品的方法，其包括组装所述火焰屏蔽物和所述至少一种其它组件，以形成复合制品。
35.权利要求34的方法，其中组装的其它组件是床垫组件。
36.权利要求34的方法，其中组装的其它组件是泡沫层。
37.权利要求34的方法，其中组装的其它组件是家具零部件。
38.权利要求34的方法，其中组装的其它组件是没有任何其它耐火材料的装饰织物覆盖物。
39.一种用于床垫、装饰家具、纤维填充床罩和运输工具座垫应用或任何其中需要非织造高蓬松度以用于火焰屏蔽目的的最终用途应用的非织造高蓬松度火焰屏蔽物；其包括如下物质的共混物a)固有阻燃纤维，和b)在热分解期间产生氧耗尽气体的纤维。
40.权利要求39的火焰屏蔽物，其中该火焰屏蔽物没有用任何机械粘合。
41.权利要求39的火焰屏蔽物，其中所述固有阻燃纤维选自蜜胺、间芳族聚酰胺、对芳族聚酰胺、聚苯并咪唑、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、部分氧化的聚丙烯腈、诺沃洛伊德、聚(对亚苯基苯并双噁唑)、聚(对亚苯基苯并噻唑)、聚苯硫醚、阻燃粘胶人造丝、聚醚醚酮、聚酮、聚醚酰亚胺及其组合。
42.权利要求41的火焰屏蔽物，其中大多数或较多的固有阻燃纤维是源自蜜胺的。
43.权利要求42的火焰屏蔽物，其中大多数在热分解期间产生氧耗尽气体的纤维衍生自采用卤代单体制备的聚合物。
44.权利要求39的火焰屏蔽物，其中所述的产生氧耗尽气体的纤维包括衍生自采用卤代单体制备的聚合物的纤维。
45.权利要求44的火焰屏蔽物，其中所述的衍生自采用卤代单体制备的聚合物的纤维选自聚氯乙烯均聚物和共聚物、聚亚乙烯基均聚物和共聚物、改性聚丙烯腈纤维、聚四氟乙烯、聚乙烯-三氟氯乙烯、聚偏二氟乙烯、聚全氟烷氧基、聚氟化乙烯-丙烯，及其组合。
46.权利要求44的火焰屏蔽物，其中大多数纤维从改性聚丙烯腈纤维材料的卤代单体制备的聚合物挤出而制备。
47.权利要求39的火焰屏蔽物，其中所述固有阻燃纤维包括如下物质的混合物蜜胺和至少一种具有耐热性数值不同于该蜜胺的其它固有阻燃纤维类型。
48.权利要求39的火焰屏蔽物，其进一步包括低热熔粘合用纤维。
49.权利要求39的火焰屏蔽物，其进一步包括由如下物质组成的非阻燃纤维尼龙、聚酯、聚烯烃、丙烯酸类、乙酸纤维素、聚交酯及其组合。
50.权利要求39的火焰屏蔽物，其进一步包括天然纤维。
51.权利要求50的火焰屏蔽物，其中所述天然纤维选自棉、羊毛、丝、马海毛、山羊绒及其组合。
52.权利要求39的火焰屏蔽物，其进一步包括粘合剂材料。
53.权利要求52的火焰屏蔽物，其中所述粘合剂材料是卤化粘合剂树脂。
54.权利要求53的火焰屏蔽物，其中所述卤化粘合剂树脂基于选自如下的材料氯乙烯和乙烯氯乙烯。
55.权利要求39的火焰屏蔽物，其中所述非织造高蓬松度火焰屏蔽物的基础重量为120g/m2-450g/m2。
56.一种采用权利要求39的非织造高蓬松度火焰屏蔽物装饰或制造的产品。
57.权利要求56的产品，其中该产品包括外部覆盖织物层，该织物层没有耐火涂层并与所述火焰屏蔽物接触布置。
58.权利要求56的产品，其中该产品选自复合椅、床垫、鸭绒被、床垫衬垫、枕头或平面织物家具体系。
59.权利要求56的产品，其中该产品是包括所述火焰屏蔽物和至少一种其它制品组件的复合制品，该产品能够通过一种或多种如下的测试协议加利福尼亚测试公告133，加利福尼亚测试公告129，和采用crib 5火焰源的英国标准5852，并且没有FR化学材料。
60.权利要求56的产品，其中该产品在使用中没有用任何耐火涂层材料。
61.一种非织造高蓬松度火焰屏蔽物，其包括一种纤维共混物，该纤维共混物包括如下物质a)10-85wt％固有阻燃纤维；b)10-85％在热分解时产生氧耗尽气体的纤维；c)0-30％低熔粘合用纤维；d)0-40％天然纤维；和e)0-40％非阻燃纤维。
62.权利要求61的火焰屏蔽物，其中所述固有阻燃纤维占所述纤维共混物的20-70wt％，并且其中产生氧耗尽气体的纤维衍生自采用卤代单体制备的聚合物并占该纤维共混物的20-70wt％。
63.权利要求62的火焰屏蔽物，其中所述固有阻燃纤维占所述纤维共混物的30-60wt％，并且其中衍生自采用卤代单体制备的聚合物的纤维提供该纤维共混物的30-60wt％。
64.权利要求61的火焰屏蔽物，其中低熔粘合用纤维占纤维共混物的5-25wt％。
65.权利要求61的火焰屏蔽物，其中所述固有阻燃纤维包括蜜胺，所述产生氧耗尽气体的纤维包括衍生自采用卤代单体制备的聚合物的纤维。
66.权利要求61的火焰屏蔽物，其中所述固有阻燃纤维包括放热性和吸热性固有阻燃纤维的混合物。
67.权利要求61的火焰屏蔽物，其中所述固有阻燃纤维包括蜜胺纤维。
68.权利要求67的火焰屏蔽物，其中所述混合物包括阻燃纤维素纤维。
69.权利要求67的火焰屏蔽物，其中所述混合物包括具有二氧化硅绝热层的粘胶人造丝基纤维。
70.权利要求69的火焰屏蔽物，其中所述粘胶人造丝基纤维包含硅酸铝改性的二氧化硅。
71.一种非织造高蓬松度火焰屏蔽物，其包括如下物质的共混物固有阻燃纤维；采用卤代单体制备的聚合物纤维，其中以足够的数量布置该固有阻燃纤维和采用卤代单体制备的聚合物纤维，以提供从不能通过加利福尼亚测试公告127的制品向能够通过加利福尼亚测试公告129的制品的转化，而不加入化学FR材料。
72.权利要求71的屏蔽物，其中固有阻燃纤维的共混物占火焰屏蔽物纤维共混物的20-70wt％，而采用卤代单体制备的聚合物纤维占火焰屏蔽物纤维共混物的20-70wt％。
73.权利要求71的火焰屏蔽物，其中固有阻燃纤维包括数量为10％或更多的蜜胺，采用卤代单体制备的聚合物纤维占火焰屏蔽物的20-60％。
74.权利要求71的火焰屏蔽物，其中该火焰屏蔽物包括如下物质的混合物包括蜜胺的固有阻燃纤维，和粘胶人造丝基纤维。
75.一种制造权利要求71的火焰屏蔽物的方法，其包括将固有阻燃纤维和采有卤代单体制备的聚合物纤维共混为均匀共混物，并采用该均匀共混物形成非织造火焰屏蔽物纤维层。
76.一种包括纤维混合物的高蓬松度火焰屏蔽物，该混合物包括蜜胺纤维和粘胶人造丝基纤维。
77.权利要求76的高蓬松度火焰屏蔽物，其进一步包括采用卤代单体制备的聚合物纤维。
全文摘要
本发明涉及一种非常适用于床垫、装饰家具和其它其中需要高蓬松度非织造材料用于火焰屏蔽物目的的最终用途应用的非织造高蓬松度火焰屏蔽物。本发明的优选非织造高蓬松度火焰屏蔽物包括如下物质的共混物固有耐火的和对直接火焰基本不收缩的纤维，与优选单独或与如下物质结合的蜜胺纤维例如粘胶人造丝基纤维，从采用卤代单体制备的聚合物挤出的纤维，和优选低熔粘合用纤维，其在高蓬松度制造工艺中热活化以在最终用途应用中提供低堆密度、回弹性和绝热性能。设计优选的纤维共混物，从而以烧焦物屏蔽物的最小收缩承受延长的暴露于明火的时间，由此防止火焰“突破”烧焦物屏蔽物和点燃在其下方的材料。也可以非必要地包括其它组分纤维如天然纤维，以在最终用途应用中改进产品经济性。本发明的高蓬松度火焰屏蔽物也可用于制造耐明火的复合制品，同时也允许继续使用常规非阻燃服装罩织物、常规非阻燃纤维填充物和常规非阻燃聚氨酯泡沫。
文档编号D04H1/42GK1564890SQ02819591
公开日2005年1月12日 申请日期2002年9月11日 优先权日2001年9月12日
发明者D·L·马特, A·C·翰得曼恩 申请人:巴索菲尔纤维有限责任公司