增强非织造防火织物，制造这种织物的方法和用此防火的制品的制作方法

专利名称：增强非织造防火织物，制造这种织物的方法和用此防火的制品的制作方法
背景技术：
1.发明领域本发明涉及由卷曲纤维和增强网眼织物的压缩纤维网制成的增强非织造薄织物，它在暴露于热或火焰中时会膨胀，而且适用于做防火床垫、家具覆盖饰物等的部件。本发明还涉及加进了该织物的防火制品。本发明还涉及制造这种增强非织造织物和把这种织物加进制品的方法。
2.相关技术描述加里福尼亚州已引领了限制并减少床垫和床垫组件可燃性的潮流，目的是减少住宅、旅馆和公共机构火灾中的死亡人数。尤其是，加里福尼亚州消费事务部家具和隔热局发布了技术公告603“居住床垫/箱式弹簧组件耐旺火的要求和试验方法”，来量化床垫组件的可燃性。在很多情况下，床垫制造厂想要包括一层防火层，但他们不希望该附加层会降低他们床垫的现有美观。因此，在很多情况下都期望有强而薄的织物，如短纤维和薄增强网眼织物的组合，因为它们既耐久又不可能不适合拟定的用途。
本领域已知有多种方法来组合短纤维和使短纤维定位的网眼织物。一种这样的方法是流体缠结，在许多出版物中也称其为流体喷网、射流喷网和喷水处理，在该方法中，高压喷水冲击短纤维并驱使它们进入网眼织物，把纤维和网眼织物结合在一起。由这种方法制成的非织造片材使短纤维与其本身或与网眼织物或同时与两者机械地缠结在一起，从而限制了在受热或暴露于火焰中时织物的膨胀能力。下列专利是主要用流体缠结法制成的非织造织物的代表性文献。PCT出版物WO 98/42905公开了由复杂织造网格埋在纺织结构中的多层纺织材料，所述纺织结构由非织造垫纱排布在网格任意一面构成，垫纱彼此之间和垫纱与网格之间靠流体缠结力缠结。授予Wyss的美国专利4,840,838公开了网眼织物和缠结进稀松网眼织物的纤维胎形成的高温滤毡。授予Putnam等的美国专利6,596,658公开了具有三维图象的层合织物，该织物由轻质耐热纤维层和重质层通过流体缠结粘结在一起而形成。
本领域已知的组合短纤维和网眼织物的另一种方法是针剌法。在该方法中，钩针钩住短纤维并迫使它们进入网眼织物或进入内部纤维胎，一起锁定该结构。用这种方法制造的非织造片材也是短纤维与其本身或与网眼织物机械地缠结在一起，从而在受热或暴露于火焰中时限制了织物的膨胀能力。由针剌法制成的某些产品可以用流体缠结法制造，反之亦然，因为两种产品都需要纤维与网眼织物和织物中的其它纤维发生缠结。下列专利是主要用针剌法制成的非织造织物的代表性文献。授予Lilani等的美国专利4,743,495公开了非织造防火座椅织物，它包含至少两层毡，毡层包含芳族聚酰胺纤维和酚醛纤维，它们与稳定化的织造网眼织物结合在一起。授予Lin等的美国专利5,691,036公开了软垫材料，它有至少两层非织造耐温短纤维和夹在两层之间的增强网眼织物，其中，整个结构被针剌成整体，而且一面还有烤花。授予Parsons等的美国专利3,819,465公开了含有弹性花式表面的纺织结构，其形成方法是把非织造纤维针剌进塑料网格材料层。然后使网格回缩并使非织造纤维拱出絮平面，形成花式表面。授予Forsten等的美国专利5,578,368公开了适用于装饰家具和床垫表面的阻燃材料，它包含填充纤维胎和一层与填充纤维胎至少一面接触的阻燃芳族聚酰胺纤维层。还有一种用流体缠结法、针剌法和/或化学方法把阻燃纤维与网眼织物缠结在一起制成的防火材料，公开在授予Latham等的美国专利申请2002/0098753中。这类材料适用于防火飞机座椅。
本领域已知的又一种组合短纤维与网眼织物的方法是胶粘剂层合法或加入粘结剂。在该方法中，用粘结剂或胶粘剂把多层或分立纤维粘附或粘结在一起。以下的专利是用这种方法制成的非织造织物的代表性文献。授予Erb的美国专利6,579,396和6,383,623公开了一种很低密度的绝热材料，它含有靠可燃热塑性粘结剂粘结的非热塑性纤维。授予Yamaguchi等的欧洲专利EP 622 332公开了耐热且阻燃的软垫结构，它包含卷曲的非弹性短纤维的蓬松非织造纤网的基体纤维、用灼烧试验法试验时残余质量至少35％的卷曲阻燃纤维和热塑性弹性纤维，在基体纤维和阻燃纤维与热塑性纤维之间至少有一些交叉点，被熔融粘结在一起。基体纤维优选是聚酯或芳族聚酰胺纤维，但优选聚酯含有阻燃化合物以及优选的芳族聚酰胺纤维是间位-芳族聚酰胺纤维。阻燃纤维优选是预氧化聚丙烯腈纤维，但也可以是碳纤维、交联酚醛树脂纤维或聚苯并咪唑纤维。优选的热塑性弹性体纤维是由热塑性弹性体和非弹性聚酯制成的鞘/芯复合材料纤维。Erb和Yamaguchi的专利都用粘结剂把非织造织物维持在膨松形式从而使之具有回弹性。授予Peariman等的美国专利5,470,648公开了适用于地毯背衬的3-层复合材料织物，该复合材料织物由2层缠结尼龙单丝靠胶粘剂粘附在玻璃纤维网眼织物上而制成。该织物具有与流体缠结或针剌织物同样的问题，即，由于纤维是机械缠结在一起的，所以当它们受热或暴露在火焰中时会失去膨胀能力。
因此目前所需要的是能提供防火作用，但在常规使用中轻而薄，但在受到高温或火焰时又会膨胀的增强非织造织物。
发明概述本发明涉及适用于防火制品的增强非织造织物和用该非织造织物防火的制品，其中所述织物包含具有第一面和第二面的稀松网眼织物，其第一面上压有卷曲的耐热有机纤维，该纤维靠热塑性粘结剂被保持在压缩状态，其中，当该织物暴露于热或火焰中时，该织物能增加其厚度至少3倍。
本发明还涉及制造在热和火焰中膨胀以使制品防火的增强非织造织物的方法，该方法包含下列步骤a)形成包含卷曲耐热有机纤维和粘结剂纤维的毡，b)使毡与稀松网眼织物的第一面接触，以形成织物组合体，所述网眼织物具有第一面和第二面，c)在织物组合体上施涂粘结剂粉末，d)将该织物组合体加热以活化粘结剂纤维和粘结剂粉末，e)把织物组合体压成压缩状态，以及f)使压缩状态下的织物组合体冷却以形成增强非织造织物。
本发明还涉及防火褥，它包含织物褥套外层或罩面织物层；一层或多层增强非织造织物防火材料、泡沫或纤维胎软垫层和任选的缝编背衬层，其中增强非织造织物防火材料包含稀松网眼织物，其上压有卷曲的耐热有机纤维，该纤维靠热塑性粘结剂被保持在压缩状态。
本发明还涉及利用在热和火焰中会膨胀的增强非织造织物层使制品防火的方法，该方法包含下列步骤a)组合增强非织造织物层、织物褥罩或织物装饰层以及任选的软垫层，b)把这些层缝合在一起以形成防火织物褥，和c)把防火织物褥加进制品，所述增强非织造织物层包含具有第一面和第二面的稀松网眼织物，其第一面上压有卷曲的耐热有机纤维，该纤维靠热塑性粘结剂被保持在压缩状态。其中，当织物褥暴露于热和火焰中时，非织造织物层能增加其厚度至少3倍。
发明详述本发明涉及适用于防火制品的增强非织造薄织物。当暴露于热或火焰中时，该织物能增加其厚度至少3倍。该织物包含具有第一面和第二面的稀松网眼织物，其第一面上压有卷曲的耐热有机纤维并靠热塑性粘结剂被保持在压缩状态。优选稀松网眼织物的第一面和第二面上都压有有机纤维。当经受高温或火焰时，结构中的粘结剂软化并流动，松开受约束的卷曲纤维，使织物厚度剧增。这种增加在织物中产生空气囊，相信这会提高织物的热性能。
织物之所以能在高温和火焰作用下增加其厚度，是因为织物中的卷曲耐热有机纤维虽然受压却未明显缠结。而先前发展的纤维-网眼织物片材曾强调要保证纤维与网眼织物或与片材中的其它纤维良好缠结。实现良好缠结的方法一般是把能量输进形成片材的膨松纤网和/或网眼织物，使纤维缠结并致密化片材。这样做时，片材中的纤维缠结很厉害以致它们在经受热和火焰时不能自由移动。
本发明织物中纤维的缠结刚够制成片材；也就是说，纤维间的相互缠结仅达到能形成可铺层或与稀松网眼织物组合的轻质纤网所需要的程度。片材中未输进额外的能量来使纤维彼此缠结或与网眼织物缠结。然后把这种轻质纤网层合到网眼织物上的方法是加热和压缩该组合件，然后冷却该组合件以固定结构，同时卷曲纤维被压缩并被约束。通过以这种方法压缩膨松片材，则当粘结剂材料被软化或熔化时，片材中的纤维就能自由地回到与它们被压缩之前类似的膨松状态。
本发明的增强织物在暴露于高温或火焰中时，其厚度增加至少3倍。一般而言，随温度升高，膨松率增加，膨松量也增加，而且已观察到超过被压缩厚度25倍的厚度增加。相信为引发膨松效果需要低达150℃的温度，也相信从约225℃开始，膨松作用立即进行。在织物直接受火焰作用时达到织物的最大膨胀量，在此刻曾观察到织物膨胀约29倍其起始厚度。当直接暴露在火焰中时，优选织物厚度增加至少5倍，优选10倍其起始厚度。
优选本发明的压缩增强非织造织物的总厚度为0.025～0.12cm(0.010～0.050英寸)。还优选这种织物的基础重量为20～136g/m2(0.6～4盎司/码2)，优选网眼织物组分为3.4～34g/m2(0.1～1.0盎司/码2)以及优选纤网组分为17～102g/m2(0.5～3.0盎司/码2)。
本发明的增强非织造织物包含卷曲的耐热有机纤维。这类卷曲纤维优选切割长度为0.4～2.5英寸(1～6.3cm)，优选0.75～2英寸(1.9～5.1cm)，而且优选2～5个卷曲/cm(5～12个卷曲/英寸)。所谓“耐热纤维”是指纤维在空气中按20℃/min的速率升温到500℃时优选保留其纤维重量的90％。这类纤维一般是阻燃纤维，意思是纤维或由这种纤维制成的织物的极限氧指数(LOI)能使纤维或织物在空气中无法支持火焰，优选的LOI是约26和更大。优选的纤维在暴露于火焰中时不会过度收缩，也就是说，暴露于火焰中时纤维的长度不会明显缩短。含有在空气中以20℃/min的速率加热到500℃时保留其纤维重量90％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裂纹和开口，这一点对作为防火材料的织物性能很重要。
适用于本发明增强非织造防火织物的耐热且稳定的纤维包括由对位-芳族聚酰胺、聚苯并噻唑、聚苯并咪唑和聚酰亚胺聚合物制成的纤维。优选的耐热纤维由芳族聚酰胺尤其对位-芳族聚酰胺制成。
如本文所用，“芳族聚酰胺”是指下述聚酰胺至少85％酰胺键(-CONH-)直接连接在2个芳环上。“对位-芳族聚酰胺”是两个环或自由基沿分子链彼此对位取向。芳族聚酰胺可以与添加剂一起使用。实际上已发现，可以把多达10重量％的其它聚合物与芳族聚酰胺进行共混，也可以用多达10％的其它二胺取代芳族聚酰胺中的二胺或多达10％的其它二酰基氯取代芳族聚酰胺中的二酰基氯。在实践本发明时，优选的对位-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-芳族聚酰胺纤维的方法已一般地公开在，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多种形式都可以从杜邦公司，Wilmington，Delaware购得，商品名为Kevlar纤维。
适用于本发明的商品聚苯并噻唑纤维包括可购自日本Toyobo公司的Zylon确PBO-AS(聚对苯-2，6-苯并双唑)纤维、ZylonPBO-HM(聚对苯-2，6-苯并双唑)纤维。适用于本发明的商品聚苯并咪唑纤维包括可购自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购自LaPlace Chemical的P-84纤维。
或者，“耐热纤维”也可包括在空气中以20℃/min的速率加热到700℃时保留至少其纤维重量10％的纤维素纤维。这些纤维叫做焦炭形成纤维。纤维中已加进10％无机化合物的再生纤维素纤维是优选的纤维素纤维。这类纤维和制造这类纤维的方法已一般地公开在美国专利3,565,749和英国专利1,064,271中。适用于本发明的优选焦炭形成再生纤维素纤维是含带有硅酸铝位置的多硅酸形式的二氧化硅的粘胶纤维。这类纤维和制造这类纤维的方法已一般地公开在U.S.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芬兰Sateri Oy公司以注册商标Visil出售。
耐热纤维可以与其它纤维共混，但优选其它纤维不会降低织物发挥防火材料作用的能力。例如，可以将多达50％的变性聚丙烯腈纤维与耐热纤维共混。变性聚丙烯腈纤维之所以适用，是因为这种纤维在燃烧时释放出灭火的含卤气体。所谓变性聚丙烯腈纤维是指由包含聚丙烯腈的聚合物制成的丙烯酸合成纤维。优选这种聚合物是包含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一组的单体氯乙烯、偏氯乙烯、溴乙烯、偏溴乙烯等。可共聚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、醋酸乙烯酯等。
本发明中所用的优选变性聚丙烯腈纤维是丙烯腈与偏氯乙烯组合的共聚物，为提高阻燃性，该共聚物还含有一种或多种锑氧化物。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％的多种氧化锑制成的纤维，以及美国专利5,208,105和5,506,042所公开的含8～40重量％锑化合物的纤维。优选的变性聚丙烯腈纤维是可购自日本Kaneka公司的Protex C，据说含10～15重量％氧化锑，虽然也可以用氧化锑含量较少，即6重量％或更少的纤维。
卷曲有机纤维要用最多30重量份粘结剂材料来定位。优选的粘结剂材料是通过加热活化的粘结剂纤维和粘结剂粉末的组合。粘结剂纤维一般由在低于纤维共混物中任何其它短纤维的软化点的温度下流动(即有较低的软化温度)的热塑性材料制成。优选鞘/芯双组分纤维作为粘结剂纤维，尤其是可购自，例如，日本Unitika公司的、有一个聚酯均聚物芯和属粘结剂材料的共聚酯的鞘的双组分粘结剂纤维(以商品名MELTY销售)。这类粘结剂纤维的适用类型包括由聚丙烯、聚乙烯或聚酯聚合物或共聚物制成的那些，纤维仅含那种聚合物或共聚物，或作为并排或鞘/芯构型的双组分纤维。优选粘结剂纤维的存在量至多占增强非织造织物的20％。优选粘结剂粉末的存在量至多占增强非织造织物的30％。优选的粘结剂粉末是热塑性粘结剂粉末，如共聚酯GriltexEMS 6E胶粘剂粉末。
本发明的增强非织造织物还含有稀松网眼织物。优选这类网眼织物的基础重量为3.4～34g/m2(0.1～1.0盎司/码2)，并称之为“稀松网眼”织物，因为这类网眼织物只有0.8～6根纱/cm(2～15根纱/英寸)。最优选的稀松网眼织物的基础重量为6.8～17g/m2(0.2～0.5盎司/码2)且优选在经向和纬向上都只有1～4根纱/cm(3～10根纱/英寸)。优选网眼的制造方法是把两组带粘结剂涂层的聚酯连续单丝或连续丝束的正交铺层粘结在一起。典型的稀松网眼织物可购自Saint-GobainTechnical Fabrics of Niagara Falls，New York，商品名为BayexScrimFabrics。两种形式的Bayex稀松网眼织物特别适用于本发明的增强非织造织物。Bayex牌号KPM4410/P3由经向和纬向都是78分特(70旦)连续聚酯单丝制成而且两个方向上都有1.6根纱/cm(4根纱/英寸)。其基础重量为6.8g/m2(0.2盎司/码2)，以及连续单丝上涂有定位正交铺层单丝的热塑性涂层。此外，Bayex牌号KPM10510/P3由经向是78分特(70旦)的连续聚酯单丝和纬向是167分特(150旦)的连续聚酯单丝制成，而且经向上有4根纱/cm(10根纱/英寸)和纬向上有2根纱/cm(5根纱/英寸)。其基础重量为12.1g/m2(0.36盎司/码2)，以及连续单丝上涂有定位正交铺层单丝的热塑性涂层。
这类网眼织物提供足够的强度而对可燃性没有过多的作用。还相信稀松网眼织物对织物暴露于高温时在织物中形成空气囊有作用，因为网眼织物与纤维网只有少数粘结点，所以对耐热纤维的约束较少。网眼织物可以由热塑性或非热塑性单丝组成，而且可以是芳族聚酰胺、尼龙、玻璃或聚酯。如果网眼织物是热塑性的，如聚酯，则当非织造织物燃烧时，燃烧区的网眼会随卷曲耐热纤维的膨胀而基本消失。
本发明还涉及制造在热或火焰中膨胀以使制品防火的增强非织造织物的方法，该方法包含下列步骤a)形成包含卷曲耐热有机纤维和粘结剂纤维的毡，b)使毡与稀松网眼织物的第一面接触，以形成织物组合体，所述网眼织物具有第一面和第二面，c)在织物组合体上施涂粘结剂粉末，d)将该织物组合体加热以活化粘结剂纤维和粘结剂粉末，e)把织物组合体压成压缩状态，以及f)使压缩状态下的织物组合体冷却以形成增强非织造织物。
毡可以由能产生低密度纤网的任何方法形成。例如，能用清棉机之类的设备开松获自纤维料包的卷曲短纤维和粘结纤维丛。优选这类纤维是线密度为约0.55～约110分特/单丝(0.5～100旦/单丝)，优选0.88～56分特/单丝(0.8～50旦/单丝)，非常优选线密度为约1～33分特/单丝(0.9～30分特/单丝)的短纤维。
然后能用任何有效的方法，如压缩空气输送法来共混已开松的纤维混合物，以形成更均匀的混合物。或者，也可以在清棉机内开松纤维之前共混纤维以形成均匀的混合物。然后可以用诸如梳理机之类的设备把纤维共混物转化为纤维网，但也可以用其它方法，如纤维的气流成网法。优选直接用来自梳理机而无任何交叉铺网的纤维网。但如果需要，随后能经由输送器把纤维网送至交叉铺网机之类的设备，以便通过把分立纤网以锯齿结构彼此堆叠起来形成交叉铺网结构。
然后可以把来自一个或多个梳理机的纤维网和稀疏网眼织物收集在输送带上。优选把网眼织物插在两层纤网之间，以制成双纤网结构，但也可以把网眼织物铺在单层纤网上或把单层纤网铺在网眼织物上制成单纤网结构。如果需要，还可以在单纤网或双纤网结构上再铺更多的纤网。优选最终结构在稀松网眼织物的一面有两层梳理纤网而在网眼织物的另一面有一层梳理纤网。然后在组合的纤网和网眼织物上施涂粘结剂粉末，用量为约3.4～24g/m2(0.1～0.7盎司/码2)。然后把该组合的纤网、粘结剂粉末和网眼织物输送过温度足以软化和部分熔化粘结剂纤维和粉末的烘箱并允许它把纤维粘结在一起。在烘箱出口处，优选在两个钢辊之间压缩该片材，以把多层结合成内聚织物。然后在压缩状态下冷却该织物。
本发明还涉及使制品防火的方法，该方法包含下列步骤(1)组合一层增强非织造防火材料织物、织物褥套或织物装饰层以及任选的软垫层；(2)把这些层缝合在一起形成防火褥或装饰织物，和(3)把防火褥或装饰织物放进制品。增强非织造防火材料织物包含具有第一面和第二面的稀松网眼织物，其第一面上压有卷曲的耐热有机纤维，该纤维靠热塑性粘结剂被保持在压缩状态下，其中当织物暴露在热或火焰中时，织物能增加其厚度至少3倍。优选稀松网眼织物的第一面和第二面上都压有有机纤维。
将增强非织造防火材料织物、织物褥套或织物装饰层及任选软垫层的组合件缝或衲在一起以形成预缝编褥，而且这类褥能有许多种形式。褥的典型实例依次包含织物褥套外层或罩面织物层、一层或多层本发明的增强非织造织物防火材料、泡沫或纤维胎软垫层和缝编背衬层。组合这些层，然后用任何常用的缝编图形，一般是成褥图形，把它们缝编在一起，以形成按需要用在床垫侧板和上面板中的褥。
适用于作织物褥套外层或罩面织物层的织物一般都利用任意根经纬纱的非常耐久的纺织或针织物，且基础重量倾向于在2～8盎司/码2(68～271g/m2)范围内。褥套织物可含有，但不限于，棉纤维、聚酯纤维、聚丙烯纤维或嫘萦纤维。
任选的泡沫或纤维胎软垫层可包括一种或多种提供期望表面效果或软垫的低密度纤维胎或泡沫，或它们的组合。纤维胎和/或泡沫的作用象褥套底下的枕头，提供感觉很舒适的缓冲，其类型很容易通过简单地用手摸一下或在床垫上来回抚摸一番来确定。优选的纤维胎材料是聚酯(PET)絮，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，但如果软垫材料是纤维胎，则这种纤维胎可包括如PCT出版物WO2003049581所公开的垂直百褶结构，或如U.S.专利3,118,750所公开的纤维胎。如果用泡沫，则一般是聚氨酯或胶乳泡沫，且厚度一般为0.5～3英寸(1.2～7.6cm)。
缝编背衬层一般在软垫材料不足以扎牢针脚时用来扎牢褥上褥套对面的针脚。缝编背衬一般是基础重量为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织物褥套外层或织物装饰层、软垫材料层和一层或多层增强非织造织物防火材料，其中软垫材料要夹在防火材料和褥套之间。在这种褥中，不需要缝编背衬，因为防火材料起扎牢针脚的作用。该褥的另一种变型能用多层软垫材料制成。例如，褥可形成如下依次组合褥套外层或装饰织物、软垫材料层、一层或多层增强非织造织物防火材料、另一层软垫材料，然后缝编背衬层。
另一种可能的褥构型如下把本发明的一层增强非织造织物防火材料直接放在外罩面织物之下，接着是软垫层，然后在软垫层下是第二层增强非织造织物防火材料。在该构型中，最后一层增强非织造织物防火材料也起缝编背衬的作用。在该特定褥构型的另一变型中，可以在罩面织物与增强非织造织物防火材料之间放置另一层软垫。
还有一种褥构型可以由外褥套或织物装饰层及一层或多层本发明的增强非织造织物防火材料组成而基本无软垫层。如人们可见，可能有许多不同的褥，而且在褥中可以组合进其它材料层，只要褥的防火性能不受损害即可。
然后可以把预缝编褥放进制品，如一件家具，或优选床垫和底座组件。使床垫防火的一种方法是用多个预缝编褥完全覆盖床垫芯的上下面板和侧板并在接缝处把各褥缝在一起，以包封床垫。这样就保证床垫是防火的，不管上下面板或侧板中哪一面暴露在火焰中。制品中可加进多种类型的预缝编褥，例如在床垫的侧板中可以用几乎没有软垫的褥，而在床垫的上下面板中能用有大量软垫的褥。底座如箱式弹簧通常并不是完全防火的，一般只需要使侧板防火，而底座的上面或上板可任选地防火。底座面板通常与床垫接触，因此一般受屏蔽而不接触火焰，因此在底座面板中所用材料的防火程度一般不必与床垫面板的相同。而且，床垫底座的侧板和/或面板中可以没有大量软垫材料。但是本发明的增强非织造织物能按需要用在底座的侧板或面板中。
本发明增强非织造织物提供的防火性，足以使原先通不过2003年7月发布的加里福尼亚技术公告603的制品，通过2003年7月发布的加里福尼亚技术公告603，而不必添加化学阻燃材料。该增强非织造织物能以任何方式加进制品如床垫中，使原本通不过试验的床垫通过试验。
试验方法热重分析.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一部分纤维重量。纤维重量用购自TA Instruments(WatersCorpora-tion的一个局)of 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曲线。用TA通用分析程序，可以测定任何记录温度下的失重百分数。程序曲线的组成如下样品在50℃平衡；以10或20℃/min的升温速率从50℃升到1000℃；用空气作气体，供气量为10ml/min；以及用500μl陶瓷杯(PN952018.910)作为样品容器。
试验步骤如下。用TA Systems 2900控制器上的TGA视屏编辑TGA程序。输入样品名称和所选的20℃/min的拟定线性升温程序。用仪器的去皮重功能配衡空样品杯。把纤维样品切成约1/16英寸(0.16cm)长并在样品杯中松松装入样品。样品重量应在10～50mg范围内。TGA有天平因此不必预先确定精确重量。样品杯外不应有样品。把已装样的样品杯挂到天平金属线上，确保热电偶靠近但不接触样品杯上缘。把炉子上抬到罩过样品杯并启动TGA。一旦程序完成，TGA将自动降下炉子，移出样品杯并进入冷却模式。然后用TA Systems 2900通用分析程序进行分析并产生在整个温度范围内的失重扫描曲线。
床垫燃烧性能.加里福尼亚洲消费事务部家具和隔热局(3485Orange Grove Avenue，North Highlands，California 95660-5595USA)于2003年2月出版了技术公告603“居住床垫/箱式弹簧组件耐旺火的要求和试验方法”，目的是量化床垫组件的可燃性能。该公告后来在2003年7月经过修改，要求最大释热率(PHRR)极限小于200kW以及10分钟内的总释热极限小于25MJ。该方法提供了确定床垫/底座组件燃烧行为的手段测量床垫和底座在通风良好的条件下暴露在特定点火源中时的具体燃烧试验响应。该方法基于2003年2月国家标准和技术研究所出版的题为“用一对煤气喷灯试验床垫/底座组件的方法”一文。
获得的试验数据描述在使用一对煤气喷灯期间和随后，自点着开始直至(1)卧具的燃烧完全停止，(2)过了30分钟后，或(3)试验室不可避免出现骤燃的燃烧情况。来自燃烧试样的释热率(燃烧产生的能量)用耗氧量热法测量。其原理、限制和所需仪器的讨论可见于ASTM E1590“床垫燃烧试验的标准试验方法”。与试验相关的术语定义在ASTME 176“燃烧标准的标准术语”中。
一般而言，该试验方法利用一对丙烷喷灯，设计成模拟燃烧床单对床垫和底座所施的热通量和时间。喷灯对床垫上表面和床垫/底座的侧面施加不同通量和不同时间。在暴露期间和随后，测量来自试样的释热率随时间的变化。
把床垫/底座放在落坐在夹持面上的短床框上面。试验期间，用仪器化的罩收集烟流以便测量释热率。为便于实践，试验两个相同的床垫和底座。用喷灯点着后，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形喷灯组燃烧该试样。一个喷灯朝床垫上表面喷火，固定在离床垫表面39mm处。第二个灯朝床垫/底座组件的侧面喷火，固定在离试样侧面42mm处。侧喷灯和上喷灯并不固定在沿试样长度的同一位置上，而是沿长度相互偏离18～20cm。喷灯按试验方法特殊构造和布置。
试验前，试样要在12℃(54)以上的室温和低于70％的相对湿度下调节24小时。床垫和底座试样彼此之间以及与框和夹持面都要同心。如果床垫比底座窄1～2cm，则可移动床垫直到床垫与底座的侧面垂直对齐。喷灯按标准布置并定位离试样的距离。在点火前至少1分钟，打开数据记录和存储设备。点燃喷灯并让上喷灯燃烧70秒钟，而让侧喷灯燃烧50秒钟(如果可能)，然后把喷灯移出该区。连续采集数据直到燃烧和冒烟的所有信号都已停止或直到1小时后。
垂直燃烧试验.增强非织造织物的垂直燃烧性能按ASTM D6413-99测定。
厚度.本发明增强织物在膨胀前的厚度可按ASTM D1777-96选择1测定。但是多数厚度测量的标准方法都要在被测试样上加上一定的重量。因此，为得到厚度的真实读数而不干扰已经受高温或火焰的膨胀试样的膨胀度，实施例2的厚度结果以切取试样的扫描电镜(SEM)测量为基础。用锋利的剪刀剪下试样并安装在SEM样品台上。
实施例1增强非织造织物制备如下。把喂自料包的90重量份2.2dpf和2英寸切割长度的970型Kevlar牌短纤维及10重量份4dpf和2英寸切割长度的4080型Unitika粘结剂纤维共混进3台梳理机。把来自3台梳理机的纤维网收集在输送带上以产生基础重量约1.1盎司/码2的纤维毡。把聚酯纤维纱线的稀松网眼织物插在两层由前两台梳理机形成的两种纤维网之间。稀松网眼织物是Saint Gobain 5×10网眼织物(KPMR10510/P3型，纬向有5根/英寸150旦聚酯纱，经向有10根/英寸70旦聚酯纱)，基础重量为0.37盎司/码2。所得结构在稀松网眼织物的一面有两层梳理纤网，在网眼织物的另一面有一层梳理纤网。
在纤网和网眼织物的组合件上施涂Griltex 763305 20EMA胶粘剂粉末，其量要使片材总重量达到2盎司/码2。把该组合的纤网、粘结剂粉末和网眼织物输送过285℃烘箱，以熔化粘结剂纤维和粉末。在烘箱出口处，让片材在0英寸间隙的两个钢辊之间受压，把这些组分结合为内聚织物。然后在压缩状态下冷却该织物。
织物的最终组成是约50％Kevlar纤维、6％粘结剂纤维、19％聚酯网眼织物和25％粘结剂纤维。织物的厚度，按ASTM D1777-96选择1测量，约为23密耳。织物的抓样强度在经向上是30磅力，在纬向上是22磅力。在12秒垂直燃烧试验中，熄火5.6秒后，经向焦炭长度为3.7英寸，熄火1.3秒后纬向焦炭长度为2.2英寸。值得注意的是，用肉眼观察，火焰热使火焰附近的材料厚度增加了织物起始厚度的3倍以上。
按TB603把织物作为单面和双面床垫的防火材料层进行试验。对于床垫的带褥上面板，把防火材料放在褥套底下的3/4英寸聚酯絮层之下。对于床垫和箱式弹簧侧板，把防火材料织物放在褥套底下的3/16英寸泡沫层之下。床垫具有IBC Celebrity结构。
对于单面床垫，上面板褥由依次为下列各层的缝编层构成一层马赛克型聚酯和聚丙烯纤维的白色织造褥套；一层3/4英寸聚酯絮；本发明的防火材料织物；3层聚酯泡沫，每层厚7/16英寸；以及最后是多针脚背衬层(为了把针脚扎牢在褥的背面)。
单面床垫上面板的构型如下上面板褥；一层1/1/2英寸盘旋状聚氨酯泡沫；一层7/16英寸聚氨酯泡沫；以及紧靠522Highpro床垫弹簧的灰毡绝热垫。床垫底面板的结构自床垫弹簧向外是，紧挨弹簧的灰毡绝热垫；一层1-/3/4英寸聚氨酯泡沫；和外防滑垫，后者由25％Kevlar芳族聚酰胺纤维和75％Visil33AP纤维素纤维制成的4盎司/码2气流喷网织物构成。侧板褥由依次为下列各层的缝编层构成一层马赛克式聚酯和聚丙烯纤维的白色织造褥套；一层3/16英寸聚氨酯泡沫；本发明的防火材料织物；以及最后多针脚背衬层(为了把针脚扎牢在褥的背面)。用非防火线为床垫面板绗缝，接缝处用Kevlar芳族聚酰胺线缝合并在接缝处用防火聚酯带。
用于床垫的箱式弹簧的上面板表面上有一块防滑垫，由25％Kevlar芳族聚酰胺纤维和75％Visil33AP纤维素纤维制成的4盎司/码2射流喷网织物构成。材料在侧面向下延伸约1英寸并用2英寸着地侧板使上面板与侧板牢固结合。箱式弹簧中所用的侧板与床垫中所用的相同。接缝用Kevlar芳族聚酰胺线缝合并在接缝处用防火聚酯带。
对于双面床垫，上面板和底板褥的结构与单面床垫所用的上面板褥相同。侧板褥的结构也与单面床垫的相同，这些板的上褥和缝合的方式与单面床垫的相同。箱式弹簧的制备与单面床垫的相同。
按TB603燃烧单面和双面床垫，自点着后30分钟，满足最大释热率小于200kW的标准。
实施例2本实施例说明本发明增强织物的膨胀行为。以类似于实施例1的方法制备增强非织造织物。该织物的起始厚度为0.32mm(12密耳)。把织物样品放在不同温度下操作的加热烘箱内，并在肉眼观察到样品开始膨胀时记录时间。继续用肉眼观测样品，样品基本完全膨胀的时间随温度而变，对于在150℃试验的样品基本完全膨胀发生在约5分钟时，对于在250℃试验的样品基本完全膨胀发生在约1.5分钟时。让样品留在烘箱内共15分钟并记录最终的膨胀厚度。此外，把样品保持在火焰中，它立即膨胀到接近于它的最大厚度。其最终厚度是9.38mm，增加29倍。最终膨胀厚度的测定方法是，横剖膨胀织物截面，用SEM测量厚度。
表
权利要求
1.适用于防火制品的增强非织造织物，包含具有第一面和第二面的稀松网眼织物，第一面上压有卷曲的耐热有机纤维，该纤维靠热塑性粘结剂被保持在压缩状态，其中当织物暴露于热或火焰中时，该织物能增加其厚度至少3倍。
2.权利要求1的增强非织造织物，其中在织物暴露于热或火焰中时，织物能增加其厚度至少5倍。
3.权利要求1的增强非织造织物，其中在织物暴露于热或火焰中时，织物能增加其厚度至少10倍。
4.权利要求3的增强非织造织物，其中，纤维靠热塑性粘结剂和热塑性稀松网眼织物的组合被保持在压缩状态。
5.权利要求1的增强非织造织物，还包含压缩在网眼织物第二面上的卷曲耐热有机纤维，该纤维靠热塑性粘结剂被保持在压缩状态。
6.权利要求1的增强非织造织物，其中稀松网眼织物包含热塑性材料。
7.权利要求1的增强非织造织物，其中热塑性粘结剂是粘结剂纤维。
8.权利要求7的增强非织造织物，其中热塑性粘结剂包含粘结剂纤维和粘结剂粉末的组合。
9.权利要求1的增强非织造织物，其中耐热有机纤维是对位芳族聚酰胺纤维。
10.权利要求9的增强非织造织物，其中热塑性粘结剂是聚酯粘结剂粉末和聚酯粘结剂纤维的组合，以及稀松网眼织物由相同或不同的聚酯聚合物制成。
11.包含权利要求1的增强非织造织物的防火制品。
12.包含权利要求1的增强非织造织物的防火床垫。
13.一种在热和火焰中膨胀以使制品防火的增强非织造织物的制造方法，包含下列步骤a)形成包含卷曲耐热有机纤维和粘结剂纤维的毡，b)使毡与稀松网眼织物的第一面接触，以形成织物组合体，所述网眼织物具有第一面和第二面，c)在织物组合体上施涂粘结剂粉末，d)将该织物组合体加热以活化粘结剂纤维和粘结剂粉末，e)把织物组合体压成压缩状态，以及f)使压缩状态下的织物组合体冷却以形成增强非织造织物。
14.权利要求13的方法，其中在步骤c)之前还有如下一个步骤使稀松网眼织物的第二面与包含耐热有机纤维和粘结剂纤维的第二纤维毡接触。
15.防火褥，包含织物褥套外罩或罩面织物层；一层或多层增强非织造织物防火材料，泡沫或纤维胎软垫层，以及任选地缝编背衬层；其中增强非织造织物防火材料层包含稀松网眼织物，其上压有卷曲的耐热有机纤维，所述纤维靠热塑性粘结剂被保持在压缩状态。
16.借助于在热和火焰中会膨胀的增强非织造织物层使制品防火的方法，包含下列步骤a)组合增强非织造织物层、织物褥罩或装饰层以及任选的软垫层，b)把这些层缝合在一起以形成防火织物褥，和c)把防火织物褥放进制品，所述增强非织造织物层包含具有第一面和第二面的稀松网眼织物，第一面上压有卷曲的耐热有机纤维，该纤维靠热塑性粘结剂被保持在压缩状态。其中，当织物褥暴露于热和火焰中时，增强非织造织物层能增加其厚度至少3倍。
17.权利要求16的使制品防火的方法，其中所述制品是床垫。
18.权利要求16的使制品防火的方法，其中增强非织造织物还包含压在网眼织物第二面上的卷曲耐热有机纤维，该纤维靠热塑性粘结剂被保持在压缩状态。
19.权利要求18的使制品防火的方法，其中所述制品是床垫。
全文摘要
本发明涉及适用于防火制品的增强非织造薄织物，所述制品含这种织物，以及制造该织物和使制品防火的方法。当暴露于热或火焰中时，该织物能增加其厚度至少3倍。该织物包含稀松网眼织物，其上压有卷曲的耐热有机纤维并靠热塑性粘结剂被保持在压缩状态。当经受高温或火焰时，结构中的粘结剂软化并流动，从而松开受约束的卷曲纤维并使织物的厚度剧增。
文档编号D04H13/00GK1933963SQ200580009159
公开日2007年3月21日 申请日期2005年3月21日 优先权日2004年3月23日
发明者L·N·巴斯科姆, W·F·克诺夫 申请人:纳幕尔杜邦公司