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    1 前言

    美國(guó)通用公司所屬，GE 塑料公司纖維和紡織品全球技術(shù)經(jīng)理 Ann Marie Lak 和全球市場(chǎng)工業(yè)經(jīng)理 Youssef Fakhreddine 在“國(guó)際纖維雜志”上推介其新Ultem阻燃材料。 有消息稱，美國(guó)加利福尼亞州曾公布極為嚴(yán)格的褥墊（mattress）阻燃法規(guī)。這無疑將推動(dòng)防火材料生產(chǎn)研究方面的發(fā)展。

    GE 公司的Ultem樹脂材料是非常適用于滿足加利福尼亞技術(shù)通報(bào)（TB）603 標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于床上用品阻燃的要求。

    2 總況

    Ultem 聚醚酰亞胺（PEI）樹脂是廣泛用于需要阻燃和防止煙霧擴(kuò)散的材料，有助于褥墊、席夢(mèng)思等產(chǎn)品制造商生產(chǎn)防止明火加速燃燒的產(chǎn)品。

    GE公司過去從未用Ultem樹脂生產(chǎn)過纖維材料，但其科技人員不畏艱辛，和下游生產(chǎn)商開始評(píng)估其用于高能織物的潛在功能，并進(jìn)行研究

    加利福尼亞州TB603 標(biāo)準(zhǔn)即將實(shí)施，給床上用品生產(chǎn)商發(fā)出了警示，因?yàn)楹笳叱Ｓ镁郯滨ヅ菽牧虾途埘バ醪闹谱鳟a(chǎn)品。加利福尼亞州標(biāo)準(zhǔn)提出了技術(shù)性要求，包括使用高性能原材料和不同的褥墊設(shè)計(jì)來解決這一問題。

    另一個(gè)有關(guān)的問題是鹵素材料阻燃劑會(huì)釋放有毒濃煙。歐盟關(guān)于危險(xiǎn)品限制（RoHS）的法規(guī)，嚴(yán)格禁止使用阻燃劑中常含的多溴化二苯醚（PBDE）。預(yù)計(jì)加州的標(biāo)準(zhǔn)將會(huì)被其它地區(qū)所采用，如最近消費(fèi)者安全委員會(huì)（CPSC）宣布的全美標(biāo)準(zhǔn)，要求制造商必須保證阻燃材料能符合各種市場(chǎng)法規(guī)要求。

    3 研發(fā)過程

    GE Ultem樹脂是一種未定形高性能聚合物，它呈現(xiàn)杰出的耐高溫、強(qiáng)度好、模量大、廣譜耐化學(xué)性、本身抗燃燒性和低致煙性；玻璃化（轉(zhuǎn)變）溫度為217℃、相對(duì)熱指數(shù)（RTI）為170℃，這種聚合物在高溫時(shí)，能保持強(qiáng)度整體性。

    Ultem樹脂產(chǎn)品，在安全設(shè)施以及要求嚴(yán)格阻燃標(biāo)準(zhǔn)的場(chǎng)合中使用已經(jīng)歷較長(zhǎng)期的考驗(yàn)，如消防員頭盔，飛機(jī)和火車內(nèi)裝飾材料等，這些都是成為它可以做褥墊和床上用品材料的關(guān)鍵因素。

    Ultem樹脂是未定形結(jié)構(gòu)和具有耐高溫特性，對(duì)其抽制纖維會(huì)有一定難度。由于是無定形（非結(jié)晶體）材料，對(duì)比結(jié)晶體，它粘度大，使其在抽絲時(shí)，通過噴絲板小孔更為困難，而小孔噴絲板是紡制機(jī)織物和非織造布所用較細(xì)纖維之需。結(jié)晶體材料，如聚酯和聚丙烯，不但紡絲時(shí)，通過小孔較順利，而且擠出后再經(jīng)拉伸可紡得更細(xì)。結(jié)晶體聚合物經(jīng)過拉伸，拉直排齊分子鏈，使纖維強(qiáng)度提高、更穩(wěn)定；相反，拉伸無定形樹脂，如Ultem等材料，所產(chǎn)生的應(yīng)力，當(dāng)纖維受熱時(shí)會(huì)出現(xiàn)收縮，因此拉伸存在麻煩。Ultem樹脂擠出時(shí)，噴絲孔徑必須盡量的小，但這會(huì)影響噴絲板組件的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間。

    GE的Ultem樹脂熔融溫度較高，達(dá)到375－400℃，高于常規(guī)紡制纖維的樹脂材料，因此加工這種樹脂的現(xiàn)成設(shè)備較少。提高常規(guī)加熱設(shè)備的溫度，如電加熱器和熱油通道等，存在著不安全因素。GE公司需找尋擁有相應(yīng)加工設(shè)備和加工能力的研制和規(guī)模生產(chǎn)的協(xié)作者。2003年初，GE公司和一家美國(guó)企業(yè)配合。這家企業(yè)是專門加工熱塑性聚合物，包括像Ultem樹脂等不一般的材料，通過熔融紡絲過程生產(chǎn)合成纖維。

    4 優(yōu)化生產(chǎn)工藝

    GE公司及其下游生產(chǎn)商，解決了一些技術(shù)問題，成功地紡出了第一批Ultem纖維產(chǎn)品

    首先，樹脂本身必須經(jīng)過精加工，使其更符合抽絲過程，特別是適應(yīng)紡較細(xì)纖維的微小紡絲孔眼。GE的樹脂產(chǎn)品大多是用于注射模塑生產(chǎn)，其加工部件較紡絲生產(chǎn)的粗厚；抽制纖維過程的敏感性促使GE公司改進(jìn)樹脂性能，適應(yīng)其加工敏感特性。

    其次，下游加工生產(chǎn)商的裝備必須要滿足適應(yīng)Ultem樹脂的一些特殊要求，如耐400℃高溫、溫度分布要均勻，較短的滯留時(shí)間（樹脂材料處于熱態(tài)時(shí)間）、不能超過10分鐘以防止降解，低剪切性（也是防止降解），低產(chǎn)量（相對(duì)于聚酯樹脂材料等而言），以適應(yīng)Ultem樹脂的較高粘度。

    最后，優(yōu)化加工過程工藝參數(shù)，包括溫度、生產(chǎn)速度和壓力等，樹脂按正常熔融擠出流程加工，切片先經(jīng)干燥，在擠出頭中熔融，通過復(fù)絲紡絲組件，拉伸，經(jīng)導(dǎo)絲盤卷繞成筒子。GE公司和加工商掌握好紡絲孔尺寸對(duì)最終纖維直徑的影響，駕馭熔融溫度和熔體強(qiáng)度之間的關(guān)系以及拉伸比，以獲得最好的纖維穩(wěn)定性。其單絲纖維度為10旦的纖維主要性能指標(biāo)為：

    密度（克/厘米³） 1.27 吸水率（℅）0.25

    限氧指數(shù)（LOI） 44 強(qiáng)度（克/旦） 2.2

    斷裂伸長(zhǎng)（℅） 40 模量（克/旦） 30.3

    最初的研究工作是針對(duì)即將實(shí)施的加利福尼亞州條例，致力于生產(chǎn)褥墊阻隔織物所使用的粗度為10dpf纖維。他們開始生產(chǎn)較粗的纖維是為了簡(jiǎn)易可行，計(jì)劃逐漸研制更細(xì)的產(chǎn)品批量生產(chǎn)。

    隨著10旦纖維小規(guī)模先鋒試驗(yàn)獲得成功，GE公司滿懷信心地和Restonic Mattress Corp（褥墊公司）協(xié)作，利用Ultem纖維制造符合TB 603標(biāo)準(zhǔn)的新型褥墊材料。Ultem纖維由Western非織造公司制成阻燃隔離層材料，置于褥墊的泡沫芯材和外層布料之間，成為Restonic公司的Ergo Sleep®褥墊產(chǎn)品——第一只滿足加利福尼亞州標(biāo)準(zhǔn)要求、經(jīng)UL®認(rèn)證的褥墊。采用Ultem樹脂，使其阻隔材料本身就具有阻燃性，Ultem纖維還便于做成幾厘米厚的阻隔材料，回彈性好、使用舒適。

    目前GE公司及其加工商已可生產(chǎn)單絲纖度為10旦的Ultem纖維批量產(chǎn)品，并正進(jìn)行可紡制較細(xì)纖維材料的研究。生產(chǎn)較細(xì)纖維的關(guān)鍵是樹脂的粘度和拉伸纖維的能力，解決的辦法是進(jìn)一步精煉提純材料和改進(jìn)噴絲組件設(shè)計(jì)。Ultem樹脂生產(chǎn)的6旦和4旦纖維已有大量樣品，并正謀求2旦纖維規(guī)?；a(chǎn)能取得成功。公司還準(zhǔn)備和其它地區(qū)以及美國(guó)境內(nèi)的下游加工廠共同合作。

    5 優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用

    GE公司Ultem樹脂制成的纖維具有眾多的優(yōu)點(diǎn)，由于它本身是阻燃材料，就可以適應(yīng)不再用鹵素添加劑的限制；符合TB603和CPSC新標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于褥墊產(chǎn)品遇到明火時(shí)的性能要求。Ultem的無定形結(jié)構(gòu)及其耐高溫性使其能適應(yīng)很多高溫應(yīng)用場(chǎng)合；而在這些場(chǎng)合中，結(jié)晶體聚合物制成的纖維遇到高溫會(huì)喪失強(qiáng)度。

    GE公司正把Ultem樹脂制成的纖維，擴(kuò)大應(yīng)用于家居裝飾、氣體過濾、傳送用織物和紡織品、座椅材料等其它生產(chǎn)。