CN105593422A - 抗燃板和使制品防火的方法 - Google Patents

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Abstract

阻燃板和制造方法通常包括絮垫材料，所述絮垫材料包含：具有顶面和底面的层，所述层包含从所述顶面延伸至所述底面的多根基本上垂直取向的经阻燃处理的纤维；以及粘合剂材料。

Description

抗燃板和使制品防火的方法
背景技术
本公开内容总体上涉及包含经阻燃处理的纤维的抗燃板，并且更具体地，涉及包含垂直取向的经阻燃处理的纤维的抗燃板。还公开了使制品抗燃板抗燃的方法。
如今，向用具垫和其他家具中加入阻燃特性越来越受到关注。例如，在美国销售的用具垫和用具垫套件需要满足如在16C.F.R.第1633部分(2007)中编纂的明火要求。虽然用于满足这些要求的材料因产品而异，但总体方法通常是在最外面的用具垫层(例如，织物层、套层等)下面用阻燃阻隔材料包住用具垫。大多数用具垫制造商所使用的材料是非织造高蓬松或针刺纤维絮垫；但是也使用针织袜式阻隔材料，尽管范围很小。
市售的抗燃絮垫通常是梳理过且交叉互搭的，由此水平取向的纤维网的多个薄层铺设在彼此之上，其中每个连续的纤维网通常垂直于前一层铺设。用于将网粘合在一起的一种方法是通过热粘合。通过热粘合方法，然后使层状的网通过烘箱，在其中可熔粘合剂(例如，低熔点聚酯或低熔点共聚物聚酯)充当粘合剂以使网粘合且保持在一起。合适的低熔点粘合剂如聚酯的熔点通常可低于130℃。在一些实施方案中，粘合剂是具有芯的双组分材料，所述芯的熔点高于包封所述芯的包围物，使得在热加工过程中包围物被加热至高于包围物熔点但低于芯熔点的温度以实现包围物的软化和/或熔化，从而起粘合纤维的作用。现有技术图1提供了描绘包含水平取向的纤维网12的非织造絮垫10的截面图。其他市售抗燃絮垫制造商使用针使水平取向的纤维分层网穿透通过网层以实现纤维缠结，作为机械地将网保持在一起的方法。所得截面结构通常可限定为主要由水平取向的纤维网组成。不论制造商的何种方法，通常，抗燃絮垫都具有相对较低的蓬松厚度，并且还具有较低的压缩(例如，使用过程中可发生的压缩)后回弹性。
虽然目前的阻燃絮垫可以满足16C.F.R.第1633部分中提出的标准，但是这些商业产品中有许多提供很小的用户舒适性。此外，市售抗燃絮垫通常是绝缘的并且在温度管理和湿度控制方面成效很少。
因此，需要改良的抗燃板，例如用作用于用具垫、用于软垫家具等的絮垫材料的那些。
发明内容
在一个实施方案中，本文公开了抗燃絮垫材料，包含：具有顶面和底面的层，所述层包含从顶面延伸至底面的多根基本上垂直取向的经阻燃处理的纤维；以及粘合剂材料。
在另一个实施方案中，使制品防火的方法包括：组合织物套或垫衬物的层、絮垫材料层和任选的缝编背衬层，其中所述絮垫材料层包含顶面、底面、从顶面延伸至底面的多根基本上垂直取向的经阻燃处理的纤维、以及粘合剂材料；将这些层缝合在一起以形成复合物；将所述复合物并入制品中。
通过参考下列对本公开内容的各个特征及其中所包括的实施例的详细描述，可更容易地理解本公开内容。
附图简述
现参考附图，其中相同的元件以相同的标记表示。
现有技术图1示出了具有梳理过且水平交叉互搭的纤维的非织造絮垫材料的截面图。
图2A示出了根据本公开内容的非织造絮垫材料的截面图，所述非织造絮垫材料具有垂直取向的经阻燃处理的褶状纤维。
图2B示出了根据本公开内容的图2A的非织造絮垫材料的放大截面图，所述非织造絮垫材料具有垂直取向的经阻燃处理的纤维。
图3示出了根据本公开内容的非织造絮垫材料的截面图，所述非织造絮垫材料具有垂直取向的经阻燃处理的纤维。
图4A至图4D示出了描述不同纤维的吸湿性特征的截面图。
图5以图形方式示出了经阻燃处理的纤维与未处理纤维随时间变化的吸湿率。
发明详述
本文公开了用于缓冲制品的抗燃板。例如，所述抗燃板可作为絮垫材料用于用具垫中，其中纤维基本上是基本上垂直取向的并且至少一部分是经阻燃处理的纤维。使用术语“经……处理的”意指将阻燃剂施用于纤维，其中所述纤维自身根据组成可具有不同程度的阻燃性。申请人发现，使经阻燃处理的纤维取向为基本上垂直的方向增加了回弹性以及产品恢复的能力，这主要是由于纤维取向从水平变为垂直。发现回弹性增加转化为更高水平的舒适度和产品耐久性。此外，通过使纤维取向为基本上垂直的方向观察到气流增加。三维热成像确定，与常规的交叉互搭且水平取向的纤维层(例如，现有技术图1中示出的那个)相比，配置有包含基本上垂直取向的经阻燃处理的纤维的阻燃絮垫的用具垫组件表现出较少的保留热。
现参见图2A和2B，描述了根据一个实施方案的用具垫100。用具垫100包括在褶状中间垫衬物层(本文中也称为纤维絮垫材料)与设置在所述褶状中间垫衬物层104外表面上的被状物层106之间的中心芯层102。被状物层106可围绕用具垫的侧面延伸，其中其是局部剖开示出以露出被状物层106后面的层。如不同应用可期望的，也可包括其他层，例如绝缘层等(未示出)。
图2B示出了与图2A中所示的圆相对应的用具垫100的放大图。芯层102可包括一个或更多个泡沫层、螺旋弹簧层及其组合。被状物层106是用具垫的复合层，并且可由缝合到保护织物覆盖层(例如，套层)下侧的交叉铺设的非织造纤维网或泡沫制成，这为用具垫提供了柔软的表面质地。
褶状中间垫衬物层104包括交叉铺设的纤维的褶状(垂直互搭的)网。在褶状层中，褶由交叉铺设的非织造纤维网形成，如将在下面更详细地描述的。
在一个替代实施方案中，用于中间装饰层104’的非织造纤维絮垫材料可包括基本上取向为垂直方向(即，与絮垫材料的水平面(x方向)大致横向(y方向))的多根单独的经阻燃处理的纤维102。
本文中关于织物、纤维组合物、纺织品、材料、产品和相似术语使用的术语“非织造”意指通过以下过程产生的结构：通过将两种或更多种相同或不同组分(例如，长丝、微纤维、纤维、纤维组合物、线或纱线)连接、粘合和/或互锁在一起，通常通过使其松散地粘合在一起，并使用通常不涉及编织或交织但采用机械、化学、热和/或溶剂方法的各种技术中的一种或更多种，例如，使用已知的针刺、熔喷、纺粘、湿法成形和各种粘合梳理纤网法。非织造材料可使用本领域技术人员已知的熔合或化学粘合技术(使用粘合剂，例如PVA或聚酯)或类似技术制造。该术语通常不包括织物，纺织品，纤维组合物，或者编织、针织、簇绒的材料，或者使用羊毛或其他制毡方法制成的那些。
包含本公开内容的基本上垂直取向的经阻燃处理的纤维的垫衬物层(即，絮垫材料)也是成本有效的，柔软但是耐用且适用于各种缓冲制品，包括但不限于用具垫组件、用具垫罩、盖被、床罩、棉被、被单、羽绒被、枕头、枕头罩、靠垫，还有其他家庭用途、防护服应用及工业最终使用应用。
垂直取向的经阻燃处理的纤维絮垫材料中采用的纤维没有限制，只要阻燃剂可以应用并且以向板有效提供满足或超过16C.F.R.第1633部分的抗燃性的量保留下来。纤维可以是天然纤维和/或合成纤维。由于天然纤维的柔软性和耐久性以及大部分天然纤维素纤维的吸收特性，将这些纤维用于床上用品组件中是期望的。合适的纤维包括但不限于：聚酯、聚烯烃如聚丙烯和聚乙烯、纤维素纤维、棉、人造丝、羊毛、天然丝、醋酸纤维、尼龙、莱赛尔、亚麻、苎麻、黄麻、安哥拉山羊毛、洋麻等、及其混合物。
纤维可以具有不同的直径和旦数，是中空的或实心的，或者可以是卷曲的。混合不同类型的纤维可进一步有助于絮垫材料的回弹性。量通常根据纤维组成和所使用的阻燃剂而变化。
在一个实施方案中，经阻燃处理的纤维是莱赛尔，其是由溶解浆(漂白木浆)制成的再生纤维素纤维并且是从LenzingAG以商标名Tencel商购的纤维。美国联邦贸易委员会定义莱赛尔为“通过有机溶剂纺丝方法得到的纤维素纤维”，并将莱赛尔纤维归类为人造丝的子类。莱赛尔纤维的一些主要特征在于，其是柔软的、吸收性的、当潮湿或干燥时强度非常大，并且是防皱的；所有这些通常都是絮垫材料所期望的。吸湿性提供了改善的湿气吸收，这是用具垫应用高度期望的。
图4A-4D描述了多种纤维素纤维在浸入染色水之后的截面，其中较亮区域指示最小吸湿性，而较暗区域指示最大吸湿性。多种纤维素纤维包括棉、从LenzingGroup以商标VISCOSE商购的人造丝、从LenzingGroup以商标MODAL商购的改性人造丝和从LenzingGroup以商标TENCEL商购的莱赛尔。如图所示，莱赛尔表现出最好和最均匀的吸湿性，如由整个截面上均匀的暗色所证明的。相比之下，观察到MODAL和VISCOSE材料的吸湿性局限于截面结构内的孔，而棉的吸湿性在位于中心的孔中。进一步注意到，与VISCOSE和MODAL相比，莱赛尔具有相对平滑的外表面，认为这导致了改善的梳理并相对于具有复杂截面形状的材料提供了更柔软的触感。
人造纤维可制造成任何期望的切割长度，这通常由设备和产品性能决定。对于垂直取向的絮垫材料，待经阻燃处理的纤维的长度通常为0.25英寸至4英寸；在另一些实例中，长度为0.5英寸至3英寸；并且在又一些实例中，长度为1.5英寸至3英寸。例如，对于莱赛尔、人造丝和/或聚酯纤维，梳理的切割长度通常为1.5英寸至3英寸。对于天然纤维(例如棉)，纤维长度通常可在0.5英寸至1.6英寸中变化。非织造纤维絮垫材料在垂直取向时的总厚度或蓬松厚度(loft)可为0.5英寸(1.25厘米)或更大。尽管对絮垫可以有多厚没有实际限制，但是对于许多典型应用，高度蓬松的絮垫的厚度不需要高于3英寸(7.6cm)，并且对于许多用具垫应用，可使用小于2英寸(5cm)。絮垫材料的单位面积重量通常可为约5盎司/平方码至18盎司/平方码(169克/平方米至610克/平方米)，并优选为8盎司/平方码至11盎司/平方码(271克/平方米至373克/平方米)。絮垫材料的总密度通常与上述单位面积重量相匹配。更致密的絮垫通常不具有用作用具垫和其他制品中的缓冲的回弹性。至于不太致密的絮垫，所述絮垫材料在制造过程中操作常常是体积大的，并且当其被并入絮棉复合物中时通常被压缩到优选的密度范围内。更薄且更致密的絮垫也不能提供期望的柔软度、美学，并且在应用和采用FR防护中可能缺乏耐久性。
经阻燃处理的纤维可以是化学粘合、热粘合或机械粘合的以提高结构完整性。通常可通过浸渍、涂覆和/或喷涂将化学粘合剂应用于经阻燃处理的纤维。示例性的化学粘合剂包括但不限于丙烯酸酯聚合物、苯乙烯-丁二烯共聚物和乙酸乙烯酯聚合物。热粘合纤维通常包括向经阻燃处理的纤维中添加低熔点聚合材料(例如，低分子量聚酯纤维)，其中进一步加工以形成网导致低分子量粘合剂熔化和/或部分熔化，从而在可控加热之下在絮垫材料纤维之间形成粘合。至于机械粘合，可对包含经阻燃处理的纤维的纤维网进行加工以增加纤维缠结。通常有两种类型的机械粘合：针刺和水力缠结。针刺可用在大多数纤维类型上，并且通常包括使用推拉穿过网以使纤维缠结的专门设计的针。可将不同特征的网针刺在一起以产生难以通过其他方法实现的特性渐变。水力缠结使用水射流来实现缠结。
使用经阻燃处理的纤维制成的抗燃板由满足和/或超过16CFR1633中提出的可燃性标准的量的混合物组成。抗燃性通常取决于纤维组成、所使用的阻燃化学品和阻燃剂载量。在大多数实施方案中，至少50％的纤维是经阻燃处理的纤维。在另一些实施方案中，至少60％的纤维是经阻燃处理的纤维；并且在又一些实施方案中，至少80％的纤维是经阻燃处理的纤维。板组合物中剩余的纤维可包括未处理纤维、粘合剂纤维等。
在一些实施方案中，垂直取向的纤维的多个层堆叠布置以提供用于絮垫材料应用的期望厚度。堆叠的层可经过化学粘合、热粘合和/或机械粘合以提供层之间期望量的结构完整性。例如，可在层中间使用粘合剂(例如低分子量聚酯和/或胶黏剂)以提供结构完整性，或者可对堆叠布置进行针刺以实现纤维缠结。
出乎意料的是，还发现与具有相似蓬松厚度的现有技术的梳理过且交叉互搭的水平取向的材料相比，当使用经处理纤维(如莱赛尔或人造丝)转化成垂直取向的产品时，需要更少的经阻燃处理的纤维以形成板并提供同等的防火等级。例如，与如表1中所示的水平取向且交叉互搭的经阻燃处理的纤维所需的80％相比，满足和/或超过16C.F.R第1633部分中编纂的产品安全标准的密度为1盎司/平方英尺的纤维絮垫材料仅需要70％的基本上垂直取向的阻燃纤维。
表1
1比较
2本发明
还发现，密度为0.8盎司/平方英尺的经多磷酸铵阻燃处理的莱赛尔纤维絮垫材料也满足和/或超过所要求的16C.F.R第1633部分中编纂的产品安全标准，这代表了与现有技术絮垫材料相比意义重大且出乎意料的结果。如上所述，现有技术絮垫材料通常需要80％的密度为1盎司/平方英尺的经阻燃处理的纤维以满足该编纂标准，而下表2中提供的数据表明，仅需要70％的密度为0.8盎司/平方英尺的基本上垂直取向的阻燃纤维以满足产品安全标准。该结果提供了显著的商业优势，原因是需要较少的单位面积重量和材料来满足16C.F.R1633规定的标准。数据进一步表明，
甚至更低百分比的经阻燃处理的纤维和/或更小的单位面积重量也是可能的，并且仍然满足16C.F.R第1633部分中编纂的产品安全标准。
表2
此外，已经发现，不同于大多数常规阻燃纤维，阻燃化学品的应用基本上透过整个莱赛尔纤维的截面面积，不受理论束缚，这归因于产品混合物中需要更少量的经阻燃处理的纤维以满足和/或超过16CFR第1633部分中所述的可燃性标准。
至少一部分的纤维是经阻燃化学品处理的，其可作为耐久性或非耐久性成品(finish)提供。耐久性阻燃成品不通过暴露于水或处理除去。示例性阻燃剂包括但不限于氯化阻燃化合物，例如氯代烃、氯化磷酸酯、氯化多磷酸酯、氯化有机膦酸酯、氯代烷基磷酸酯、多氯联苯、多氯代二苯并对二英和二苯并呋喃，其是含有高浓度氯(其在气相中通常以化学方式起作用)的分子。其通常与作为增效剂的三氧化锑和/或硼酸锌结合使用。氯化化合物的三个主要类别包括：(a)氯化石蜡；(b)氯化烷基磷酸酯；和(c)氯化脂环族化合物。
氯化化合物的实例包括十二氯二亚甲基二苯并环辛烷、三(2-氯乙基)磷酸酯、三(2-氯-1-甲基乙基)磷酸酯、三(2-氯-1-(氯甲基)乙基)磷酸酯(TDPP)、三(氯丙基)磷酸酯、三(二氯丙基)磷酸酯、三(2-氯乙基)亚磷酸酯、氯化铵、氯菌酸、氯菌酸酐、三(二氯溴丙基)磷酸酯、双(六氯环戊二烯)环辛烷、三(二氯丙基)磷酸酯、双[双(2-氯乙氧基)亚膦酰基]异丙基氯乙基磷酸酯和((1，1A，2，2，3，3a，4，5，5，5a，5b，6-十二氯八氢-1，3，4-亚甲基-1H-环丁(cd)并环戊二烯))。
溴化阻燃化合物(例如溴化有机化合物和溴化烃)在许多材料中表现出阻燃功效。溴化阻燃剂的三个主要类别包括：(a)脂肪族溴化化合物；(b)芳香族溴化合物；和(c)溴化环氧树脂阻燃剂。脂肪族溴化化合物包括例如三溴新戊基磷酸酯、三溴新戊醇、二溴新戊二醇、六溴环己烷、六溴环十二烷、四溴环戊烷、六溴环己烷、六溴环辛烷、六溴环癸烷和六溴环十二烷。芳香族溴化化合物包括例如六溴苯、十溴联苯、八溴二苯基氧、六溴苯、三(三溴苯基)三嗪、四溴双酚A双(2，3-二溴丙基醚)、二溴新戊二醇、聚(五溴苄基丙烯酸酯)、五溴二苯醚、八溴二苯基氧、八溴二苯醚、十溴联苯、十溴二苯乙烷、十溴二苯基氧、十溴二苯醚、四溴双酚A和溴化三甲基苯基二氢茚满。溴化环氧树脂阻燃剂包括溴化环氧低聚物和聚合物。
其他溴化阻燃化合物包括溴化二苯醚、多溴二苯醚、二甲基-3-(羟甲基氨基)-3-氧代丙基膦酸酯、五溴甲苯、四溴氯甲苯、五溴苯酚、三溴苯铵、二溴苯甲酸、五溴甲苯、十溴二苯基氧、三溴苯酚、六溴环十二烷、溴化磷、溴化铵、十溴二苯基氧、五溴二苯基氧、十溴二苯醚、2，3-二溴丙醇、八溴二苯醚、八溴二苯基氧、四溴二苯醚、六溴环十二烷、双(四溴苯二甲酰亚氨基)乙烷、双(三溴苯氧基)乙烷、溴化聚苯乙烯、溴化环氧低聚物、聚五溴苄基丙烯酸酯、四溴双酚化合物、二溴丙基丙烯酸酯、二溴六氯环戊二烯环辛烷、N1-乙基(双)二溴降冰片烷二甲酰亚胺、十溴二苯基氧、十溴联苯、六溴环己烷、六溴环十二烷、四溴双酚A、四溴双酚S、N’N’-乙基双(二溴降冰片烯)二甲酰亚胺、六氯环戊二烯二溴辛烷、四溴二戊赤藓糖醇-1、五溴乙苯、十溴二苯醚、四溴邻苯二甲酸酐、六溴联苯、八溴联苯、五溴苯基苯甲酸甲酯、双-(2，3-二溴-1-丙基)邻苯二甲酸酯、三(2，3-二溴丙基)磷酸酯、N，N’-乙烯双(四溴邻苯二甲酰亚胺)、四溴邻苯二甲酸二醇[2-羟丙基氧代-2-2-羟乙基乙基四溴邻苯二甲酸酯I-、多溴联苯、四溴双酚A、三(2，3-二溴丙基)磷酸酯、三(2-氯乙基)亚磷酸酯、三(二氯溴丙基)亚磷酸酯、二乙基亚磷酸酯、双氰胺焦磷酸酯、三苯基亚磷酸酯、铵二甲基磷酸酯、双(2，3-二溴丙基)磷酸酯、乙烯基溴、聚五溴苄基丙烯酸酯、十溴二苯基氧、五溴丙烷、2，3-二溴丙醇、八溴二苯基氧、多溴代二苯并对二英、二苯并呋喃和溴代氯化石蜡。
基于磷的阻燃剂是含磷的化合物，例如卤代磷酸酯(氯代磷酸酯、溴代磷酸酯等)、非卤代磷酸酯、三苯基磷酸酯、磷酸酯、多元醇、衍生物、膦酸酯、磷酸酯和磷酸酯，这是最大类的含磷阻燃剂化合物。基于磷的阻燃剂通常由与烷基(通常直链)或芳基(芳香环)基团键合的磷酸酯芯组成。通常引入卤代磷酸酯化合物以减少总卤素含量。非卤代磷酸盐/酯化合物包括例如红磷、无机磷酸盐、不溶性磷酸铵、多磷酸铵、尿素多磷酸铵、正磷酸铵、碳酸铵磷酸盐、尿素磷酸铵、磷酸二铵、三聚氰胺磷酸铵、二亚乙基二胺多磷酸盐、双氰胺多磷酸盐、多磷酸盐、磷酸脲、三聚氰胺焦磷酸盐、三聚氰胺正磷酸盐、硼多磷酸酯的三聚氰胺盐、二甲基甲基膦酸酯的三聚氰胺盐、二甲基氢亚磷酸酯的三聚氰胺盐、多磷酸硼的铵盐、二甲基甲基膦酸酯的脲盐、有机磷酸盐/酯、膦酸盐/酯和氧化膦。磷酸酯包括例如三烷基衍生物(例如三乙基磷酸酯和三辛基磷酸酯)、三芳基衍生物(例如三苯基磷酸酯)和芳基烷基衍生物(例如2-乙基己基二苯基磷酸酯)。
基于磷的阻燃剂的其他实例包括甲胺硼磷酸酯、氰尿酰胺磷酸酯、甲苯基二苯基磷酸酯、三(1-氯代-2-丙基)磷酸酯、三(2-氯乙基)磷酸酯、三(2，3-二溴丙基)磷酸酯、三苯基磷酸酯、磷酸镁、磷酸三甲酚酯、六氯环戊二烯、异丙基三苯基磷酸酯、三甲酚磷酸酯、乙醇胺二甲基磷酸酯、环状膦酸酯、磷酸一铵和磷酸二铵，其允许由羟基与以下物质酯化引起炭(char)形成：磷酸；三烷基磷酸酯和膦酸酯(例如，三乙基磷酸酯)；和二甲基芳基磷酸酯(例如，三芳基磷酸酯、异丙基三苯基磷酸酯、辛基苯基磷酸酯、三苯基磷酸酯)；磷酸铵(例如磷酸铵、多磷酸铵和磷酸钾铵)；氰尿酰胺磷酸酯；苯胺磷酸酯；三甲基磷酰胺；三(1-吖丙啶基)氧化膦；磷酸三乙酯；双(5，5-二甲基-2-硫羰基-1，3，2-二氧杂膦戊基)氧化物；双(2-氯乙基)乙烯基磷酸酯；二甲基膦酰基-N-羟甲基-3-丙酰胺；三(氯丙基)磷酸酯；三(2-丁氧基乙基)磷酸酯；三(2-氯乙基)磷酸酯；三(2-乙基己基)磷酸酯；三(氯丙基)磷酸酯；四(羟甲基)盐(例如四(羟甲基)氯化物和四(羟甲基)硫酸盐)；n-羟甲基-3-(二甲基膦酰基)丙酰胺；磷酸脲；三聚氰胺焦磷酸盐；硼多磷酸盐的三聚氰胺盐；硼多磷酸盐的铵盐；双氰胺焦磷酸酯；三苯基亚磷酸酯；二甲基磷酸铵；fyrolflexHP；三聚氰胺正磷酸盐；尿素磷酸铵；三聚氰胺磷酸铵；二甲基甲基膦酸酯的脲盐；甲基膦酸二甲酯的三聚氰胺盐；二甲基氢亚磷酸酯的三聚氰胺盐；多氯联苯；各种烷基二芳基磷酸酯；以及单体氯乙基膦酸酯和高沸点膦酸酯的混合物。
金属氢氧化物阻燃剂包括无机氢氧化物，例如氢氧化铝、氢氧化镁、三水氧化铝(ATH)和羟基碳酸盐。
基于三聚氰胺的阻燃剂为包含以下三种化学基团的非卤代阻燃剂类别：(a)三聚氰胺(2，4，6-三氨基-1，3，5-三嗪)；(b)三聚氰胺衍生物(包括与有机酸或无机酸如硼酸、氰尿酸、磷酸或焦磷酸/多磷酸形成的盐)；以及(c)三聚氰胺同系物。三聚氰胺衍生物包括例如三聚氰胺氰脲酸盐(三聚氰胺和氰尿酸的盐)、三聚氰胺单磷酸盐(三聚氰胺和磷酸的盐)、三聚氰胺焦磷酸盐和三聚氰胺多磷酸盐。三聚氰胺同系物包括蜜白胺(1，3，5-三嗪-2，4，6-三胺-N-(4，6-二氨基-1，3，5-三嗪-2-基))、蜜勒胺(2，5，8-三氨基-1，3，4，6，7，9，9b-七氮杂迫苯并萘)和氰尿酰胺(聚[8-氨基-1，3，4，6，7，9，9b-七氮杂迫苯并萘-2，5-二基)。在上文中描述了其他基于三聚氰胺的阻燃剂化合物。
硼酸盐/酯阻燃剂化合物包括硼酸锌、硼砂(硼酸钠)、硼酸铵和硼酸钙。硼酸锌是具有化学组成xZnOyB2O3zH2O的基于硼的阻燃剂。硼酸锌可单独使用与其他化合物(例如，氧化锑、三水合氧化铝、氢氧化镁或红磷)联合使用。其通过卤化锌或卤氧化锌起作用，加速卤素源分解并促进炭形成。
基于硅的材料包括具有(羟基或甲氧基)或不具有(饱和烃)官能反应基团的线性和支链型硅氧烷。
膦酸衍生物包括膦酸、膦酸的乙二胺盐、四羟甲基氯化和n-甲基二甲基膦酰基丙酰胺。
膨胀物质的实例包括但不限于：多磷酸铵、硼酸、氯化石蜡、二季戊四醇、三聚氰胺、磷酸一铵、季戊四醇、磷酸酯、聚四氟乙烯、三丁氧基乙基磷酸酯、三乙基磷酸酯、三(2-乙基己基)膦酸酯、尿素、二甲苯和硼酸锌。
包含粉末金属的阻燃物质(其可单独使用或与其他阻燃物质组合使用)的实例包括但不限于：氧化镁、氯化镁、滑石、水合氧化铝、氧化锌、硼酸锌、三水合氧化铝、氧化铝镁、硅酸钙、硅酸钠、沸石、氢氧化镁、碳酸钠、碳酸钙、钼酸铵、氧化铁、氧化铜、磷酸锌、氯化锌、粘土、磷酸二氢钠、锡、钼和锌。
可应用于纤维的阻燃物质的实例还包括硼酸、氧化硼、硼酸钙、三水合氧化铝(氢氧化氧化铝)、氧化铝碳酸盐、水合铝、氢氧化铝、氧化锑、三氧化锑、五氧化锑、锑酸钠、碳酸镁、氟钛酸钾、氟锆酸钾、氧化锌、碳酸钙镁-水菱镁矿、八钼酸铵、溴化铵、硫酸铵、碳酸铵、草酸铵、偏硼酸钡、三氧化钼、羟基锡酸锌、钨酸钠、锑酸钠、锡酸钠、铝酸钠、硅酸钠、硫酸氢钠、硼酸铵、碘化铵、锡化合物、氧化钼、锑酸钠、氨基磺酸铵、硅酸铵、季铵氢氧化物、三水氧化铝、四溴双酚A、钛化合物、锆化合物、其他锌化合物(例如锡酸锌和羟基锡酸锌)、二英、二乙基亚磷酸酯、甲胺硼膦酸酯、氰基胍、硫脲、乙基脲、双氰胺和不含卤素的膦酸衍生物。
可使用本领域技术人员已知的应用方法将化学产品添加到纤维中。阻燃剂可以是单一的或者与其他成品化学产品如抗静电剂、润滑剂、粘合剂、抗微生物剂、颜料、防水防油剂、表面活性剂及本领域已知的其他化学助剂组合。按照可使用水或其他溶剂作为用于均匀分散处理的载剂来进行的化学产品应用，将基质离心并干燥。Tintoria-Piana的美国专利第7,736,696号中公开了示例性应用方法，其通过引用整体并入本文。
例如，可使用闭环系统和方法将阻燃化学品应用于纤维。首先将未处理纤维放置在容器如染色机中，所述容器使阻燃化学品循环。阻燃化学品可以是溶液、分散体或乳液的形式。在一些实施方案中，阻燃化学品是水溶液的形式。阻燃化学品溶液、分散体、乳液或其他形式可以处于室温或升高温度下。在大多数实施方案中，阻燃化学品溶液、分散体、乳液或其他形式将处于约4℃至约100℃的温度；在另一些实施方案中处于20℃至50℃下并且在又一些实施方案中处于约室温下。
在阻燃剂组合物被吸收到纤维上和/或中之后，回收未被吸收的阻燃化学品并在后续批次纤维上再使用。在一些实施方案中，阻燃化学品的再使用可发生在用于处理连续批次纤维的同一容器中。或者，可通过以下过程实现回收：将未被吸收的阻燃剂组合物导入到含有附加纤维的第二染色机中，或者通过离心或其他方法提取阻燃剂组合物，或者通过这两种方法的组合。然后可对经处理的纤维进行漂洗和干燥。或者，可在后续的制造阶段中，例如，在与粘合剂纤维混合或形成非织造网之后，或者在已给非织造网打褶之后，将阻燃剂应用于纤维。
关于将阻燃剂应用于莱赛尔纤维(由于其高吸湿性和纤维截面)有利的是，发现可选择阻燃剂以使其基本上渗入整个截面纤维结构，这不同于很多类型的纤维，其中阻燃剂涂覆暴露的表面并且阻燃剂很少或未浸入到纤维芯中。在一个实施方案中，可将多磷酸铵应用于莱赛尔纤维，并且发现其基本上渗入整个莱赛尔纤维的截面。
可使用如本领域中通常已知的用于将纤维源转变成垂直取向的纤维的多种方法之一形成来自经处理纤维的絮垫。例如，可如美国专利第5,702,801号中描述地形成垂直取向的纤维，其通过引用并入本文。在一些实施方案中，可对絮垫材料中垂直取向的纤维的峰进行刷拭或针刺以改善一个峰进入相邻峰的的单根纤维缠结。垂直取向的纤维的相邻峰可以是基本上相同高度的，或者替代地在重复模式中可具有不同的高度。
在一些实施方案中，垂直取向的纤维可以呈如上所讨论的褶的形式。所述褶由交叉铺设的非织造纤维网形成，所述纤维网的厚度在打褶前可小于5毫米(mm)(即，约0.2英寸)并且在另一些实施方案中厚度为约2毫米(即，约2000mm长的用具垫每片或两片可具有约500个褶)。如上文所述，在大多数实施方案中，纤维是0.25英寸至4英寸长。在制造过程中，一旦打褶，可对褶状层进行交叉针刺以提供附加的结构强度。
打褶可提供厚度小于约2英寸的褶状层。当铺设纤维时通过梳理过程，非织造网中大于75％并且在另一些实施方案中大于90％的纤维相对于由例如下层用具垫或缓冲制品定义的平面基本上垂直取向地排列。
如上所述，非织造网或褶状层还可包含粘合剂纤维，其粘合纤维以形成纤维垫。所述粘合剂纤维可以是具有标准聚酯芯(例如，熔点为约250℃的标准聚酯芯)与熔点为约130℃的低熔化温度聚酯包围物的双组分纤维。在制造过程中，可以在高于纤维包围物的熔化温度但低于纤维芯的温度下对非织造网进行热处理以使双组分纤维与经阻燃处理的纤维粘合。打褶之后，可对非织造网进行交叉针刺以提高其强度。任选地，由于纤维的垂直互搭布置，所述褶状层可在制造过程中进行切割。
阻燃剂载量通常取决于阻燃剂的类型，并且载量通常为基于纤维和阻燃剂的总重量的13％至20％。
由于纤维在褶状层中的垂直布置，所以当向缓冲制品(例如，用具垫)施加负载时，层中垂直布置的纤维以弹簧状方式支撑负载，垂直压缩以适应负载的形状而不在相邻区域中展平。实际上，垂直取向的纤维(例如，垂直互搭形成的褶)用交叉针刺充当垂直弹簧以实现褶之间的有限连接但不引起褶在除负载下之外展平。此外，当移去负载时，由于垂直取向的纤维的独立弹簧状性质，所述垂直取向的纤维容易地恢复其形状。
有利的是，垂直取向的纤维(例如，垂直互搭形成的褶)的面密度较低，这可导致更轻的产品以及相应更便宜的制造和运输。
为了可以更容易地理解本公开内容，参考以下实施例，所述实施例旨在说明本发明，但不限制其范围。
实施例
实施例1.在此实施例中，用于生产垂直取向的经阻燃纤维处理的纤维絮垫产品的纤维相当于70％的经多磷酸铵处理的莱赛尔与30％的低熔点共聚物PET粘合剂纤维的混合物。在温度和压力下通过染色浴方法处理经阻燃处理的莱赛尔以将阻燃化学性质不断加载到莱赛尔纤维中。
实施例2.在此实施例中，形成了包含多根基本上垂直取向的经阻燃处理的莱赛尔纤维1的絮垫材料层。实施例1的经阻燃处理的莱赛尔纤维是以70∶30的重量比混合的低分子量聚酯。所使用的莱赛尔纤维为3旦尼尔/长丝(dpf)×2.5英寸的切割长度并用多磷酸铵处理。低熔点共聚物粘合剂纤维为4dpf×2.5”的切割长度。絮垫材料的单位面积重量为1盎司/平方英尺，并根据16CFR第1633部分进行燃烧测试。下表3中示出了三种样品的结果。
表3
以上示出的经阻燃处理的莱赛尔纤维的结果超过16CFR第1633部分中提供的最低要求。例如，根据适用于用具垫的标准，峰值热释放不能超过200千瓦，并且测试的前十分钟内释放的总能量不能超过15兆焦耳。如上表所示，峰值热释放为38千瓦至41千瓦，显著小于200千瓦；并且前十分钟内释放的总能量为4.3到6.7，显著小于15兆焦耳的标准最大值。
实施例3.在此实例中，对经阻燃处理的莱赛尔纤维与未处理莱赛尔纤维的吸湿率进行了比较。通过染色浴方法用多磷酸铵对经阻燃处理的莱赛尔纤维进行处理，漂洗并干燥。将纤维在室温下暴露于55％和98％的相对湿度。结果以图形方式示于图5中。如图所示，经处理纤维与未经处理纤维的吸水性之间没有差别。
本书面说明书使用实施例来公开本发明(包括最佳实施方式)，并且还使本领域技术人员能够实现和使用本发明。本发明可授予专利权的范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其他实施例。如果这些其他实施例的结构元件与权利要求的字面语言没有区别，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质区别的等同结构元件，则这些其他实施例应落在权利要求的范围内。

Claims (29)

1.一种抗燃絮垫材料，包含：
具有顶面和底面的层，所述层包含从所述顶面延伸至所述底面的多根基本上垂直取向的经阻燃处理的纤维；以及
粘合剂材料。
2.根据权利要求1所述的抗燃絮垫材料，其中所述基本上垂直取向的经阻燃处理的纤维是经阻燃处理的莱赛尔纤维。
3.根据权利要求2所述的抗燃絮垫材料，其中所述莱赛尔纤维的平均长度为1.5英寸至3.0英寸。
4.根据权利要求1所述的抗燃絮垫材料，其中所述基本上垂直取向的经阻燃处理的纤维中的纤维选自聚酯、聚烯烃、纤维素纤维、及其混合物。
5.根据权利要求4所述的阻燃絮垫材料，其中所述纤维素纤维包括棉、人造丝、羊毛、天然丝、醋酸纤维、尼龙、莱赛尔、亚麻、苎麻、黄麻、安哥拉山羊毛、洋麻、或其混合物。
6.根据权利要求1所述的抗燃絮垫材料，其中所述抗燃絮垫材料的单位面积重量为5盎司/平方码至18盎司/平方码。
7.根据权利要求1所述的抗燃絮垫材料，其中所述基本上垂直取向的经阻燃处理的纤维的阻燃材料的载量为有效满足16CFR第1633部分(2007)中定义的可燃性标准的量。
8.根据权利要求1所述的抗燃絮垫材料，其中所述基本上垂直取向的经阻燃处理的纤维的阻燃材料包括卤代化合物、含磷化合物、含硫酸盐/酯化合物、金属氢氧化物、硼酸盐/酯、基于硅的化合物、基于三聚氰胺的化合物、膦酸衍生物、膨胀化合物、及其混合物。
9.根据权利要求1所述的抗燃絮垫材料，其中所述絮垫材料的厚度大于0.5英寸而小于或等于3英寸。
10.根据权利要求1所述的抗燃絮垫材料，其中所述基本上垂直取向的经阻燃处理的纤维包括经多磷酸铵处理的莱赛尔纤维。
11.根据权利要求1所述的抗燃絮垫材料，其中所述基本上垂直取向的经阻燃处理的纤维大于所述层的50％。
12.根据权利要求1所述的抗燃絮垫材料，其中从所述顶面延伸至所述底面的所述基本上垂直取向的经阻燃处理的纤维呈褶的形式。
13.根据权利要求1所述的抗燃絮垫材料，其中所述基本上垂直取向的经阻燃处理的纤维包括天然纤维。
14.根据权利要求1所述的抗燃絮垫材料，其中所述天然纤维包括棉并且平均长度为0.5英寸至1.6英寸。
15.一种用具垫，其包含根据权利要求1所述的抗燃絮垫材料。
16.一种使制品防火的方法，包括：
组合包含织物套、絮垫材料层和任选的缝编背衬层的各层，其中所述絮垫材料层包含顶面、底面、从所述顶面延伸至所述底面的多根基本上垂直取向的经阻燃处理的纤维、和粘合剂材料；
将所述层缝合在一起以形成复合物；以及
将所述复合物并入所述制品中。
17.根据权利要求16所述的方法，还包含介于所述絮垫材料层和所述任选的缝编背衬层之间的泡沫层。
18.根据权利要求16所述的方法，其中所述基本上垂直取向的经阻燃处理的纤维中的纤维选自聚酯、聚烯烃、纤维素纤维、及其混合物。
19.根据权利要求16所述的方法，其中所述基本上垂直取向的经阻燃处理的纤维是经阻燃处理的莱赛尔纤维。
20.根据权利要求16所述的方法，其中所述絮垫材料层的厚度为0.5英寸至3.0英寸。
21.根据权利要求16所述的方法，其中所述絮垫材料层的单位面积重量为5盎司/平方码至18盎司/平方码。
22.根据权利要求16所述的方法，其中所述复合物是缝制的。
23.根据权利要求16所述的方法，其中所述基本上垂直取向的经阻燃处理的纤维中的纤维的平均长度为0.5英寸至3.0英寸。
24.根据权利要求16所述的方法，其中所述基本上垂直取向的经阻燃处理的纤维的阻燃材料包括卤代化合物、含磷化合物、金属氢氧化物、硼酸盐/酯、基于硅的化合物、基于三聚氰胺的化合物、膦酸衍生物、膨胀化合物、及其混合物。
25.根据权利要求16所述的方法，其中所述基本上垂直取向的经阻燃处理的纤维中和/或上的阻燃材料的载量为有效满足16CFR第1633部分(2007)中定义的可燃性标准的量。
26.根据权利要求16所述的方法，其中所述基本上垂直取向的经阻燃处理的纤维大于所述层的50％。
27.根据权利要求16所述的方法，其中所述粘合剂材料是包围物熔点小于130℃的双组分聚酯。
28.根据权利要求16所述的方法，其中经阻燃处理的莱赛尔纤维包含多磷酸铵。
29.根据权利要求16所述的方法，其中从所述顶面延伸至所述底面的多根基本上垂直取向的经阻燃处理的纤维呈褶的形式。
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