專利名稱：層狀高膨松性耐火棉胎、含所述棉胎的制品及其制備方法
背景技術(shù)：
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于制品比如床墊防火的層狀高膨松性耐火棉胎以及制備所述棉胎的方法和制品防火的方法。采用了本發(fā)明的高膨松性防火棉胎的床墊套裝在燃燒時(shí)，根據(jù)2003年7月修訂的Technical Bulletin603 of the State of California進(jìn)行測(cè)試，在30分鐘內(nèi)峰值放熱速率小于200千瓦，在10分鐘內(nèi)總放熱量小于25兆焦耳。
2、相關(guān)技術(shù)描述為了設(shè)法減少在住宅、旅館和公共設(shè)施火災(zāi)中喪生的人數(shù)，加利福利亞州已經(jīng)開始控制和降低床墊和床墊套裝的可燃性。具體而言，加利福利亞州的Bureau of Home Furnishings and Thermal Insulationof the Department of Consumer Affairs發(fā)布了Technical Bulletin 603“Requirements and Test Procedure for Resistance of a ResidentialMattress/Box Spring Set to a Large Open-Flame”，以對(duì)床墊套裝的可燃性性能進(jìn)行量化。
正常情況下，床墊含有床墊芯，床墊芯上覆蓋著緩沖材料或者棉胎，緩沖材料或棉胎進(jìn)而又覆蓋有外層織物套。大多數(shù)緩沖材料或者棉胎由當(dāng)暴露于明火中時(shí)將會(huì)燃燒的泡沫或者纖維材料制成。在Blaustein等的美國(guó)專利No.4750443中公開了一種可用于泡沫緩沖墊尤其是飛機(jī)座椅防火的方法，其中在座椅的罩層織物下采用了三至七層防火織物將泡沫封裝起來(lái)。為了達(dá)到飛機(jī)座椅可燃性測(cè)試方法所需的程度，這些防火緩沖墊經(jīng)受噴到其上的噴射火焰，防止整個(gè)緩沖墊被火焰吞噬或者在移開噴射火焰后繼續(xù)燃燒。當(dāng)應(yīng)用到床墊中時(shí)，在套子下面采用多個(gè)防火層可能使剛性增加或者限制床墊芯的彈性，從而影響整體的舒適度。即使單層防火織物也可能使棉胎材料受到限制和影響床墊的緩沖性。所以，需要的是不需要結(jié)合另外的防火層的解決方案。具體而言，需要的是也可以作為床墊或者帶有裝飾物的制品的防火物的棉胎材料。
纖維，比如對(duì)芳族聚酰胺是非常有用的防火織物，但是這些纖維有天然的金色，這種顏色在由大量這些纖維制成的織物中會(huì)顯示出來(lái)。對(duì)芳族聚酰胺的天然金色透過(guò)正常情況下為白色或者淺色或者灰白色的床墊外套顯示出來(lái)，或者透過(guò)家具的外面裝飾性罩層織物顯示出來(lái)，都是不理想的。所以，需要的是高膨松性防火棉胎，該棉胎結(jié)合有耐熱纖維，其中耐熱纖維的顏色被該高膨松性防火床墊的其它纖維掩蓋，同時(shí)仍然滿足重要的防火性要求。
PCT公開WO 03/023108公開了用于床墊和帶有裝飾物的家具的非織造型高膨松性防火物。這些防火物密度非常低，每立方米為5-50千克，最優(yōu)選每立方米7.5千克。優(yōu)選的非織造型高膨松性防火物包括纖維混合物，該纖維混合物包括具有固有防火性并能抵抗由于直接火焰導(dǎo)致收縮的纖維，和用鹵化單體制成的聚合物制成的纖維。
美國(guó)專利No.6132476、6547835和5609950公開了具有固有防火性的纖維和耐火性提高的纖維素纖維的織物混合物；該織物可以包含另外加入的防火物，例如，以染色步驟中的添加劑形式。由于無(wú)機(jī)材料的含量低，所以在這些參考文獻(xiàn)中公開的防火性纖維素纖維當(dāng)暴露到高溫下時(shí)，不能保留其重量的足量百分比。
美國(guó)專利No.6579396和6383623公開了由非熱塑性纖維和熱塑性粘合劑材料制成的、密度為0.1-3.0磅/立方英尺的高溫絕熱材料。粘合劑材料完全熔融，液化的熱塑性材料假設(shè)在表面張力的作用下集中到非熱塑性纖維匯集的位點(diǎn)處，在冷卻時(shí)形成結(jié)點(diǎn)，這和套-芯式粘合劑纖維不同，后者可以將許多纖維沿著粘合劑纖維的長(zhǎng)度方向結(jié)合到粘合劑纖維上，并在加熱后保留熱塑性材料芯。
美國(guó)專利No.4199642公開了80-98％的聚酯纖維填料和2-20％合成有機(jī)絲狀材料的緊密混合物。所述有機(jī)絲狀材料可以是聚(對(duì)亞苯基對(duì)苯二酰胺)或者防火性人造絲。
美國(guó)專利No.5578368公開了防火性材料，含有纖維填料毛層和至少一個(gè)芳族聚酰胺纖維防火層。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及高膨松性防火棉胎和含有所述棉胎的制品，比如床墊；該棉胎包括基層和彈性層，基層含有10-30重量份耐熱纖維、35-55重量份纖維素纖維、和15-25重量份粘合劑材料，其中所述纖維素纖維當(dāng)在空氣中以每分鐘20℃的速率加熱到700℃時(shí)至少保留其纖維重量的10％；所述彈性層含有0-50重量份改良丙烯酸纖維、50-85重量份的聚酯纖維、和15-25重量份的粘合劑材料。基于基層和彈性層的總重量，該基層占棉胎的20-70重量份，彈性層占棉胎的80-30重量份，棉胎的總厚度是1.25厘米(0.5英寸)或更大。
本發(fā)明還涉及制備高膨松性防火棉胎的方法，包括下列步驟a)形成基層纖維混合物，包括10-30重量份耐火纖維、35-55重量份纖維素纖維、和15-25重量份粘合劑纖維，其中所述纖維素纖維當(dāng)在空氣中以每分鐘20℃的速率加熱到700℃時(shí)至少保留其纖維重量的10％；b)形成彈性層纖維混合物，包括0-50重量份改良丙烯酸纖維、50-85重量份的聚酯纖維、和15-25重量份的粘合劑纖維；c)形成總厚度為至少1.25厘米(0.5英寸)的層狀毛層，其中一層含有所述基層纖維混合物，另一層含有所述彈性層纖維混合物；和d)加熱所述層狀毛層，以使粘合劑纖維活化和形成高膨松性棉胎。
任選地，可以將高膨松性棉胎的一部分循環(huán)利用到基層纖維混合物中。
本發(fā)明進(jìn)一步涉及結(jié)合有層狀高膨松性防火棉胎的防火被褥以及制品防火的方法，包括下列步驟a)將織物褥罩或者裝飾物層、高膨松性棉胎、以及任選的縫合襯里層組合在一起，所述高膨松性棉胎包括包括10-30重量份耐熱纖維、35-55重量份纖維素纖維和15-25重量份粘合劑材料的基層，所述纖維素纖維當(dāng)在空氣中以每分鐘20℃的速率加熱到700℃時(shí)至少保留其纖維重量的10％；和含有0-50重量份改良丙烯酸纖維、50-85重量份聚酯纖維、和15-25重量份粘合劑材料的彈性層；基于基層和彈性層的總重量，該基層占棉胎的20-70重量份，彈性層占棉胎的80-30重量份，棉胎的總厚度至少是1.25厘米(0.5英寸)，b)將所述層縫制在一起，形成防火被褥或者裝飾織物，和c)將防火被褥或者裝飾織物結(jié)合到制品中。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明涉及層狀高膨松性防火棉胎以及含所述棉胎的制品，比如床墊。棉胎包括一起作用以形成防火材料的基層和彈性層。基層包括10-30重量份耐熱纖維、35-55重量份纖維素纖維和15-25重量份粘合劑材料，其中所述纖維素纖維當(dāng)在空氣中以每分鐘20℃的速率加熱到700℃時(shí)至少保留其纖維重量的10％；彈性層包括0-50重量份改良丙烯酸纖維、50-85重量份的聚酯纖維、和15-25重量份的粘合劑材料。在所述層狀高膨松性棉胎中，基于基層和彈性層的總重量，基層的含量是20-70重量份，彈性層的含量是80-30重量份。
本發(fā)明的高膨松性棉胎的總厚度是1.25厘米(0.5英寸)或以上。盡管對(duì)棉胎的可能厚度并沒(méi)有真正的限制，但是對(duì)于許多典型應(yīng)用而言，所述高膨松性棉胎的厚度無(wú)需大于7.6cm(3英寸)，而且對(duì)于許多床墊應(yīng)用而言小于5cm(2英寸)是極其有用的。本發(fā)明的層狀棉胎優(yōu)選的基礎(chǔ)重量為每平方碼8-12盎司。基于組合層的總重量和厚度，棉胎也具有5.3-32千克每立方米(0.33-2.0磅每立方英尺)的優(yōu)選復(fù)合密度。一般而言，更致密的棉胎并不具有對(duì)于在床墊和其它制品中用作緩沖層而言所需的彈性。不認(rèn)為比所需范圍薄或者致密性差的棉胎會(huì)提供所需的緩沖量。
層狀高膨松性棉胎的基層含有10-30重量份的耐熱纖維、35-55重量份纖維素纖維和15-25重量份粘合劑材料，其中所述纖維素纖維當(dāng)在空氣中以每分鐘20℃的速率加熱到700℃時(shí)至少保留其纖維重量的10％。優(yōu)選地，耐熱纖維的含量是20-30重量份，纖維素纖維的含量是40-50重量份。基層提供了在火焰中形成炭并維持完整性的致密結(jié)構(gòu)。
“耐熱纖維”是指當(dāng)以每分鐘20℃的速率在空氣中加熱到500℃時(shí)優(yōu)選保留其90％纖維重量的纖維。這種纖維正常情況下具有防火性，是指由具有如下極限氧指數(shù)(LOI)的纖維制備的纖維或織物所述極限氧指數(shù)使得所述纖維或織物在空氣中不能為火焰提供支持，優(yōu)選的LOI范圍是大約26或以上。優(yōu)選的纖維當(dāng)暴露于火焰中時(shí)，不會(huì)過(guò)分收縮，也即，當(dāng)暴露于火焰中時(shí)纖維長(zhǎng)度并不明顯縮短。含有當(dāng)在空氣中以每分鐘20℃的速率加熱到500℃時(shí)保留90％纖維重量的有機(jī)纖維的織物，當(dāng)被撲面而來(lái)的火焰燃燒時(shí)，往往出現(xiàn)有限量的裂紋和開口，這對(duì)于織物作為防火物的性能而言很重要。
可用于本發(fā)明的非織造型防火織物的耐熱穩(wěn)定纖維包括由對(duì)芳族聚酰胺、聚吲哚、聚苯并咪唑和聚酰亞胺聚合物制備的纖維。優(yōu)選的耐熱纖維是由芳族聚酰胺聚合物，尤其是對(duì)芳族聚酰胺聚合物制備的耐熱纖維。
本文使用的“芳族聚酰胺”是指其中至少85％的酰胺(-CONH-)鍵直接連接到兩個(gè)芳環(huán)上的聚酰胺。“對(duì)芳族聚酰胺”是指兩個(gè)環(huán)或者基團(tuán)沿著分子鏈互相對(duì)位取向?？梢院头甲寰埘０芬黄鹗褂锰砑觿?shí)際上，發(fā)現(xiàn)多達(dá)10重量％的其它聚合物材料可以和芳族聚酰胺混合，或者可以采用用多達(dá)10重量％的其它二胺取代芳族聚酰胺中的二胺的共聚物或者用多達(dá)10重量％的其它二?；热〈甲寰埘０分械亩；鹊墓簿畚?。在本發(fā)明的實(shí)踐中，優(yōu)選的對(duì)芳族聚酰胺是聚(對(duì)亞苯基對(duì)苯二酰胺)。在例如美國(guó)專利No.3869430、3869429和3767756中，一般性地公開了可用于本發(fā)明的對(duì)芳族聚酰胺的制備方法。這些芳族聚酰胺有機(jī)纖維和這些纖維的各種形式可得自DupontCompany，Wilmington，Delware，商標(biāo)為Kevlar纖維。
可用于本發(fā)明的商業(yè)可得的聚吲哚包括可得自Toyobo，Japan的ZylonPBO-AS(聚(對(duì)亞苯基-2，6-苯并二唑)纖維、ZylonPBO-HM(聚(對(duì)亞苯基-2，6-苯并二唑))纖維?？捎糜诒景l(fā)明的商業(yè)可得的聚苯并咪唑纖維包括可得自Celanese Acetate LLC的PBI纖維?？捎糜诒景l(fā)明的商業(yè)可得的聚酰亞胺纖維包括可得自LaPlaceChemical的P-84纖維。
層狀高膨松性棉胎的基層還包括35-55重量份的纖維素纖維，該纖維素纖維當(dāng)在空氣中以每分鐘20℃的速率加熱到700℃時(shí)保留至少10％的其纖維重量。這些纖維被稱為成炭纖維。用于本發(fā)明復(fù)合物的纖維素纖維優(yōu)選是纖維中結(jié)合了10重量％無(wú)機(jī)化合物的再生纖維素纖維。這種纖維和其制備方法一般性地公開在美國(guó)專利No.3565749和英國(guó)專利No.1064271中。對(duì)本發(fā)明而言，優(yōu)選的成炭再生纖維素纖維是含有二氧化硅的粘膠纖維，所述二氧化硅是具有硅酸鋁位點(diǎn)的聚硅酸形式。這種纖維和其制備方法一般性地公開在美國(guó)專利No.5417752和PCT專利申請(qǐng)WO9217629中。含有硅酸并具有大約31(+/-3)％無(wú)機(jī)材料的粘膠纖維由Sateri Oy Company of Finland銷售，商標(biāo)名為Visil。
層狀高膨松性棉胎的夾層還含有15-25重量份的粘合劑材料。優(yōu)選的粘合劑材料是通過(guò)施加熱量而活化的粘合劑纖維。這些粘合劑纖維通常由在比纖維摻合物中任何其它切段纖維的軟化點(diǎn)低的溫度下流動(dòng)(即，具有更低的軟化點(diǎn))的熱塑性材料制備。套/芯式雙組分纖維作為粘合劑纖維而言是優(yōu)選的，尤其是如下的雙組分粘合劑纖維具有聚酯均聚物的芯和共聚酯的套，所述共聚酯是粘合劑材料，比如通常可得自Unitika Co.，Japan的那些(例如，商標(biāo)名為MELTY)。有用的粘合劑纖維類型可以包括由聚丙烯、聚乙烯、或者聚酯聚合物或共聚物制備的那些，僅僅含有所述聚合物或者共聚物的纖維，或者是具有并排構(gòu)造或者套/芯構(gòu)造的雙組分纖維。
層狀高膨松性棉胎的彈性層含有0-50重量份的改良丙烯酸纖維、50-85重量份的聚酯纖維、和15-25重量份的粘合劑材料。彈性層優(yōu)選用作層狀高彈性棉胎的外層，提供了在火焰中犧牲性地熔化并任選放出氣體來(lái)抑制火焰的彈性結(jié)構(gòu)。彈性層通常是白色或者淺色，還優(yōu)選地屏蔽基層的任何著色。
彈性層含有50-85重量份的聚酯纖維，以為層狀棉胎提供彈性。如果采用的多于85重量份的聚酯纖維，相信棉胎會(huì)變得過(guò)分易燃而不能用于防火物中。聚酯纖維是本領(lǐng)域公知的，可以從許多來(lái)源獲取。優(yōu)選的聚酯纖維由聚(對(duì)苯二甲酸乙二酯)(PET)聚合物制成。但是，可以采用其它的聚酯，比如聚酯聚合物與聚(對(duì)苯二甲酸丙二酯)、聚(對(duì)苯二甲酸丁二酯)、聚(1，4-環(huán)亞己基-二亞甲基對(duì)苯二甲酸酯)的單體和其共聚物和混合物的均聚物、共聚物、三聚物和摻合物等。可用于本發(fā)明的一種類型的PET纖維可得自Invista，Inc.OfWilmington，Delaware，商標(biāo)名為DACRONType 808單空中空纖維，線密度為7.2分特/絲(6.5旦尼爾/絲)，切斷長(zhǎng)度為3.8cm(1.5英寸)。
彈性層還含有15-25重量份粘合劑材料。和在基層中一樣，優(yōu)選的粘合劑材料是通過(guò)施加熱量活化的粘合劑纖維。一般而言，同樣的粘合劑可用于彈性層和基層中。但是，并不要求如此。
彈性層任選地還含有0-50重量份的改良丙烯酸纖維。由于改良丙烯酸纖維在燃燒時(shí)釋放出抑制火焰的含鹵氣體，所以可用于棉胎的外層。改良丙烯酸纖維是指由包括丙烯腈的聚合物制成的丙烯酸合成纖維。優(yōu)選地，聚合物是含有30-70重量％的丙烯腈和70-30重量％的含鹵素的乙烯基單體的共聚物。含鹵素的乙烯基單體是選自例如氯乙烯、偏氯乙烯、溴乙烯、偏溴乙烯等的至少一種單體?？晒簿鄣囊蚁┗鶈误w的例子是丙烯酸、甲基丙烯酸、所述酸的鹽或酯、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、和乙酸乙烯酯等。
用于本發(fā)明的優(yōu)選改良丙烯酸纖維是丙烯腈和偏氨乙烯的共聚物，該共聚物另外具有一種或多種銻氧化物以改善阻燃性。這種有用的改良丙烯酸纖維包括但不限于在美國(guó)專利No.3193602中公開的具有2重量％三氧化銻的纖維、在美國(guó)專利No.3748302中公開的具有含量至少為2重量％并優(yōu)選不大于8重量％的各種銻氧化物的纖維、和在美國(guó)專利No.5208105和5506042中公開的具有8-40重量％的銻化合物的纖維。優(yōu)選的改良丙烯酸纖維是可得自Kaneka Corporation，Japan的Protex C，據(jù)稱該纖維含有10-15重量的銻氧化物，但是也可以采用具有更少銻氧化物(6重量％或以下)的纖維。
在層狀高膨松性棉胎中，基于基層和彈性層的總重量，基層的含量是20-70重量份，彈性層的含量是80-30重量份。優(yōu)選的，基層含量為40-55重量份，彈性層含量為60-45重量份。
本發(fā)明還涉及制備高膨松性防火棉胎的方法，包括下列步驟a)形成基層纖維混合物，該混合物包括10-30重量份耐熱纖維、35-55重量份纖維素纖維和15-25重量份粘合劑材料，所述纖維素纖維當(dāng)在空氣中以每分鐘20℃的速率加熱到700℃時(shí)至少保留其纖維重量的10％；b)形成彈性層纖維混合物，該混合物包括0-50重量份改良丙烯酸纖維、50-85重量份聚酯纖維和15-25重量份粘合劑材料的彈性層；c)形成總厚度至少為1.25厘米(0.5英寸)的層狀毛層，其中一層含有基層纖維混合物，另一側(cè)含有彈性層纖維混合物；和d)加熱所述層狀毛層，以激活粘合劑纖維并形成高膨松性棉胎。
纖維混合物和層狀毛層可以由能夠形成低密度網(wǎng)幅的任何方法形成。例如，從大捆纖維中獲取的卷曲的切段纖維和粘合劑纖維的簇，可以用設(shè)備比如清棉機(jī)打開。優(yōu)選的，這些纖維是線密度為大約0.55-大約110分特每絲(0.5-100旦尼爾每絲)、優(yōu)選0.88-56分特/絲(0.8-50旦尼爾/絲)、最優(yōu)選約1-33分特/絲(0.9-30旦尼爾/絲)的切段纖維。一般而言，該纖維的切斷長(zhǎng)度為大約1.3cm-10.2cm(0.5-4英寸)，優(yōu)選的卷曲頻率為大約2.4-5.9卷每厘米(6-大約15卷/英寸)。
打開的纖維混合物隨后可以通過(guò)任何可得的方法比如空氣輸送摻混以形成更加均勻的混合物?？商鎿Q地，可以在在清棉機(jī)中打開纖維之前將纖維摻混以形成均勻的混合物。隨后，可以將纖維的摻混物通過(guò)設(shè)備比如梳理機(jī)轉(zhuǎn)化為纖維網(wǎng)幅，但是可以采用其它方法，比如纖維的氣流成網(wǎng)法。隨后，可以將纖維網(wǎng)幅經(jīng)由傳輸機(jī)送到設(shè)備比如交叉鋪網(wǎng)機(jī)中，通過(guò)將單個(gè)網(wǎng)幅按照鋸齒結(jié)構(gòu)一個(gè)接一個(gè)的鋪層，從而形成高膨松性的交叉鋪網(wǎng)結(jié)構(gòu)?？刂评w維打開和交叉鋪網(wǎng)的速率，以產(chǎn)生所需高度的高膨松性交叉鋪網(wǎng)結(jié)構(gòu)?？捎糜讷@得交叉鋪網(wǎng)結(jié)構(gòu)的代表性方法，包括用于在帶上或者皮圈上交叉鋪網(wǎng)通過(guò)氣流成網(wǎng)或者其它方式形成的網(wǎng)幅的方法，是本領(lǐng)域公知的，一般性地公開在Manns的美國(guó)專利3558029、Asselin等的3877628、Freund的4984772、Jourde等的6195844、和Jowett的英國(guó)專利1527230中。
為了創(chuàng)建本發(fā)明的多層高膨松性棉胎，可以制備兩個(gè)或多個(gè)高膨松性的、具有不同組成、優(yōu)選是上述基層和彈性層的組合物的結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)可以同時(shí)或者順序制備，然后一個(gè)接一個(gè)地堆疊在傳輸機(jī)或帶上。隨后，通過(guò)施加熱量，優(yōu)選通過(guò)采用加熱烘箱，來(lái)激活粘合劑材料，以使該層狀高膨松性網(wǎng)幅棉胎固化，優(yōu)選不壓縮棉胎。隨后，高膨松性棉胎冷卻以使粘合劑材料固化。
在優(yōu)選方法中，層狀高膨松性棉胎的邊緣隨后經(jīng)過(guò)修剪以提供寬度均勻的棉胎。高膨松性棉胎被修剪的部分隨后循環(huán)回到方法中，優(yōu)選通過(guò)清棉機(jī)對(duì)該材料進(jìn)行處理，該清棉機(jī)將修剪的邊緣分隔成單個(gè)的纖維。該循環(huán)利用的部分含有來(lái)自基層和彈性層兩者的纖維，所以為了維持彈性層的顏色一致性，優(yōu)選將該循環(huán)利用部分加到基層中。但是，由于基層為層狀棉胎提供在火焰中的完整性，而該循環(huán)利用的材料含有可燃性的纖維，所以循環(huán)利用的材料在基層中的加入量必須限制。優(yōu)選地，循環(huán)到基片中的總量小于基片總重量的大約25重量％。優(yōu)選地，通過(guò)該循環(huán)利用方法，基層可以另外地含有占基層多達(dá)15重量份的聚酯纖維和占基層多達(dá)5重量份的改良丙烯酸纖維。
本發(fā)明還包括含有本文所述層狀高膨松性棉胎的防火制品。優(yōu)選地，該制品是含有被褥嵌料(quilt panel)的床墊，所述被褥嵌料結(jié)合有本發(fā)明的高膨松性網(wǎng)幅棉胎。床墊被褥嵌料可以通過(guò)將褥罩織物層、一層或多層本發(fā)明的層狀高膨松性棉胎、任選的泡沫、以及需要時(shí)的紗布襯里(scrim backing)組合在一起制備，其中所述紗布襯里用在床墊被褥的面向床墊內(nèi)部的一側(cè)上。
褥罩織物正常情況下是采用了任何數(shù)量織紋(weave)的耐久性極強(qiáng)的織造或者編織織物，往往基礎(chǔ)重量為2-8盎司每平方碼(68-271克每平方米)。通常的褥罩織物可以含有但不限于棉花、聚酯纖維或者人造絲纖維。泡沫通常是聚氨酯泡沫。紗布襯里通常是0.5-1盎司/平方碼的非織造(一般是紡粘的)織物。床墊被褥嵌料的層可以通過(guò)用線縫合的縫線牢固地結(jié)合在一起。
本發(fā)明的層狀高膨松性棉胎可以作為防火層結(jié)合到床墊、底座、和/或彈簧床墊中。例如，床墊、底座和/或彈簧床墊的嵌料和滾邊可以采用前述的床墊被褥嵌料或者結(jié)合了本發(fā)明的層狀高膨松性棉胎作為部件的其它變體?？梢杂梅欠阑鹦缘木€進(jìn)行縫合，但是，對(duì)于縫合尤其是縫合床墊、底座和/或彈簧床墊的滾邊而言，優(yōu)選防火性的線，比如Kevlar芳族聚酰胺纖維制成的線。
本發(fā)明進(jìn)一步涉及制品防火的方法，包括下列步驟a)將織物褥罩或者裝飾物、高膨松性棉胎、和任選的縫合襯里(stitch backing)層組合在一起，所述高膨松性棉胎包括基層和彈性層，所述基層包括10-30重量份耐熱纖維、35-55重量份纖維素纖維和15-25重量份粘合劑材料，所述纖維素纖維當(dāng)在空氣中以每分鐘20℃的速率加熱到700℃時(shí)至少保留其纖維重量的10％；所述彈性層包括0-50重量份改良丙烯酸纖維、50-85重量份聚酯纖維和15-25重量份粘合劑材料的彈性層；基于所述基層和彈性層的總重量，所述基層占棉胎的20-70重量份，所述彈性層占棉胎的80-30重量份，所述棉胎的總厚度為至少1.25厘米(0.5英寸)，b)將所述層縫制在一起，以形成防火被褥或者裝飾性織物，和c)將所述防火被褥或者裝飾性織物結(jié)合到制品中。
測(cè)試方法熱重分析。用于本發(fā)明的纖維當(dāng)以特定加熱速率加熱到高溫時(shí)保留部分的纖維重量。該纖維重量采用得自TA Instruments(WatersCorporation的分公司)，Newark，Delware的Model 2950熱重分析儀進(jìn)行測(cè)量。TGA給出溫度升高和試樣重量損失的關(guān)系曲線。采用TAUniversal Analysis程序，可以在任何記錄的溫度測(cè)量重量百分比損失。程序方案由以下構(gòu)成將試樣在50℃平衡；以10-20℃/分從50℃升溫到1000℃；采用空氣作為氣體，以10ml/分鐘供應(yīng)；和采用500微升的陶瓷杯狀(PN952018.910)試樣容器。
測(cè)試程序如下。采用TGA屏幕在TA Systems 2900控制器上對(duì)TGA進(jìn)行編程。輸入試樣ID，選擇計(jì)劃好的20℃/分的升溫程序。利用該儀器的皮重功能對(duì)該空試樣杯進(jìn)行皮重處理。將纖維試樣切成大約1/16”(0.16cm)長(zhǎng)度，用該試樣松散填充試樣盤。試樣重量應(yīng)該為10-50mg。TGA具有秤，所以無(wú)需預(yù)先確定精確重量。不應(yīng)有試樣落在盤的外面。將填充的試樣盤加載到秤絲(balance wire)上，確保熱電偶靠近該盤的頂邊但不接觸。將爐子上升到該盤的上方，啟動(dòng)TGA。一旦程序完成，TGA將自動(dòng)使?fàn)t子下降、取出試樣盤、并進(jìn)入冷卻模式。隨后，采用TA Systems 2900 Universal Analysis程序分析和生成在溫度范圍內(nèi)的重量損失百分比曲線。
厚度。可以采用ASTM D5736-95(2001年的再次通過(guò)版本)測(cè)量層狀棉胎的厚度。
床墊燃燒性能。Bureau of Home Furnishings and ThermalInsulation of the Department of Consumer Affairs of the State ofCalifornia(3485 Orange Grove Avenue，North Highlands，California95660-5595，USA)公布了Technical Bulletin 603“Requirements andTest Procedure for Resistance of a Residential Mattress/Box Spring Setto a Large Open-Flame”，載明的日期為2003年2月，用以定量化床墊套裝的易燃性性能。該公布隨后在2003年7月進(jìn)行了修訂，要求峰值放熱速率(PHRR)的極限值小于200千瓦，10分鐘的總放熱極限值小于25兆焦耳。該協(xié)議提供了確定床墊/底座燃燒行為的方法，即通過(guò)將床墊和底座在通風(fēng)良好的條件下暴露到特定的點(diǎn)火源時(shí)測(cè)量特定的燃燒測(cè)試響應(yīng)。該協(xié)議基于載明日期為2003年2月的NationalInstitute of Standards and Technology Publication的標(biāo)題為“Protocol ofTesting Mattress/Foundation Sets Using a Pair of Gas Burners”。
獲得了描述下列燃燒的測(cè)試數(shù)據(jù)在施加特定的煤氣燃燒器對(duì)的過(guò)程期間和之后，從點(diǎn)火點(diǎn)直到(1)該睡覺(jué)套裝的燃燒完全終止，(2)過(guò)去了30分鐘，或者(3)測(cè)試屋中不可避免地出現(xiàn)飛弧。通過(guò)氧消耗量熱法測(cè)量了從正在燃燒的測(cè)試試件釋放熱量(燃燒產(chǎn)生的能量)的速率。在ASTM E 1590“Standard Test Method of Fire Testing ofMattresses”中有對(duì)原理、限制和必要測(cè)試儀器的討論。在ASTM E 176“Standard Terminology of Fire Standards”中定義了和該測(cè)試相關(guān)的術(shù)語(yǔ)。
一般而言，測(cè)試協(xié)議采用了一對(duì)丙烷燃燒器，該丙烷燃燒器經(jīng)設(shè)計(jì)來(lái)模仿通過(guò)燃燒床布在床墊和底座上施加的熱流量水平和持續(xù)時(shí)間。燃燒器在床墊頂部和床墊/底座側(cè)面施加不同時(shí)間的不同流量。在該暴露期間和之后，測(cè)量從測(cè)試試件散熱的時(shí)間相關(guān)性速率。
將床墊/底座置于短床架的頂部，該床架設(shè)置在制動(dòng)表面上(catchsurface)。在測(cè)試期間，由用以測(cè)量放熱速率的捕捉器捕獲煙縷。從實(shí)用性考慮，測(cè)量了雙人(twin-sized)床墊和底座。在由燃燒器點(diǎn)火后，讓試樣在良好通風(fēng)的條件下自由燃燒。
測(cè)試試件包括放置在底座上的床墊，該底座具有T型燃燒器組來(lái)燃燒試件。一個(gè)燃燒器將火焰對(duì)準(zhǔn)床墊的頂表面，設(shè)置成距離床墊的所述表面39mm。第二燃燒器將火焰垂直對(duì)準(zhǔn)床墊/底座組合的側(cè)面，設(shè)置成距離試件的所述側(cè)面42mm。側(cè)燃燒器和頂燃燒器并沒(méi)有在沿著試件長(zhǎng)度方向上設(shè)置在相同的位置，而是在沿著長(zhǎng)度上相距大約18-20cm。針對(duì)該測(cè)試方法特別構(gòu)造了該燃燒器并進(jìn)行了校準(zhǔn)。
測(cè)試試件在測(cè)試前，在高于12℃(54)的環(huán)境溫度和小于70％的相對(duì)濕度下調(diào)制24小時(shí)。床墊和底座的測(cè)試試件互相對(duì)中，并在床架和制動(dòng)表面居中。如果床墊比底座窄1-2cm，則床墊可以移動(dòng)直到床墊和底座的側(cè)面垂直對(duì)齊為止。按照標(biāo)準(zhǔn)將燃燒器校準(zhǔn)并和試件間隔一定距離。在點(diǎn)火之前的至少一分鐘時(shí)，打開數(shù)據(jù)記錄和檢測(cè)設(shè)備。燃燒器點(diǎn)火，讓頂燃燒器燃燒70秒，而讓側(cè)燃燒器燃燒50秒(如果可行)，然后將燃燒器從該區(qū)域中移開。持續(xù)收集數(shù)據(jù)，直到所有的燃燒和陰燒信號(hào)都停止為止或者過(guò)了一小時(shí)為止。
實(shí)施例制備具有基層和彈性層的兩層高膨松性棉胎，采用熔融溫度為120℃的、共聚物PET套/PET芯粘合劑纖維將兩層中的纖維固定就位。采用常規(guī)梳理生產(chǎn)線(carding lines)/扯松機(jī)和交叉鋪網(wǎng)機(jī)打開和摻混纖維，形成各個(gè)高膨松性棉胎層，將這些層組合在一起并采用燃?xì)夂嫦錈峁袒ｋS后，使高膨松性棉胎冷卻。一部分該高膨松性棉胎循環(huán)回到梳理機(jī)中，來(lái)自該循環(huán)部分的纖維成為基層的一部分。基層除了該循環(huán)材料以外，含有單絲旦尼爾為2.2dpf、平均切斷長(zhǎng)度為2英寸的型號(hào)為970Kevlar的芳族聚酰胺纖維(得自DuPont)、單絲旦尼爾為3.5dpf、平均切斷長(zhǎng)度為50mm的型號(hào)為33AP Visil纖維素纖維(得自Sateri)、和單絲旦尼爾為4dpf、平均切斷長(zhǎng)度為51mm的粘合劑纖維(得自Nan Ya)。彈性層具有單絲旦尼爾為15dpf、平均切斷長(zhǎng)度為64mm的PET聚酯纖維(得自KG)、單絲旦尼爾為7dpf、平均切斷長(zhǎng)度為51mm的Protex C改良丙烯酸纖維(得自Kaneka)以及和基層相同的粘合劑纖維。
下表中給出了測(cè)試項(xiàng)、纖維摻混重量比、基層和頂層的基礎(chǔ)重量。這些項(xiàng)的厚度為大約2.5-3.8cm(1-1.5英寸)。
表

循環(huán)部分的組成20％粘合劑、15％Kevlar、25％Visil、25％的改良丙烯酸、15％PET隨后，對(duì)該高膨松性棉胎在單面和雙面床墊中的明火測(cè)試協(xié)議TB603進(jìn)行測(cè)試。
制備四個(gè)單面床墊進(jìn)行測(cè)試。兩個(gè)床墊在頂部嵌料上的褥罩下方結(jié)合了第1項(xiàng)，兩個(gè)床墊在頂部嵌料上的褥罩下方結(jié)合了第3項(xiàng)。所有四個(gè)床墊的床墊滾邊都采用了包括兩個(gè)射流噴網(wǎng)織物層作為防火物的織物；一個(gè)射流噴網(wǎng)層的基礎(chǔ)重量為2.5盎司/平方碼，包括Kevlar芳族聚酰胺纖維和Visil纖維素纖維的50/50％混合物。另一射流噴網(wǎng)層的基礎(chǔ)重量為4.0盎司/平方碼，包括Visil纖維和Protex C改良丙烯酸纖維的33％/67％混合物。在底座的滾邊中采用了相同的防火物。在底座嵌料上采用的防火物是單層射流噴網(wǎng)層，該噴網(wǎng)層的基礎(chǔ)重量為4.0盎司/平方碼，包括Kevlar芳族聚酰胺纖維和Visil纖維素纖維的25％/75％混合物。
同樣制備了四個(gè)雙面床墊進(jìn)行測(cè)試。它們的制備和單面床墊相同，不同之處在于在兩個(gè)床墊中結(jié)合了第1項(xiàng)，兩個(gè)床墊中結(jié)合了第4項(xiàng)，并且由于這些床墊是雙面床墊，所以在床墊的兩個(gè)嵌料中都結(jié)合了所述高膨松性層狀棉胎。所有其它材料都相同。
在測(cè)試時(shí)，所有床墊在30分鐘內(nèi)的峰值放熱速率小于200千瓦，在10分鐘內(nèi)的總放熱量小于25兆焦耳，所述測(cè)試根據(jù)的是2003年7月修訂的Technical Bulletin 603 of the State of California。
權(quán)利要求
1.高膨松性防火棉胎，包括(a)基層，包括(i)10-30重量份耐熱纖維，(ii)35-55重量份纖維素纖維，所述纖維素纖維當(dāng)在空氣中以每分鐘20℃的速率加熱到700℃時(shí)至少保留其纖維重量的10％，和(iii)15-25重量份粘合劑材料；(b)彈性層，包括(i)0-50重量份改良丙烯酸纖維，(ii)50-85重量份聚酯纖維，和(iii)15-25重量份粘合劑材料；基于基層和彈性層的總重量，該基層占棉胎的20-70重量份，彈性層占棉胎的80-30重量份，棉胎的總厚度是1.25厘米(0.5英寸)或以上。
2.權(quán)利要求1的高膨松性防火棉胎，其中所述耐熱纖維是當(dāng)在空氣中以每分鐘20℃的速率加熱到500℃時(shí)保留其纖維重量的90％的有機(jī)纖維。
3.權(quán)利要求2的高膨松性防火棉胎，其中所述耐熱纖維包含對(duì)芳族聚酰胺、聚吲哚、聚苯并咪唑或者聚酰亞胺聚合物。
4.權(quán)利要求3的高膨松性防火棉胎，其中所述對(duì)芳族聚酰胺是聚(對(duì)亞苯基對(duì)苯二甲酸酰胺)。
5.權(quán)利要求1的高膨松性防火棉胎，其中所述纖維素纖維是含有硅酸的粘膠纖維。
6.權(quán)利要求1的高膨松性防火棉胎，其總復(fù)合密度為0.33-2.0磅每立方英尺。
7.權(quán)利要求1的高膨松性防火棉胎，基礎(chǔ)重量為8-12盎司每平方碼。
8.權(quán)利要求1的高膨松性防火棉胎，其中在彈性層中改良丙烯酸纖維的含量為20-50重量份。
9.權(quán)利要求1的高膨松性防火棉胎，其中在彈性層中聚酯纖維的含量為30-60重量份。
10.權(quán)利要求1的高膨松性防火棉胎，其中在基層中耐熱纖維的含量為20-30重量份。
11.權(quán)利要求1的高膨松性防火棉胎，其中在基層中纖維素纖維的含量為40-50重量份。
12.權(quán)利要求1的高膨松性防火棉胎，其中所述基層進(jìn)一步含有多達(dá)15重量份的聚酯纖維。
13.權(quán)利要求1的高膨松性防火棉胎，其中所述基層進(jìn)一步含有多達(dá)5重量份的改良丙烯酸纖維。
14.權(quán)利要求1的高膨松性防火棉胎，其中所述粘合劑材料是粘合劑纖維。
15.一種制品，含有權(quán)利要求1的高膨松性耐火棉胎作為防火層。
16.一種床墊，含有權(quán)利要求1的高膨松性耐火棉胎作為防火層。
17.制備高膨松性耐火棉胎的方法，包括下列步驟(a)形成基層纖維混合物，該纖維混合物包含(i)10-30重量份耐熱纖維，(ii)35-55重量份纖維素纖維，所述纖維素纖維當(dāng)在空氣中以每分鐘20℃的速率加熱到700℃時(shí)至少保留其纖維重量的10％，和(iii)15-25重量份粘合劑材料；(b)形成彈性層纖維混合物，該纖維混合物包含(i)0-50重量份改良丙烯酸纖維，(ii)50-85重量份聚酯纖維，和(iii)15-25重量份粘合劑材料；c)形成總厚度至少1.25厘米(0.5英寸)的層狀毛層，其中一層含有所述基層纖維混合物，另一層含有所述彈性層纖維混合物；和d)加熱所述層狀毛層以激活粘合劑纖維和形成高膨松性棉胎。
18.權(quán)利要求17的方法，其中所述基層纖維混合物在層狀毛層中的含量是占所述高膨松性棉胎總重量的20-70重量份。
19.權(quán)利要求17的方法，其中所述彈性層纖維混合物在層狀毛層中的含量是占所述高膨松性棉胎總重量的80-30重量份。
20.權(quán)利要求17的方法，其中所述層狀毛層通過(guò)首先形成基層纖維混合物和彈性層纖維混合物的獨(dú)立網(wǎng)幅并隨后將所述網(wǎng)幅互相鋪層而形成。
21.權(quán)利要求17的方法，包括另外的步驟a)使一部分所述高膨松性棉胎循環(huán)，其中所述循環(huán)部分的纖維變成基層纖維混合物的一部分。
22.權(quán)利要求21的方法，其中所述循環(huán)的纖維不多于基層纖維混合物重量的25重量份。
23.防火被褥，包括外層織物褥罩或者織物罩層、一層或多層層狀高膨松性防火棉胎、和任選的縫合襯里層；其中所述高膨松性棉胎包括(a)基層，包括(i)10-30重量份耐熱纖維，(ii)35-55重量份纖維素纖維，所述纖維素纖維當(dāng)在空氣中以每分鐘20℃的速率加熱到700℃時(shí)至少保留其纖維重量的10％，和(iii)15-25重量份粘合劑材料；(b)彈性層，包括(i)0-50重量份改良丙烯酸纖維，(ii)50-85重量份聚酯纖維，和(iii)15-25重量份粘合劑材料；基于基層和彈性層的總重量，該基層占棉胎的20-70重量份，彈性層占棉胎的80-30重量份，棉胎的總厚度是1.25厘米(0.5英寸)或以上。
24.制品防火的方法，包括下列步驟a)將織物褥罩或者裝飾物層、高膨松性棉胎、以及任選的縫合襯里層組合在一起，所述高膨松性棉胎包括基層，所述基層包括(i)10-30重量份耐熱纖維，(ii)35-55重量份纖維素纖維，所述纖維素纖維當(dāng)在空氣中以每分鐘20℃的速率加熱到700℃時(shí)至少保留其纖維重量的10％，和(iii)15-25重量份粘合劑材料；彈性層，所述彈性層包括(i)0-50重量份改良丙烯酸纖維，(ii)50-85重量份聚酯纖維，和(iii)15-25重量份粘合劑材料；基于基層和彈性層的總重量，該基層占棉胎的20-70重量份，彈性層占棉胎的80-30重量份，棉胎的總厚度是1.25厘米(0.5英寸)或以上，b)將所述層縫制在一起，形成防火被褥或者裝飾織物，和c)將防火被褥或者裝飾織物結(jié)合到制品中。
25.權(quán)利要求23的方法，其中所述制品是床墊。
全文摘要
本發(fā)明涉及高膨松性防火棉胎，和含有所述棉胎的制品比如床墊；所述棉胎包括基層和彈性層，所述基層含有10－30重量份耐熱纖維、35－55重量份纖維素纖維、和15－25重量份粘合劑材料，其中所述纖維素纖維當(dāng)在空氣中以每分鐘20℃的速率加熱到700℃時(shí)至少保留其纖維重量的10％；所述彈性層含有0－50重量％改良丙烯酸纖維、50－85重量份數(shù)的聚酯纖維、和15－25重量份的粘合劑材料?；诨鶎雍蛷椥詫拥目傊亓?，該基層占棉胎的20－70重量份，彈性層占棉胎的80－30重量份，棉胎的總厚度是1.25厘米(0.5英寸)或更大。
文檔編號(hào)D04H13/00GK1933750SQ200580009020
公開日2007年3月21日 申請(qǐng)日期2005年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月23日
發(fā)明者H·S·林, L·N·巴斯科姆 申請(qǐng)人:納幕爾杜邦公司