美国GE公司推新型Ultem全能阻燃材料

李新

美国通用公司所属，GE 塑料公司纤维和纺织品全球技术经理 Ann Marie Lak 和全球市场工业经理 Youssef Fakhreddine 在“国际纤维杂志”上推介其新Ultem阻燃材料。   

    有消息称，美国加利福尼亚州曾公布极为严格的褥垫（mattress）阻燃法规。这无疑将推动防火材料生产研究方面的发展。   

    GE 公司的Ultem树脂材料是非常适用于满足加利福尼亚技术通报（TB）603 标准关于床上用品阻燃的要求。   

　　总况   

    Ultem 聚醚酰亚胺（PEI）树脂是广泛用于需要阻燃和防止烟雾扩散的材料，有助于褥垫、席梦思等产品制造商生产防止明火加速燃烧的产品。  

    GE公司过去从未用Ultem树脂生产过纤维材料，但其科技人员不畏艰辛，和下游生产商开始评估其用于高能织物的潜在功能，并进行研究。
   
    加利福尼亚州TB603 标准即将实施，给床上用品生产商发出了警示，因为后者常用聚氨酯泡沫材料和聚酯絮材制作产品。加利福尼亚州标准提出了技术性要求，包括使用高性能原材料和不同的褥垫设计来解决这一问题。   

    另一个有关的问题是卤素材料阻燃剂会释放有毒浓烟。欧盟关于危险品限制（RoHS）的法规，严格禁止使用阻燃剂中常含的多溴化二苯醚（PBDE）。预计加州的标准将会被其它地区所采用，如最近消费者安全委员会（CPSC）宣布的全美标准，要求制造商必须保证阻燃材料能符合各种市场法规要求。   


　　研发过程   

    GE Ultem树脂是一种未定形高性能聚合物，它呈现杰出的耐高温、强度好、模量大、广谱耐化学性、本身抗燃烧性和低致烟性；玻璃化（转变）温度为217℃、相对热指数（RTI）为170℃，这种聚合物在高温时，能保持强度整体性。   

    Ultem树脂产品，在安全设施以及要求严格阻燃标准的场合中使用已经历较长期的考验，如消防员头盔，飞机和火车内装饰材料等，这些都是成为它可以做褥垫和床上用品材料的关键因素。  

    Ultem树脂是未定形结构和具有耐高温特性，对其抽制纤维会有一定难度。由于是无定形（非结晶体）材料，对比结晶体，它粘度大，使其在抽丝时，通过喷丝板小孔更为困难，而小孔喷丝板是纺制机织物和非织造布所用较细纤维之需。结晶体材料，如聚酯和聚丙烯，不但纺丝时，通过小孔较顺利，而且挤出后再经拉伸可纺得更细。结晶体聚合物经过拉伸，拉直排齐分子链，使纤维强度提高、更稳定；相反，拉伸无定形树脂，如Ultem等材料，所产生的应力，当纤维受热时会出现收缩，因此拉伸存在麻烦。Ultem树脂挤出时，喷丝孔径必须尽量的小，但这会影响喷丝板组件的运转时间。
   
    GE的Ultem树脂熔融温度较高，达到375－400℃，高于常规纺制纤维的树脂材料，因此加工这种树脂的现成设备较少。提高常规加热设备的温度，如电加热器和热油通道等，存在着不安全因素。GE公司需找寻拥有相应加工设备和加工能力的研制和规模生产的协作者。2003年初，GE公司和一家美国企业配合。这家企业是专门加工热塑性聚合物，包括像Ultem树脂等不一般的材料，通过熔融纺丝过程生产合成纤维。

优化生产工艺   

    GE公司及其下游生产商，解决了一些技术问题，成功地纺出了第一批Ultem纤维产品。
   
    首先，树脂本身必须经过精加工，使其更符合抽丝过程，特别是适应纺较细纤维的微小纺丝孔眼。GE的树脂产品大多是用于注射模塑生产，其加工部件较纺丝生产的粗厚；抽制纤维过程的敏感性促使GE公司改进树脂性能，适应其加工敏感特性。   

其次，下游加工生产商的装备必须要满足适应Ultem树脂的一些特殊要求，如耐400℃高温、温度分布要均匀，较短的滞留时间（树脂材料处于热态时间）、不能超过10分钟以防止降解，低剪切性（也是防止降解），低产量（相对于聚酯树脂材料等而言），以适应Ultem树脂的较高粘度。
   
    最后，优化加工过程工艺参数，包括温度、生产速度和压力等，树脂按正常熔融挤出流程加工，切片先经干燥，在挤出头中熔融，通过复丝纺丝组件，拉伸，经导丝盘卷绕成筒子。GE公司和加工商掌握好纺丝孔尺寸对最终纤维直径的影响，驾驭熔融温度和熔体强度之间的关系以及拉伸比，以获得最好的纤维稳定性。其单丝纤维度为10旦的纤维主要性能指标为：   

　　密度（克/厘米³） 1.27   吸水率（℅）0.25   
　　限氧指数（LOI）  44    强度（克/旦） 2.2   
　　断裂伸长（℅）   40    模量（克/旦） 30.3   

    最初的研究工作是针对即将实施的加利福尼亚州条例，致力于生产褥垫阻隔织物所使用的粗度为10dpf纤维。他们开始生产较粗的纤维是为了简易可行，计划逐渐研制更细的产品批量生产。  

    随着10旦纤维小规模先锋试验获得成功，GE公司满怀信心地和Restonic Mattress Corp（褥垫公司）协作，利用Ultem纤维制造符合TB 603标准的新型褥垫材料。Ultem纤维由Western非织造公司制成阻燃隔离层材料，置于褥垫的泡沫芯材和外层布料之间，成为Restonic公司的Ergo　Sleep®褥垫产品——第一只满足加利福尼亚州标准要求、经UL®认证的褥垫。采用Ultem树脂，使其阻隔材料本身就具有阻燃性，Ultem纤维还便于做成几厘米厚的阻隔材料，回弹性好、使用舒适。
   
    目前GE公司及其加工商已可生产单丝纤度为10旦的Ultem纤维批量产品，并正进行可纺制较细纤维材料的研究。生产较细纤维的关键是树脂的粘度和拉伸纤维的能力，解决的办法是进一步精炼提纯材料和改进喷丝组件设计。Ultem树脂生产的6旦和4旦纤维已有大量样品，并正谋求2旦纤维规模化生产能取得成功。公司还准备和其它地区以及美国境内的下游加工厂共同合作。  

　　优点和应用   

    GE公司Ultem树脂制成的纤维具有众多的优点，由于它本身是阻燃材料，就可以适应不再用卤素添加剂的限制；符合TB603和CPSC新标准关于褥垫产品遇到明火时的性能要求。Ultem的无定形结构及其耐高温性使其能适应很多高温应用场合；而在这些场合中，结晶体聚合物制成的纤维遇到高温会丧失强度。   

    GE公司正把Ultem树脂制成的纤维，扩大应用于家居装饰、气体过滤、传送用织物和纺织品、座椅材料等其它生产。  

来源：STC 李昊鹏