1、前言
美國通用公司所屬，GE塑料公司纖維和紡織品全球技術(shù)經(jīng)理Ann Marie Lak和全球市場工業(yè)經(jīng)理Youssef Fakhreddine在“國際纖維雜志”上推介其新Ultem阻燃材料。有消息稱，美國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。
另一個有關(guān)的問題是鹵素材料阻燃劑會釋放有毒濃煙。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)將會被其它地區(qū)所采用，如最近消費(fèi)者安全委員會(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℃、相對熱指數(shù)(RTI)為170℃，這種聚合物在高溫時，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)的場合中使用已經(jīng)歷較長期的考驗(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，對其抽制纖維會有一定難度。由于是無定形(非結(jié)晶體)材料，對比結(jié)晶體，它粘度大，使其在抽絲時，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，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)纖維受熱時會出現(xiàn)收縮，因此拉伸存在麻煩。Ultem樹脂擠出時，噴絲孔徑必須盡量的小，但這會影響噴絲板組件的運(yùn)轉(zhuǎn)時間。
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，較短的滯留時間(樹脂材料處于熱態(tài)時間)、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(℅)40模量(克/旦)30.3
最初的研究工作是針對即將實(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 |