CN107429493B - 防火人造草坪 - Google Patents

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Abstract

公开了具有良好防火性能的人造草坪(100，200，320)并包括其制造工艺(300)，特别地该人造草坪(100，200，320)将用于室内应用。将防火剂(特别是基于卤素类型(311)的防火剂)并入人造纤维丝(101，201，301)内。还可向在其上连接人造纤维丝(101，201，301)的衬垫(102，202，302)提供防火剂。

Description

防火人造草坪
技术领域
本发明涉及防火人造草坪及其制造工艺。
发明背景
典型地人造草坪是非常易燃的，因为其几乎完全由聚烯烃(PE/PP)材料制成。因为人造草坪被越来越多地用于室内应用，例如展览会和贸易展示，所以这些类型的产品对防火级别的要求在增加。在欧洲将防火产品分级的一个标准为EN 13501-1，即结构产品和建筑元件的火灾级别，其使用来自对耐火性测试的反应的测试数据。当满足根据标准化测试程序EN ISO 9239-1和EN ISO 11925-2的要求时实现了最高性能的防火级别Bfl。
已经通过将防火剂材料并入人造草坪的胶乳衬垫(其用于固定绒面(pile)结构)中进行了各种尝试来达到所需的标准，因为这是在普通簇绒地毯(非人造草坪)中公知、廉价并经常使用的方法。更具体地，使用三水合氧化铝(ATH)(其在高温下通过水释放起作用)是非常常见的并广泛使用于许多应用。然而，在高绒面(例如>8mm)人造草坪的情况下，这些尝试是相当不成功的。与阻燃胶乳衬垫的量相比该绒面材料的量、高度和密度非常高以至于不能产生所需的防火效果。
已知两类防火剂材料，即有机防火剂和无机防火剂。有机防火剂包括例如基于卤素的防火剂，而无机防火剂包括例如三水合氧化铝、氯化铵或硼酸。
然而，仅在衬垫中使用防火剂看起来不足以实现防火级别Bfl。
将防火剂并入人造草坪中的其他解决方案包括例如在US2012263892中所描述的使用具有防火剂的填充物。在耐火性测试过程中，填充物将防止火焰蔓延，因为火焰不能到达填充物层中的纤维丝。使用防火填充物对于其中常使用填充物的室外运动草坪特别有用。
在其他的实施中，将防火剂并入人造纤维丝内。
例如，CN103952963涉及基于氮或磷的防火剂。
JP5183504描述了在室外运动草坪的丝中单独地或与其他类型的防火剂组合使用基于氮的防火剂。在此，使用了两种不同类型的具有不同高度的草坪纱线(yarn)在一方面用于实现良好的防火性，并在另一方面用于实现良好的耐磨性。由于耐磨和耐火的折衷，特别地在短草茎(grass blade)中使用防火剂。然而，JP5183504完全没有提到防火性能。此外，使用两种类型的具有不同材料组成和不同高度的纤维丝用于制造人造草坪是相当复杂并且不是优选的。
本发明旨在提供(特别地用于室内用途的)人造草坪，其具有高防火性能(以此涉及最高的欧洲防火级别(Bfl))，包括长绒面人造纤维丝。
发明内容
根据第一方面，本发明涉及用于形成人造草坪的人造纤维丝，其包含聚烯烃材料和基于卤素的防火剂材料。
根据第二方面，本发明涉及人造草坪，其包含多根人造纤维丝和衬垫，其中从衬垫延伸的人造纤维丝包含基于卤素的防火剂材料。
根据第三方面，本发明涉及包含基于卤素的防火剂材料的人造纤维丝的用途，其用于形成人造草坪(特别地用于室内应用)。
根据第四方面，本发明涉及用于制备人造纤维丝的方法，其包括以下步骤：(1)提供聚烯烃；(ii)将包含基于卤素的防火剂材料的颗粒添加至该聚烯烃，并且形成混合物；(iii)从该混合物挤出丝。
根据第五方面，本发明涉及用于制造人造草坪的方法，其包括以下步骤：(i)提供人造纤维丝；(ii)提供衬垫；(iii)将人造纤维丝连接至衬垫，使得该人造纤维丝从该衬垫延伸。
根据本发明，在纤维丝挤出工艺过程中包括防火剂添加剂在其组成、制造工艺和高防火性能方面是独特的，并且因此适合于用作室内高绒面人造草坪而不需要使用任何填充物。
附图说明
图1显示根据本发明的防火人造草坪的示例性实施方案。
图2显示根据本发明的防火人造草坪的另一个示例性实施方案。
图3图式地说明了根据本发明的防火人造草坪的制备工艺。
发明详细说明
本发明的重要特性是将防火剂材料并入人造草坪纤维丝中以消除室内人造草坪中对于特殊填充物材料的需要的事实。特别地，选择防火剂材料是重要的，因为不是所有已知产生防火性质的材料将实际上向人造草坪提供所需的防火性质，例如Bfl级别。
出于进一步说明的目的，“人造草坪”意指任何具有表现草或草状股线的人造纤维的表面。
本发明的人造纤维丝包含聚烯烃材料和基于卤素的防火剂材料。在一个优选实施方案中，聚烯烃包含LLDPE。优选的基于卤素的防火剂为溴化防火剂，其优选与三氧化二锑协合剂或试剂组合。在一个实施方案中，在纤维丝内活性防火剂组分的比例在1至30重量％、优选2至25重量％且更优选3至23重量％的范围内。根据一个实施方案，根据本发明的人造纤维丝基本上不含氮。
可由包括以下步骤的方法来制作人造纤维丝：(i)提供聚烯烃；(ii)将包含基于卤素的防火剂材料的颗粒添加至聚烯烃，并且形成混合物；(iii)从该混合物挤出丝。对于优选实施方案而言，在挤出纤维丝之前向该混合物添加着色添加剂。在更优选的实施方案中，该方法用于制备如上所述的人造纤维丝。
这些人造纤维丝用于形成(特别用于室内应用的)人造草坪。在本发明的一个实施方案中草坪产品的最终用途意指专有地用于室内应用，例如但不限于会议室、室内操场和展览会或贸易展示。室内应用和室外应用之间的重要区别是存在较少的暴露至UV线并且因此室内草坪通常需要低得多的耐UV性水平。所指的耐UV性与在暴露至UV线一定时间之后的材料强度(丝强度)有关。因此，本发明的人造草坪因而需要较少量的UV稳定剂例如HALS(受阻胺光稳定剂)。室内应用所需的HALS活性组分的量优选为0.01-0.2重量％，然而对于室外应用而言其典型地在0.4至1.1重量％的范围内。在一个实施方案中，人造草坪基本上不含UV稳定剂。这是重要的优势，因为大部分UV稳定剂不是非常化学地或物理地与大多数基于卤素的防火剂材料相容。
本发明的人造草坪包含多根人造纤维丝和衬垫，该人造纤维丝包含基于卤素的防火剂，其中该人造纤维丝从衬垫延伸。衬垫可以是单层或多层结构。在单层的情况下，可使用织物或非织物作为衬垫。在多层结构的情况下,在织物或非织物衬垫的顶部，优选通过涂覆层或额外的非织物来添加增强层。可将在其上连接纤维丝的单层或多层衬垫结构理解为主衬垫，然后可将次衬垫施加至该主衬垫上，以便固定所连接的人造纤维丝，这在本领域中有时称作绒面粘合。这种次衬垫例如为胶乳结合物(latex binding)。在一个优选实施方案中，人造草坪包含如在上文中规定的人造纤维丝。
在一个实施方案中，人造纤维丝从衬垫延伸至少8mm的长度，其中伸展的长度跨该人造草坪在至多20％、优选不大于10％的范围内变化。此外，可通过本领域技术人员公知的方式(包括但不限于簇绒技术或编织技术)将人造纤维丝连接至衬垫。
在一个优选实施方案中，衬垫还包含一种或多种防火剂材料。用于衬垫的可能的防火剂材料例如是含卤素的化合物、本领域已知的其他防火剂、或其组合。在一个甚至更优选的实施方案中，衬垫包含基于卤素的防火剂材料，优选溴化防火剂。
在一个优选实施方案中，根据本发明的人造草坪具有最小8kW/m2的所谓临界热通量(CHF)，然而一般地易燃产品具有3kW/m2或更少的CHF。可将对于火焰点火而言的临界热通量确定为根据EN ISO 9239-1在给定的材料上能够引发燃烧反应的每单位面积的最低热载荷。
在一个优选实施方案中，根据本发明的人造草坪具有根据EN ISO 9239-1测量的≤750％X分钟的光衰减。
在一个优选实施方案中，根据本发明的人造草坪具有根据EN ISO 11925-2测量的小于150mm的垂直火焰蔓延(Fs)。
在本发明的一个非常优选的实施方案中，人造草坪具有满足至少根据EN 13501-1的标准化Bfl火灾级别的防火性能。
特别注意到在没有使用填充物(例如砂或橡胶团或其他防火剂材料)的情况下实现了本发明的人造草坪的高性能级别。因此，在一个实施方案中，人造草坪不包含填充物。
可通过包括以下步骤的方法来制造本发明的人造草坪：(i)提供包含如上文解释的基于卤素的耐火剂的人造纤维丝；(ii)提供衬垫；(iii)将人造纤维丝连接至衬垫，使得该人造纤维丝从该衬垫延伸。
根据本发明，在纤维丝挤出工艺过程中包括防火剂添加剂在其组成、制造工艺和用于室内高绒面人造草坪的特定应用的高防火性能以及不需要使用任何填充物的方面是独特的。
具体实施方案说明
在图1中说明了根据本发明的防火人造草坪100的基本框架或横截面，将多根包含防火剂材料的人造纤维丝101连接至衬垫102。更特别地，将人造纤维丝101簇绒为穿过衬垫102的人造纤维丝束101’。根据一个实施方案，人造纤维丝束101’包含1根和32根之间的人造纤维丝101。衬垫102可以但不限于是织物(聚烯烃)带衬垫或非织物。在簇绒的衬垫102下面，可施加胶乳结合物作为辅助衬垫103，从而将簇绒结构胶合在一起。采用该辅助衬垫103，将人造纤维丝101例如更好地连接或固定至衬垫102。这个辅助衬垫103可包含但不限制于胶乳层、聚烯烃片和热熔胶涂层。衬垫102具有0.43mm、优选0.3-0.5mm的厚度t，然而从衬垫102延伸的簇绒人造纤维丝101的长度l为至少8mm、优选至少15mm且更优选至少20mm。所有人造纤维丝101大约具有相同的伸展长度l，然而对于整个草地而言，这个长度可在10-20％的范围内变化。人造纤维丝101优选具有选自以下但不限于以下的横截面：矩形、椭圆形、三叶形或C形横截面，并具有例如50-300μm厚度和0.2-2mm宽度的尺寸。
包含防火剂材料的人造纤维丝101例如由作为聚烯烃基础基材或载体的LLDPE制成，将例如基于卤素的防火剂以及例如着色颜料添加剂并入其中。在进行挤出工艺之前，典型地以颗粒形式(具有在mm3范围内体积的不规则物)供应基于卤素的防火剂(例如具有三氧化二锑协合剂或试剂的溴化防火剂)，并与作为主要原料的着色添加剂和聚烯烃一起混合。人造纤维丝101当包含例如具有三氧化二锑协合剂的溴化防火剂时，提供有1-30重量％、优选2-25重量％且更优选3-23重量％的防火剂活性组分。着色添加剂母料由5-60重量％颜料和40-95重量％载体(优选LDPE)组成。母料的示例含有25重量％颜料和75重量％LDPE，其中例如在混合物中含有3％的母料以具有浅色效果，然而8％的量更便于深着色的垫。人造纤维丝束101’的厚度例如在2500和5000分特(dtex)之间、优选在3000和4500分特之间。这些人造纤维丝束101’包含具有纤度在300至1000分特之间的单个人造纤维丝101，并且根据特定实施方案人造纤维丝101具有550和750分特之间。所有人造纤维丝101大约具有相同的长度。
在图2中描绘了根据本发明的防火人造草坪200的另一个示例性实施方案。在此，衬垫202包含两层结构，即表现衬垫基材204和增强层205，此后者例如为针刺毡(needlefelt)非织物要不然是特别的涂覆层，并具有0.1至2mm、优选0.1和0.5mm之间的厚度t’。可添加这个增强层205(具有例如30-200g/m2、优选50-150g/m2的密度)用于使人造纤维丝101的绒面锁定。使包含防火剂材料的人造纤维丝201簇绒穿过衬垫202，并再一次地通过胶乳结合物来施加辅助衬垫203。此外，辅助衬垫203还提供有防火剂材料，例如基于卤素类型的防火剂材料，其可能是溴化防火剂，可能与在挤出的人造纤维丝201内并入的防火剂相似或相同。此外，辅助衬垫203例如为防火胶乳衬垫，包含含卤素添加剂以及三水合氧化铝(ATH)添加剂。在比例方面，在辅助衬垫203中提供例如衬垫203的3％干重的含卤素添加剂，然而包括例如73％干重的ATH添加剂。防火胶乳衬垫203具有例如0.1至1.5mm、优选0.5和0.7mm之间的厚度。或者，作为衬垫202的基础部分的衬垫基材204和/或增强层205还可包含防火剂。取决于例如用作衬垫基材204和/或增强层205的材料，需要寻找合适的防火剂。
图3说明了用于制造根据本发明的防火人造草坪320的工艺方案。由辊306开始，从该辊306解开衬垫基材304例如织物或非织物，连续地设置路线308，在此期间在这个衬垫基材304的顶部提供增强层305。可依次从由阶段307代表的卷解开增强层305，要不然阶段307可为容器，将增强层305以流体状态运输离开该容器，并由于路线308处于工作中所以直接将增强层305施加至衬垫基材304上。可能地，向衬垫基材304和/或增强层305提供防火剂材料，该防火剂材料例如包含基于卤素的添加剂。在阶段308结束时，形成了作为衬垫基材304和增强层305的组合的主衬垫302。例如通过针刺(needling)、压延(calandering)或胶黏剂将增强层305连接至衬垫基材304。
进一步，挤出机容器313是制备装置的一部分，从该挤出机容器313挤出多根人造纤维单丝301并引导至填充有水和工艺添加剂315的浴314以便冷却所挤出的丝301。在此所示的用于挤出工艺的原料310、311和312是聚烯烃310、基于卤素的阻燃剂材料311(例如处于颗粒形状)和着色添加剂312。当从浴314引出时，将人造纤维单丝301传送至牵引单元或累积器装置309用于强化人造纤维丝301。接下来，离开了累积器装置309，将丝301缠绕在线筒319上。然而在这个阶段(当缠绕在线筒319上时)丝301仍然是松散的丝，预见后续阶段321以便加工所谓的多丝纱线。这可通过在丝301周围缠绕绑扎线(binding thread)来完成，以将丝保持在一起形成纱线。或者如阶段321代表的，将丝301卷曲或变形并且然后捻成纱线。完成了阶段321，现在可提供纱线状的人造纤维丝301用于例如通过簇绒技术连接至主衬垫302。
现在采用在路线308结束时完成的主衬垫302进一步继续该工艺，在连续的阶段316将主衬垫302进一步传送至簇绒设备317。如前所述，人造纤维丝301运输自阶段321，并且因此簇绒穿过主衬垫302。除簇绒设备317(通过其连接了人造纤维丝301)之外，路线316随后提供射出次衬垫303的容器318，将次衬垫303施加至簇绒结构上并由此用例如胶乳结合物来毛圈绒面粘合(loop pile bond)该簇绒结构。可能地，次衬垫303提供有防火剂材料，并且因此例如为防火胶乳衬垫。在路线316结束时，完成了防火人造草坪320的制备。
与标准化Bfl火灾级别有关的实验
用于将阻燃产品分级的主要欧洲标准为EN 13501-1，即更具体地为结构产品和建筑元件的火灾级别，其使用来自对耐火性测试的反应的测试数据。当成功地进行对应的且标准化的测试程序EN ISO 9239-1和EN ISO 11925-2并实现所需结果时，实现了最高性能的阻燃火灾级别Bfl。
根据程序EN ISO 9239-1测试了几个以具有不同的绒面高度为特征的防火人造草坪样品以便测量临界热通量(CHF)并且根据程序ENISO 11925-2测试了所述防火人造草坪样品以便确定垂直火焰蔓延(Fs)在施加时间开始20秒内从施加测试火焰的点垂直地小于150mm，并且因此研究Bfl火灾级别的样品。
每个人造草坪垫样品包含防火聚烯烃纤维丝和防火胶乳衬垫。防火人造草丝包含11-14活性重量％的具有三氧化二锑协合剂的溴化防火剂，然而防火胶乳衬垫包含含卤素的添加剂以及三水合氧化铝(ATH)添加剂。
对于EN ISO 9239-1而言，所有测试样品具有1050mm×230mm的尺寸。每个测试样品松散地放在纤维水泥板上，但是用双面胶带将样品的边缘固定在衬底板上。还通过特殊的金属框架将样品的边缘机械地夹至该衬底板。在根据EN ISO 9239-1的水平测试的第一个2分钟期间，通过辐射板来预加热地板样品，然而接下来的10分钟将样品进一步暴露至来自包括火焰点火的辐射板的热。环境条件为约23℃温度和约50％湿度。
从测试样品的胶乳衬垫延伸的纤维丝的绒面高度分别为9mm、20mm和30mm，然而垫的总厚度分别为10mm、22mm和32mm。随着分别9mm至20mm至30mm的增加的绒面高度，总表面质量从2700g/m2变化至2600g/m2至2150g/m2。测试样品对应的绒面重量在800至1000g/m2的范围内。
维持暴露的热辐射30分钟。在30分钟测试持续时间之后，由根据定期校准的最大火焰蔓延距离确定CHF[kW/m2]。根据EN 13501-1，由对于CHF≥8kW/m2而言的火灾级别Bfl定义最高阻燃性能标准。以下给出每个绒面高度的测试结果。
绒面高度(mm) 样品方向 序号 CHF(kW/m<sup>2</sup>)
9 纵向 1 10.1
横向 1 9.9
横向 2 10.3
横向 3 9.9
平均 10.0
20 纵向 1 10.9
横向 1 10.7
横向 2 9.6
横向 3 10.9
平均 10.4
30 纵向 1 10.4
横向 1 10.7
横向 2 10.4
横向 3 10.4
平均 10.4
对于每个不同绒面高度的测试样品，临界热通量CHF大于8kW/m2的最小值，其意味着满足了Bfl级别的一个要求。
除CHF之外，还按照EN ISO 9239-1评价烟雾产生。在此，测量的参数是光衰减。根据标准Bfl火灾级别，s1级别的总的光衰减是≤750％X分钟。
Figure BDA0001350049900000091
Figure BDA0001350049900000101
因此，可清楚地说明所有测试样品满足s1级别的光衰减要求。
根据级别标准EN 13501-1，Bfl的最终要求是垂直火焰蔓延(Fs)小于150mm，其根据EN ISO 11925-2在施加时间开始20秒内从施加测试火焰的点垂直地测量。与辐射地板测试EN ISO 9239-1相比，这种垂直测试是较不严谨的并且是不太关键的，但是还在以下给出结果。除了Fs之外，以下还提到存在燃烧的滴液(burning drips)，其可在耐火性测试过程中点燃样品下方的滤纸。
绒面高度(mm) 样品方向 序号 F<sub>s</sub>(mm) 滤纸燃烧
9 纵向 1 ≤150 没有
2 ≤150 没有
3 ≤150 没有
横向 1 ≤150 没有
2 ≤150 没有
3 ≤150 没有
20 纵向 1 ≤150 没有
2 ≤150 没有
3 ≤150 没有
横向 1 ≤150 没有
2 ≤150 没有
3 ≤150 没有
30 纵向 1 ≤150 没有
1 ≤150 没有
2 ≤150 没有
横向 1 ≤150 没有
2 ≤150 没有
3 ≤150 没有
对于每个不同的测试样品而言，最大垂直火焰蔓延Fs小于150mm，并且不存在点燃滤纸的燃烧的融化滴液。因此，测试结果满足ISO 11925-2的要求以获得Bfl级别。
因此，可清楚地说明所有测试样品满足EN ISO 9239-1和EN ISO 11925-2两者的所有要求，从而被认证为根据用于地板产品的EN 13501-1级别的Bfl-s1。

Claims (14)

1.人造草坪(100，200，320)，其包含多根人造纤维丝(101，201，301)、衬垫(102，202，302)和辅助衬垫(103,203,303)，其中从所述衬垫(102，202，302)延伸的所述人造纤维丝(101，201，301)包含聚烯烃材料(310)和基于卤素的防火剂材料(311)，并且其中所述辅助衬垫是胶乳衬垫，该胶乳衬垫包含基于卤素的防火剂材料和三水合氧化铝(ATH)添加剂，其中所述人造纤维丝(101，201，301)从所述衬垫(102，202，302)延伸至少15mm的长度，并且其中所述长度跨该人造草坪在至多20％的范围内变化，并且其中所述人造草坪(100，200，320)不包含任何填充物材料。
2.根据权利要求1所述的人造草坪(100，200，320)，其中所述基于卤素的防火剂材料(311)为溴化防火剂。
3.根据权利要求1或2所述的人造草坪(100，200，320)，其中所述基于卤素的防火剂材料(311)以从1至30重量％存在于所述人造纤维丝(101，201，301)中。
4.根据权利要求1或2所述的人造草坪(100，200，320)，其中所述基于卤素的防火剂材料(311)以从2至25重量％存在于所述人造纤维丝(101，201，301)中。
5.根据权利要求1或2所述的人造草坪(100，200，320)，其中所述基于卤素的防火剂材料(311)以从3至23重量％存在于所述人造纤维丝(101，201，301)中。
6.根据权利要求1或2所述的人造草坪(100，200，320)，其中人造纤维丝(101，201，301)的所述聚烯烃材料(310)为LLDPE。
7.根据权利要求1或2所述的人造草坪(100，200，320)，其中所述衬垫(102，202，302)包含防火剂材料。
8.根据权利要求7所述的人造草坪(100，200，320)，其中该防火剂材料是基于卤素的防火剂材料(311)。
9.根据权利要求1或2所述的人造草坪(100，200，320)，其中所述衬垫包含由衬垫基材(204,304)和增强层(205,305)组成的两层结构。
10.根据权利要求9所述的人造草坪(100，200，320)，其中所述衬垫基材(204,304)和/或增强层(205,305)包含耐火剂材料。
11.根据权利要求1或2所述的人造草坪(100，200，320)，其具有满足至少根据EN13501-1的标准化Bfl火灾级别的防火性能。
12.根据权利要求1或2所述的人造草坪(100，200，320)，其包含小于0.4重量％的UV-稳定剂。
13.根据权利要求1或2所述的人造草坪(100，200，320)的用途，其用于室内应用。
14.用于制造根据权利要求1至12中任一项所述的人造草坪(100，200，320)的方法(300)，其包括以下步骤：(i)提供人造纤维丝(101，201，301)，所述人造纤维丝(101，201，301)包含聚烯烃材料(310)和基于卤素的防火剂材料(311)；(ii)提供衬垫(102，202，302)；(iii)将所述人造纤维丝(101，201，301)连接至所述衬垫(102，202，302)，使得所述人造纤维丝(101，201，301)从所述衬垫(102，202，302)延伸至少15mm的长度，并且其中所述长度跨该人造草坪在至多20％的范围内变化；(iv)施加辅助衬垫(103,203,303)，并且其中在所述方法中没有使用任何填充物材料。
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