一种用于床垫或枕头内套填充物阻燃的膨胀阻燃体系及其方法技术领域
本发明涉及床垫或枕头内套填充物的阻燃领域，具体涉及一种用于床垫或
枕头内套填充物阻燃的膨胀阻燃体系及其方法。
背景技术
2007年7月起，美国市场上销售的床垫必须通过16CFR1633床垫阻燃标准
检测。
床垫分弹簧床垫和以海绵、乳胶等为填充物的填充式床垫。要使床垫能通
过16CFR1633床垫阻燃标准检测，必须使床垫在接受明火检测时的热释放值低
于标准允许数值。
要控制热释放值，关键在于保证在接受明火检测时，床垫的易燃填充物不
被引燃引发大火。
目前，美国市场上所售床垫主要采用两种方式保护填充物不被引燃。一是
用磷系阻燃粘胶纤维制成阻燃无纺布，再用阻燃无纺布制成床垫内套，将填充
物完全包裹起来。二是以玻璃纤维丝为内芯，以阻燃纤维为外包纤维，纺成阻
燃玻璃纤维包芯纱线，再用阻燃玻璃纤维包芯纱线织造成针织纬编圆筒布，然
后将圆筒布(一般为弹性较大的汗布或罗纹布)直接套于填充物上，两端锁死，
制成床垫内套。
以上两种方式的原理是在填充物与床垫外套之间设计一层床垫内套，当床
垫外套燃烧时，由于火焰无法穿过由阻燃材料制成的内套，从而保护填充物不
被引燃。
发明内容
本发明的目的是提供了一种用于床垫或枕头内套填充物阻燃的膨胀阻燃体
系及其方法。
本发明的技术方案如下：
一种用于床垫或枕头内套填充物阻燃的膨胀阻燃体系包括含磷含氮无机阻
燃剂和碳源，所述的含磷含氮无机阻燃剂作为阻燃体系的酸源和气源,所述的碳
源为纤维素纤维或纤维素纤维与化学纤维的混纺,所述的碳源通过浸渍所述含
磷含氮无机阻燃剂的水溶液并脱水烘干后，与所述含磷含氮无机阻燃剂构成膨
胀阻燃体系。
优选的，所述的纤维素纤维为天然棉、竹纤维、粘胶纤维、玉米纤维、麻
纤维、木浆纤维、大豆纤维中的一种或多种，更为优选的为竹纤维，因为a.原
料易得，价格相对低廉；b.竹纤维具有瞬间吸水性，便于浸渍加工；c.竹纤维是
天然的杀菌纤维，对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等日常接触到的细菌具有杀菌、
抑菌作用，这对床垫内套的应用环境和无法卸载水洗的特点来说，至关重要。
所述的纤维素纤维与化学纤维的混纺中纤维素纤维的质量百分比含量大于
11％，更为优选的，混纺中纤维素纤维的质量百分比含量不小于50％。
优选的，所述的含磷含氮无机阻燃剂为液体聚磷酸铵、水溶性聚磷酸铵、
磷酸氢二铵或磷酸二氢铵中的一种或多种。
本发明还公开了一种具有所述膨胀阻燃体系的纱线的制备方法及其用于制
造床垫或枕头内套的应用，制备方法为：
1)纤维素纤维纱筒或纤维素纤维与化学纤维的混纺纱筒经松式络筒机加工成蓬
松缠绕在镂空纱管上的蓬松纱筒；
2)将蓬松纱筒在含磷含氮无机阻燃剂水溶液中完全浸透；
3)脱水，烘干。
本发明还公开了一种具有所述膨胀阻燃体系的布的制备方法及其用于制造
床垫或枕头内套的应用，制备方法为：
1)将纤维素纤维圆筒布或纤维素纤维与化学纤维的混纺圆筒布在含磷含氮无机
阻燃剂水溶液中完全浸透；
2)轧干，烘干。
在所述纱线或布的制备方法中，含磷含氮无机阻燃剂水溶液的浓度以浸渍
烘干后，极细的磷氮混合粉末能均匀附着于纱线表面和纤维间为准。本发明优
选的为液体聚磷酸铵或水溶性聚磷酸铵、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵的饱和水溶
液，与水按1：1容积比配置成的水溶液。若不加稀释，内套布手感会变硬、变
涩。
脱水或轧干工艺为相应领域的常规工艺，烘干温度为100-110℃。
床垫或枕头填充物的阻燃方法是：利用含磷含氮无机阻燃剂加工处理纱线
或布，使纱线或布与含磷含氮无机阻燃剂构成膨胀阻燃体系，利用含磷含氮无
机阻燃剂遇热时具有的覆盖膨胀功能，使纱线或布具有阻燃性，将纱线或布制
作成床垫或枕头的内套，内套包裹填充物，使床垫或枕头在遇明火时，火焰不
能穿过内套引燃填充物，实现床垫或枕头的阻燃。
应用本发明方法浸渍处理的纱线和布，最终均用于床垫或枕头内套。由于
内套外还有床垫或枕头外套保护，并且床垫制造商为控制成本，考虑到防火安
全，均将床垫内套制作成不可脱卸式的，即后续使用时不会水洗内套。所以本
发明提出的阻燃处理方法虽然为一次性非耐水性阻燃，但这并不妨碍本发明作
为床垫或枕头内套的实施。
本发明的阻燃机理为：含磷含氮无机阻燃剂，如聚磷酸铵，遇热会分解释
放磷酸和聚磷酸，这二者均是强脱水剂，能使床垫内套上的纤维素纱线迅速脱
水变成焦炭状。同时生成的非挥发性磷的氧化物和聚磷酸会对纱线表面进行覆
盖,形成不燃炭层。由于床垫内套遇明火后变成了不燃烧同时具有隔热作用的细
密炭网，使火焰无法穿过炭网引燃填充物，从而实现床垫阻燃。
含磷含氮无机阻燃剂是兼具酸源(磷酸)和气源(氮)的膨胀阻燃剂，与
碳源(纤维素纤维)构成了一个膨胀阻燃体系。磷酸在促使纤维素纱线迅速脱
水炭化。形成炭层过程中，燃烧分解出的部分氨气、氮气进入炭层，使炭层发
泡膨胀，在将纱线完全包裹住的同时，增加了炭层的厚度，由于炭层具有不燃、
隔热、隔氧的特性，因此床垫内套在遇明火后形成的炭网也具有不燃烧、隔热、
隔氧的特性，即使在火焰的持续烧灼下，也不燃烧，不变形，不熔缩，保护填
充物不被引燃。
聚磷酸铵在燃烧受热过程中分解出氮气、氨气、二氧化碳等气体，这些气
体均不易燃烧，从而可稀释火焰周围空气，使氧气含量下降，火焰自熄，起到
协同阻燃的作用。
应用本发明方法处理的阻燃床垫内套比用玻璃纤维阻燃包芯纱织成的床垫
内套价格下降二分之一。同时，前者在废弃后可在自然环境中降解，而后者所
含的玻璃纤维无法自然降解，会污染环境。另外，前者与后者相比较，在发生
火灾时，产生的烟雾明显要少。
附图说明
图1为本发明方法加工的布包裹填充物的示意图。
具体实施方式
液体聚磷酸铵，是一种农用液体肥料，其含磷量大于34％，含氮量大于10％，
除液体聚磷酸铵外，还可选用低聚合度水溶性聚磷酸铵、磷酸氢二铵、磷酸二
氢铵，其作用机理相同，均能达到相同的阻燃效果。
聚磷酸铵(简称APP)，分子式为(NH4PO3)n，是一种环保、无毒、低烟的
膨胀阻燃剂。高聚合度的聚磷酸铵主要用于防火涂料和塑料阻燃，低聚合度的
聚磷酸铵主要用于农用肥和灭火剂。
被阻燃处理的纱线和床垫圆筒内套布，其原料可以是天然棉、竹纤维、粘
胶纤维、玉米纤维、麻纤维、木浆纤维、大豆纤维等纤维素纤维，也可以是纤
维素纤维与涤纶等化学纤维的混纺。
实施例1
本实施例以液体聚磷酸铵为阻燃液，以竹纤维为圆筒布材料，采用常温浸
渍法处理纱线，使纱线具有阻燃性，用于织造成针织纬编圆筒内套布，用于床
垫内套。
本实施例的纱线浸渍工艺采用筒纱浸渍法工艺如下：
1配液：液体聚磷酸铵与水按1:1搅拌成稀释液备用；
2络筒：将纱筒经松式络筒机加工成蓬松缠绕在镂空纱管上的蓬松纱筒；
3浸渍：将蓬松纱筒在稀释液中完全浸透；
4脱水：在脱水机中甩干；
5.烘干：将蓬松纱筒在烘干房烘干；
6槽筒：将蓬松纱筒在槽筒机上卷绕成符合织造条件的紧密纱筒；
7包装。
如图1所示，将按上述浸渍工艺处理的纱线织造成针织纬编圆筒布，裁剪
包裹海绵填充物作为试验样品，试验样品外再用涤纶床垫布缝制外套。图中1
为填充物，2为内套，3为外套。于2015年在SGS通标标准技术服务有限公司
安吉分公司按美国16CFR1633床垫阻燃标准方法进行检测，检测结果为试验样
品通过美国16CFR1633床垫阻燃标准检测。试验过程中海绵不燃烧，但外套部
分烧毁并有火焰蔓延。
实施例2
本实施例以液体聚磷酸铵为阻燃液，以天然棉为圆筒布材料，采用常温浸
渍法处理针织纬编圆筒布，使之具有阻燃性，用于床垫内套。
本实施例的针织纬编圆筒布浸渍工艺采用浸轧法工艺如下：
1配液：液体聚磷酸铵与水按1:1搅拌成稀释液倒入轧车储液槽；
2浸渍：将圆筒布导入轧车储液槽充分浸湿；
3轧干：利用轧车弹性夹布辊轧出圆筒布中多余液体；
4烘干：将圆筒布导入连续式烘箱烘干，烘箱温度在100-110℃；
5打卷包装。
由于天然棉纤维吸水性比竹纤维差(竹纤维吸水性约为天然棉的2.5倍)，
本实施例与竹纤维纱线浸渍相比需采用稍长的浸渍时间，按上述浸渍工艺处理
的圆筒布裁剪包裹海绵填充物作为试验样品，试验样品外再用涤纶床垫布缝制
外套。
试验样品采取自行测试方法进行。将实验样品放在燃烧架上，模拟
16CFR1633标准，采用棉布燃烧时产生的火焰，持续定点烧灼样品侧面，时间
达120秒(16CFR1633标准燃烧时间为50秒)，测试结果，海绵不燃烧，但外
套部分烧毁并有火焰蔓延。
实施例3
本实施例以磷酸氢二铵为阻燃液，以麻纤维为圆筒布材料，采用常温浸渍
法处理针织纬编圆筒布，使之具有阻燃性，用于床垫内套。
本实施例的针织纬编圆筒布浸渍工艺采用浸轧法工艺如下：
1配液：磷酸氢二铵饱和水溶液与水按1：1容积比配置成稀释液倒入轧车
储液槽；
2浸渍：将圆筒布导入轧车储液槽充分浸湿；
3轧干：利用轧车弹性夹布辊轧出圆筒布中多余液体；
4烘干：将圆筒布导入连续式烘箱烘干，烘箱温度在100-110℃；
5打卷包装。
按上述浸渍工艺处理的圆筒布裁剪包裹海绵填充物作为试验样品，试验样
品外再用涤纶床垫布缝制外套。
试验样品采取自行测试方法进行。将实验样品放在燃烧架上，模拟
16CFR1633标准，采用棉布燃烧时产生的火焰，持续定点烧灼样品侧面，时间
达120秒，测试结果，海绵不燃烧，但外套部分烧毁并有火焰蔓延。
实施例4
本实施例以水溶性聚磷酸铵为阻燃液，以粘胶纤维(人造棉)为圆筒布材
料，采用常温浸渍法处理针织纬编圆筒布，使之具有阻燃性，用于床垫内套。
本实施例的针织纬编圆筒布浸渍工艺采用浸轧法工艺除采用水溶性聚磷酸铵
替代磷酸氢二铵外，其它步骤与实施例3相同。
浸渍工艺处理的圆筒布裁剪包裹海绵填充物作为试验样品，试验样品外再
用涤纶床垫布缝制外套。
试验样品采取自行测试方法进行。将实验样品放在燃烧架上，模拟
16CFR1633标准，采用棉布燃烧时产生的火焰，持续定点烧灼样品侧面，时间
达120秒，测试结果，海绵不燃烧，但外套部分烧毁并有火焰蔓延。
实施例5
本实施例以磷酸二氢铵为阻燃液，以木浆纤维(天丝)为圆筒布材料，采
用常温浸渍法处理针织纬编圆筒布，使之具有阻燃性，用于床垫内套。
本实施例的针织纬编圆筒布浸渍工艺采用浸轧法工艺除采用磷酸二氢铵替代
磷酸氢二铵外，其它步骤与实施例3相同。
浸渍工艺处理的圆筒布裁剪包裹海绵填充物作为试验样品，试验样品外再
用涤纶床垫布缝制外套。
试验样品采取自行测试方法进行。将实验样品放在燃烧架上，模拟
16CFR1633标准，采用棉布燃烧时产生的火焰，持续定点烧灼样品侧面，时间
达120秒，测试结果，海绵不燃烧，但外套部分烧毁并有火焰蔓延。
实施例中用的液体聚磷酸铵是一种农用肥，作为阻燃液使用时，主要用于
浸渍木材。由于其阻燃效果是一次性、非耐水性的，使其应用范围受到极大限
制，所以很少用于浸渍纺织纱线和纺织品。本发明中，床垫内套是不可脱卸的，
无需水洗，这就正好避开了液体聚磷酸铵在阻燃效果上存在的不耐水洗的缺点，
本发明的水溶性聚磷酸铵、磷酸氢二铵或磷酸二氢铵的效果类似。
膨胀阻燃体系由酸源，气源和碳源三者构成。含磷含氮无机阻燃剂兼具前
两者。本发明选择天然棉、竹纤维等纤维素纤维为原料，是因为这些原料均是
含碳量高的多羟基聚合物，是良好的碳源。由于膨胀阻燃体系的应用，提高了
床垫内套上纱线的残炭率，增加了炭层的厚度，确保了床垫内套在遇明火后形
成的炭网，在火焰的长时间持续烧灼下也不燃烧、不变形、不熔缩、不断裂。
这是保证床垫能通过16CFR1633美标测试的关键点。