Воспламеняется ли спандекс? Анализ характеристик горения эластана

Спандекс (также известный как эластан или лайкра) славится своей непревзойденной эластичностью и комфортом, что делает его широко используемым в спортивной одежде, медицинском текстиле и предметах домашнего обихода. Но безопасен ли этот высокоэффективный материал при пожаре? Горит ли он сам или самозатухает? В этой статье мы подробно проанализируем химические свойства спандекса, его показатель воспламеняемости (LOI), три основных технических метода огнезащиты и стандарты испытаний, чтобы помочь вам полностью понять ценность применения и преимущества огнезащитного (FR) спандекса с точки зрения безопасности.

Основные выводы:

• Спандекс (эластан) — это легковоспламеняющийся Синтетическое волокно с низким предельным кислородным индексом (LOI) 18-20%.
• Из-за своей полиуретановой химической структуры он быстро горит, плавится и образует опасные капли расплавленного вещества.
• Огнестойкий спандекс (FR) создается тремя основными методами: сополимеризацией (по своей природе огнестойкий), смешиванием с добавками или поверхностной обработкой.
• «Природная огнестойкость» (сополимеризация) обеспечивает наиболее долговечную и стабильную огнестойкость, сохраняющуюся более 50 циклов стирки.
• Огнестойкий спандекс необходим для обеспечения безопасности защитной одежды (EN ISO 11612) и предметов домашнего обихода (NFPA 701).

Действительно ли спандекс (эластан) горит?

Да, спандекс — это легковоспламеняющееся, высокоэластичное синтетическое волокно.

С химической точки зрения, спандекс (эластан) — это полиуретановое волокно. Благодаря своей молекулярной структуре, богатой углеродно-водородными связями, он легко разлагается при нагревании и выделяет легковоспламеняющиеся газы. При воздействии открытого пламени спандекс быстро скручивается, плавится, горит, сопровождаясь выделением черного дыма и капель расплавленного материала. Эти капли могут воспламенить другие материалы и вызвать сильные вторичные ожоги кожи. Кроме того, при горении полиуретан разлагается с образованием токсичных газов, таких как изоцианаты, и имеет резкий, едкий запах.

Почему спандекс легко горит? Анализ химической структуры

Основная причина воспламеняемости спандекса заключается в его полиуретановой химической структуре, которая характеризуется высоким содержанием углеводородов и низкой температурой термического разложения.

Спандекс в основном состоит из мягкого полиэфира или полиуретана полиэфирного типа. Эта структура имеет два существенных недостатка в плане огнестойкости:

1. Высокое содержание углеводородов: Молекулярные цепи содержат большое количество групп –CH₂–, –O– и –NH–, которые являются горючими компонентами.
2. Низкая температура термического разложения: Спандекс имеет относительно низкую температуру воспламенения, начиная термическое разложение при температуре около 230–260 °C. Он быстро крекируется и выделяет горючие газы, такие как окись углерода и углеводороды, что приводит к очень высокой скорости горения.

Характеристики сгорания спандекса

Специфическое поведение спандекса при горении значительно отличается от поведения других волокон:

Свойство	Поведение при горении спандекса (полиуретана)
Трудности с зажиганием	Легко воспламеняется
Скорость горения	Быстрый
Цвет пламени	Яркое жёлтое пламя
Остатки сгорания	Расплавленные черные бусины
Запах	Резкий, едкий (токсичные пары)

Класс огнестойкости спандекса: каков его предельный кислородный индекс (LOI)?

Предельный кислородный индекс (LOI) спандекса составляетtel18–20%, что классифицирует его как легковоспламеняющийся материал.

Индекс предельной кислородной активности (LOI) — это основной показатель воспламеняемости материала. Он представляет собой минимальную концентрацию кислорода, необходимую для поддержания горения. Поскольку концентрация кислорода в воздухе составляет около 21%, любой материал с индексом LOI ниже 21% будет продолжать гореть в воздухе после воспламенения.

Показатель кислородного индекса спандекса значительно ниже этого 21%-ного порогового значения, что означает, что он способен к самоподдержанию горения на воздухе и не является самозатухающим.

Сравнение показателей LOI: спандекс против других волокон

По сравнению с обычными текстильными волокнами, спандекс обладает высокой воспламеняемостью. Вы можете щелкнуть по различным волокнам, перечисленным в таблице ниже, чтобы просмотреть подробную информацию об их свойствах горения или огнестойкости:

Тип волокна	LOI (лимитирующий кислородный индекс)	Класс воспламеняемости
Спандекс (полиуретан)	18–20%	Воспламеняющийся
Хлопок	18%	Воспламеняющийся
Полиэстер	20–22%	Горючий
Нейлон	20–22%	Горючий
Акрил	18.5%	Легковоспламеняющийся
Огнестойкий полиэстер	≥28%	Огнестойкий
Модакрил	28–32%	Огнестойкий
Арамид	28–30%	Огнестойкий / Самозатухающий
Стекловолокно	>100%	Негорючий

Как спандекс становится огнестойким? Три основных технических подхода

Поскольку спандекс по своей природе воспламеняется, для придания ему огнестойких свойств необходимо проводить химическую модификацию или отделку. Эти технологии в основном основаны на трех механизмах: разбавление в газовой фазе, изоляция слоем обугливания и улавливание свободных радикалов. Коммерчески доступный огнестойкий спандекс производится главным образом тремя способами:

Вариант 1: Модификация путем сополимеризации (по своей природе огнестойкий)

Это самый передовой и стабильный метод. На стадии полимеризации спандекса вводятся огнестойкие мономеры (например, производные ДОПО или фосфатные полиолы), содержащие фосфор, азот или кремний, благодаря чему огнестойкие элементы становятся неотъемлемой частью молекулярной цепи. Это основная технология, лежащая в основе Begoodtex FR Spandex, обеспечивающая постоянную, устойчивую к стирке безопасность. Узнайте больше о нашем продукте Ткань из спандекса, обладающая огнестойкими свойствами.

• Преимущества: Огнестойкость обеспечивается постоянными, стабильными, немигрирующими свойствами и устойчивостью к стирке (более 50 циклов).
• Недостатки: Высокая стоимость, сложный процесс синтеза и потенциальное незначительное снижение эластичности.
• Эффект: Показатель LOI может быть увеличен до 28–30%, что позволит получить класс огнестойкости.

Вариант 2: Огнезащитная добавка (физическое смешивание)

Это включает в себя физическое добавление огнезащитных порошков или жидкостей (таких как фосфор, азот или композитные огнезащитные агенты) в раствор для прядения спандекса или полимерную систему.

• Преимущества: Относительно простой процесс и более низкая стоимость.
• Недостатки: Огнезащитные вещества легко мигрируют (вымываются) и обладают низкой устойчивостью к стирке (их эффективность может снизиться после 10 стирок).
• Эффект: Показатель LOI увеличен до 24–27%.

Вариант 3: Огнезащитная обработка поверхности (после финишной обработки)

Этот метод предполагает нанесение огнезащитного покрытия или пропитки на поверхность готового спандексового волокна или ткани, содержащей спандекс (например, полиэфирно-спандексовой смеси). Распространенные системы включают фосфорно-азотные (PN) покрытия (например, Pyrovatex, Proban) или силиконовые покрытия.

• Преимущества: Подходит для смесовых тканей, минимально влияя на эластичность и тактильные ощущения.
• Недостатки: Наименьшая стойкость к стирке, обычно ухудшающаяся после 20-30 стирок.

Как тестируются эксплуатационные характеристики спандекса с антифрикционными свойствами? Распространенные методы и стандарты

Испытания на воспламеняемость в основном сосредоточены на скорости горения, времени самозатухания, поведении при плавлении/каплеобразовании и скорости потери массы для определения соответствия ткани определенным стандартам безопасности. Различные области применения соответствуют различным стандартам испытаний:

• NFPA 701 (США): В основном используется для штор, занавесок и других подвесных текстильных изделий. Требует, чтобы образец самозатух в течение 2 секунд после удаления пламени, с потерей массы менее 40% и без образования пламенных капель.
• EN ISO 11612 (ЕС): Стандарт для защитной одежды. Испытания включают, среди прочего, определение индекса теплопередачи (HTI) после 10 секунд контакта с пламенем температурой 650°C.
• FMVSS 302 (Автомобильная промышленность): Американский стандарт для материалов отделки салона автомобилей. Требует скорости горизонтального горения, не превышающей 100 мм/мин.
• BS 5852 (Великобритания): Используется для оценки огнестойкости мягкой мебели (например, диванов).

Типичные сценарии применения спандекса

Главное преимущество спандекса заключается в его высокой эластичности (растягивается в 5-8 раз по сравнению с первоначальной длиной) и превосходной способности восстанавливать форму. Его редко используют в чистом виде. Вместо этого его смешивают в качестве функционального компонента (обычно 2–25%) с такими волокнами, как хлопок, полиэстер и нейлон, и он находит широкое применение в одежде, домашнем текстиле и промышленности.

Применение в производстве одежды (2–25% спандекса)

• Спортивная одежда/Одежда для активного отдыха: Обеспечивает высокую эластичность, влагостойкость и воздухопроницаемость для брюк для йоги, велосипедной экипировки, компрессионной одежды и купальников (5–20% спандекса).
• Джинсовые/эластичные брюки: Обеспечивает комфорт, эластичность и восстановление формы после смятия (2–5% спандекса).
• Нижнее белье/корректирующее белье: Для коррекции фигуры необходима мягкая, облегающая ткань (10–25% спандекса).
• Носки/чулки: Сохраняет форму и предотвращает провисание (2–10% спандекса).

Домашний текстиль и промышленные изделия (2–10% спандекса)

• Мебель и предметы интерьера: Используется в эластичных чехлах для диванов, обивочных тканях для матрасов и обивочных материалах для сидений, чтобы улучшить посадку и предотвратить образование складок. При использовании в общественных местах (например, вtel, театрах) они должны быть обработаны огнезащитным составом в соответствии со стандартами NFPA 701 или BS 5852.
• Промышленная защита: В состав входит смесь огнестойкого хлопка или арамида (например, 97% огнестойкого хлопка + 3% огнестойкого спандекса) для повышения комфорта и свободы движений в защитной одежде (соответствует стандарту EN ISO 11612).
• Медицинский текстиль: Используется в эластичных компрессионных бинтах и ​​бандажах для обеспечения стабильного контроля давления.
• Интерьеры транспортных средств: Используется в обивочных материалах для сидений самолетов, метро и автомобилей, которые должны быть обработаны огнезащитным составом для соответствия таким стандартам, как FMVSS 302.

Вывод: спандекс легковоспламеняем, но его можно безопасно использовать с огнестойкой технологией

Спандекс действительно является легковоспламеняющимся волокном (показатель потери массы 18–20%), но благодаря использованию долговечных огнезащитных технологий (особенно сополимеризации или высокоэффективной отделки) он может обеспечить пожарную безопасность, сохраняя при этом свою эластичность.

В эпоху, когда безопасность текстильных изделий приобретает все большее значение, компании могут выбирать различные огнестойкие решения в зависимости от области применения. Для промышленной защитной одежды оптимальным выбором является огнестойкий спандекс, смешанный с огнестойким хлопком/арамидом. Для предметов домашнего обихода требуется прочное огнестойкое покрытие, соответствующее стандарту NFPA 701. Огнестойкий спандекс становится идеальным выбором для сочетания комфорта и безопасности.

Часто задаваемые вопросы