飞机座椅垫用聚氨酯软质泡沫发展现状及适航标准

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2007年第 22卷第 4期 聚氨酯工业 2007. Vol. 22 No. 4
POLYURETHANE INDUSTRY
·5·
飞机座椅垫用聚氨酯软质泡沫发展现状及适航标准
李秉海　欧育湘
(北京理工大学国家专业阻燃实验室　100081)
摘　要 :简述了飞机座椅用聚氨酯软质泡沫的发展现状及阻燃聚氨酯软泡的研究进展 ,展望了用于飞机座椅的聚氨酯材料的市场和前景。详细介绍了美国联邦航空局 ( FAA )及空中客车公司适
用于飞机座椅垫的适航标准。
关键词 :聚氨酯 ;软质泡沫 ;飞机座椅垫 ;阻燃
涉及到维修的问题
,而座椅垫则需要更换 ,一般 3～
4年更换一次。有了这种市场需求 ,也就有了航空座椅垫设计和生产厂商 ,并促进了航空级聚氨酯泡沫的研制生产。
2007年 3月 ,国务院批准了中国大飞机的研制计划 ,国家将投资 500～600亿人民币同时进行军用大飞机和民用大飞机的研制。大飞机项目的启动 ,将极大地带动相关产业的发展 ,包括金属材料、复合材料、高分子材料等等。聚氨酯泡沫作为飞机座椅部分也将迎来很好的市场前景。
1　飞机座椅用聚氨酯软泡的发展
飞机座椅较早使用的座椅垫泡沫是聚氨酯块状泡沫切割而成 ,并不阻燃。 20世纪 80年代之后 ,国外飞机座椅制造商开始使用热熟化聚氨酯泡沫作为飞机座椅垫材料 ,典型的有意大利的 AV IO公司。 20世纪 90年代 ,国内民航零部件供应商换装的第一批飞机座椅垫泡沫芯就是热熟化制品 ,换装的飞机数量超过 100架。但是 ,热熟化聚氨酯泡沫制品的机械性能和阻燃性能均较差 ,生产中的能耗较高 ,由于生产中使用较多的模具 ,使投资成本增加。用于热熟化聚氨酯泡沫制品的模具均为手工钣金敲制 ,模具之间存在尺寸差别影响产品的外观 ,难于保证产品外观的重复性。因此 ,在冷熟化高回弹聚氨

较高的弹性、低的滞后损失、较高的压缩负荷比以及较好的耐燃性 [1]。目前 ,民航飞机座椅上使用的座椅垫均为冷熟化高回弹聚氨酯软泡制品。
　　截至 2006年底 ,中国民航拥有飞机 900架左右 ,这些飞机主要来自波音和空中客车公司。据预
随着技术的进步 ,用于飞机座椅垫的材料也发生着变化。目前在部分波音 747飞机上 ,座椅靠背使用了涤纶中空纤维 ,但坐垫仍然是聚氨酯软泡材料。日本帝人 ( Teijin)公司开发了一种新的聚酯纤维坐垫 ,各项机械性能可与聚氨酯软泡相媲美 ,而且比聚氨酯材料轻 30% ,无毒且可回收。长时间坐在高弹性的泡沫坐垫上会导致疲劳 ,这是人身体重量产生的压力分布不均造成的 ,针对高回弹泡沫这一缺陷 ,美国开始在战斗机飞行员座椅上使用慢回弹聚氨酯软泡 ,也许不久将会在客机上使用。

2　适航标准
1984年 ,美国联邦航空局 ( FAA )颁布条例对飞机座椅的阻燃性能提出要求 [2]。随后 ,中国民航总局参照联邦航空条例 ( FAR )也颁布了有关飞机材料阻燃性能的中国民用航空条例 ,即 CCAR225,中国民用航空规章第 25部运输类飞机适航标准。其中适用于飞机座椅垫部分的燃烧标准是垂直燃烧试验和油燃烧试验 ,空中客车公司除了上述 2项试验外增加了烟雾与毒性要求。
2. 1　垂直燃烧试验
垂直燃烧试验装置见图 1。试验规范及要求见表 1。该项试验在不鼓风的实验箱中进行 ,3个样品

·6·聚氨酯工业　　　　　第 22卷
为一组 ,取其平均值作为试验结果。
图 1　FAR Part 25垂直燃烧试验表 1　垂直燃烧试验规范及要求
规范及要求
规范及要求
样品  3组 ,每组包括一个坐垫和一个背垫 ;
坐垫 : 508 mm  ×457 mm  ×102 mm;
背垫 : 635 mm ×457 mm ×51 mm
火源 煤油本生灯 ,水平放置 ,每小时燃烧  
2加仑煤油
要求
　施加火焰时间 /m in  2
　最大烧焦长度 /mm  < 432
　平均失重率 /%  < 10
实验中座椅垫是对飞机中使用的产品的模拟 ,座椅垫的零部件组成与真实产品相同 ,仅仅外形尺寸被理想化了 ,坐垫和背垫都是长方体。为了增加防火性能 ,座椅垫除了聚氨酯软泡和外罩以外 ,往往在二者中间增加一层挡火层 ,挡火层是一种织物 ,它的功能成分是凯夫拉 ( kevlar)纤维和碳纤维 ,挡火层的阻燃性能优异。因此 ,用于油燃烧实验的座椅垫由聚氨酯软泡、挡火层和外套组成。
图 2　座椅垫油燃烧试验

2. 3　烟密度和毒性
美国联邦航空局并没有强制要求烟密度与毒性测试 ,但空中客车公司对其所有飞机上使用的可燃
[3]。烟密度试验可以测定 4 min内的特别光密度 Ds (对电
区域的所有零部件的毒性试验必须在国家标准局 (NBS)制定的烟箱中进行 ,见如图 3。
图 3　NBS烟箱结构
烟密度测试是同时进行的 ,试验中使用的是 D rager试管。氯化氢 (HCl)和氟化氢 (HF)可以直接分析出来 ,其它有毒气体先被抽入胶卷袋后再进行分析。允许的气体最大浓度值见表 3。
表 3　空客材料试验规范规定的毒性气体最大浓度值
气体 最大浓度 / ×10 -6  
HF  100  
HCl  150  
HCN  150  
SO2 /H2 S  100  
CO  1000  
NO /NO2  100
我国也制定了相应的材料燃烧烟雾毒性行业技术标准 ,如 HB 6577—92民用机舱内部非金属材料烟密度试验方法和 HB 7066—94民用机舱内部非金属材料燃烧产生毒性气体的测试方法。目前 ,只有上海飞机设计研究所 (航空 640所 )可以按照上述标准进行材料烟雾毒性测试。


第 4期　　　　　　　李秉海等 ·飞机座椅垫用聚氨酯软质泡沫发展现状及适航标准·7·

DevelopmentandAirworthinessRegulationsof Flexible Polyurethane
Foams Used asAircraft SeatCushion
L i B inghai　Ou Yuxiang
(NationalLaboratoryofFlameRetardantMaterials,Beijing InstituteofTechnology, 100081)
Abstract: The history of flexible polyurethane foams used as aircraft seat cushion and research progress of flame retardedflexiblepolyurethanefoamswere summarizedin thisreview. Therewouldbeahugepotentialmarket forpolyurethanematerialswithfastdevelopmentoftheairtransportation. TheregulationsofFAAandAirbusforair2 craft seat cushion were introduced in detail.
Keywords: polyurethane; flexible foams; aircraft seat cushion; flame retardant作者简介　李秉海　男 , 1971出生 ,北京理工大学博士生 ,研究方向为阻燃材料与材料改性 ,有 6年的飞机座椅垫的设计与制造经验。
3　飞机座椅垫聚氨酯软泡的阻燃
欲获得阻燃聚氨酯软泡 ,一般有添加法和反应接枝法 2种方法。添加型阻燃剂以液态阻燃剂为主 ,液体阻燃剂主要是含磷、氯、溴元素的有机化合物 ,如三 (22氯丙基 )磷酸酯 ( TCPP)、三 (22氯乙基 )磷酸酯 ( TCEP)、三 (二氯丙基 )磷酸酯 ( TDCPP)、四
(22氯乙基 )亚乙基二磷酸酯、甲基膦酸二甲酯 (DMMP)、多溴二苯醚、 BP60等等 [4]。固态阻燃剂如三聚氰胺、三氧化锑、氢氧化铝、硼酸盐、聚磷酸铵、三 (2, 32二溴丙基 )异三聚氰胺酯等也用于聚氨酯泡沫塑料的阻燃 [5]。用于聚氨酯软泡的反应型阻燃剂主要有三 (一缩二丙二醇 )亚磷酸酯 ,但其主

(二氯丙基 )磷酸酯 ( TDCPP)的 1/2 [6]。国内有人研究发明了一种纳米级难燃聚合物聚醚多元醇 [7] ,其中不含磷、卤等阻燃元素 ,用其制备的聚氨酯高回弹软泡的氧指数高达 28% ,烟密度小于 60%。
由于飞机座椅垫油燃烧测试时的温度高达 1000℃,对聚氨酯软泡的阻燃性能要求很高 ,要求阻燃剂的阻燃效率较高 ;尽管目前国内适航规范还没有要求烟毒测试 ,但与空客看齐只是时间问题 ,这就要求聚氨酯软泡阻燃无卤化 ;对装备飞机的零部件的重量有严格要求 ,尤其是维修时更换的零部件 ,如果超重将使飞机的重心发生变化 ,造成安全隐患 ,使用密度较大的固体阻燃剂将使座椅垫重量增加。因
2　FederalAviationRegulations (FAR ) Part25AirworthinessStand2 ards:TransportCategoryAirplanes. Section853 (a)&(b). Federal AviationAdministration, Washington, DC, USA (1984).
3　Airbus Industrie: smoke and toxicity requirements, Material Test Specification. ABD 0031 (2003). 4　刘益军 ,柏松 .聚氨酯泡沫塑料的阻燃 .塑料工业 , 2003, 31
(10): 1～4 5　欧育湘 ,王传广 ,徐永江 .阻燃聚氨酯泡沫塑料 ( PUF).塑料科技 , 1996, (6) : 3～6 6　欧育湘 .无卤、低烟、低毒阻燃聚氨酯泡沫塑料 .江苏化工 , 2000, 28 (9) : 22～23
7　朱吕民 ,钱文浩 ,郭琦 .纳米级难燃聚合物聚醚多元醇及其制备方法和应用 . CN 1346836A (2002)
收稿日期　 2007-05-13　　修回日期　 2007-07-06