飞机座椅适用标准

规范及要求
3个 ,规格 75 mm ×305 mm ×13 mm 本生灯或 Tirill灯 ,内径 10 mm ,
甲烷火焰 38 mm 高 ,火焰温度 843℃
12 ≤152 ≤15
≤3
2. 2 座椅垫油燃烧试验 座椅垫油燃烧试验是为了限制飞机座椅垫对火
焰传播和烟释放的贡献 ,试验装置见图 2,试验规范 及要求见表 2。本项试验使用的是煤油燃烧器 ,模 拟飞机失事后舱内起火 。通过限制座椅垫的烧焦长
参 考 文 献
1 朱吕民 ,刘益军. 聚氨酯泡沫塑料. 北京 :化学工业出版社 , 2005, 357～359
2 Federal Aviation Regulations ( FAR ) Part 25 A irworthiness Stand2 ards: Transport Category A irp lanes. Section 853 ( a) & ( b) . Federal Aviation Adm inistration, W ashington, DC, USA ( 1984) .
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
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
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·
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 (DMM P) 、多溴二苯醚 、B P60 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 要用于火焰复合软泡的阻燃 。德国 Clariant公司开 发了 一 种 反 应 型 无 卤 含 磷 二 元 醇 产 品 Exolit OP 550,添加这种阻燃剂制得的阻燃聚醚型聚氨酯软 泡 ,阻燃性持久 ,成雾性较低 。对各种密度的聚醚型 软质聚氨酯泡沫塑料 ,在美国 FMVSS 302试验中获 得自熄性所需的阻燃剂用量 , Exolit OP 550 仅为三 (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%。
度来限制火焰传播 。规定座椅垫的燃烧失重率在 10%以内 ,这限制了座椅对热释放和烟释放的贡献 。
表 2 座椅垫油燃烧试验规范及要求
样品
火源
要求 施加火焰时间 /m in 最大烧焦长度 /mm 平均失重率 / %
规范及要求
3组 ,每组包括一个坐垫和一个背垫 ; 坐垫 : 508 mm ×457 mm ×102 mm;
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 零部件要求进行烟密度和毒性的附加试验 [ 3 ] 。烟 密度试验可以测定 4 m in内的特别光密度 D s (对电 线则是 16 m in) 。空客指令 ABD 0031 规定了位于 机身内增压区域的所有零部件的最大烟密度 Dm。 其中座椅垫 Dm 为有焰 200,无焰 150。机身内增压 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 ×10 - 6
100 150 150 100 1000 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 。
酯发泡工艺出现之后 ,热熟化发泡工艺很快被冷熟 化工艺所取代 。冷熟化高回弹泡沫制品具有较高的 拉伸强度及撕裂强度 、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 。
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 。
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
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)
此 ,考虑上述情况就对飞机座椅垫所用的聚氨酯软 泡的阻燃性能提出了更高要求 。
4 结束语
火灾意味着生命和财产的损失 ,对飞机来说尤 其如此 ,火灾导致空难 ,飞机火灾给扑救带来困难 , 这就要求材料难于着火 ;着火后缓慢释放热量 ;释放 尽量少的烟雾和毒气 ,一切都是为旅客逃生赢得以 秒计算的时间 。飞机座椅垫是飞机客舱中的重要部 件 ,且与旅客直接接触 ,是座椅上最大的易燃非金属 件 。因此 ,聚氨酯泡沫的阻燃是非常重要的 。越来 越严格的法规使聚氨酯泡沫的阻燃面临着挑战 ,同 时巨大的航空市场也给它带来了机遇 。
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 测 ,未来 20年中国需要购买飞机 2000多架 ,新飞机 买来时装备有座椅 ,座椅也由波音或空中客车公司 的设备供应商提供 。航空座椅的寿命一般较长 ,只 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 。
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
(N a tiona l L abora tory of F lam e R eta rdan t M a teria ls, B eijing Institu te of Technology, 100081) Abstract: The history of flexible polyurethane foam s used as aircraft seat cushion and research p rogress of flam e retarded flexible polyurethane foam s were summarized in this review. There would be a huge potential market for polyurethane materials w ith fast developm ent of the air transportation. The regulations of FAA and A irbus for air2 craft seat cushion were introduced in detail. Keywords: polyurethane; flexible foam s; aircraft seat cushion; flame retardant
3 A irbus 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
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· 为一组 ,取其平均值作为试验结果 。
聚氨酯工业
第 22卷
图 1 FAR Part 25 垂直燃烧试验 表 1 垂直燃烧试验规范及要求
样品 火源
要求 施加火焰时间 / s 烧焦长度 /mm 离火燃烧时间 / s 熔滴燃烧时间 / s
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
HF HCl HCN SO2 /H2 S CO NO /NO2
收稿日期 2007 - 05 - 13 修回日期 2007 - 07 - 06
D evelopm en t and A irworth iness Regula tion s of Flex ible Polyurethane Foam s Used a s A ircraft Sea t Cush ion L i B inghai Ou Yuxiang
2007年第 22卷 第 4期 2007. Vol. 22 No. 4
聚氨酯工业 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
背垫 : 635 mm ×457 mm ×51 mm 煤油本生灯 ,水平放置 ,每小时燃烧
2加仑煤油
2 < 432 < 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 。