1、阻燃纤维摘要： 火灾频发，阻燃纤维更受关注，本文作者通过阅读文献和新闻，从阻燃纤维的阻燃机理，纤维阻燃改性方法和各种技术及国内外新型阻燃纤维成品举例，向本文读者介绍阻燃纤维的各种情况和其想法。关键词：火灾 阻燃纤维 机理 改性方法 技术 新型 举例最近国内火灾频发，引起了国家领导和广大群众的高度关注，我也看了和听了一些有关阻燃纤维的东西，虽说随着人民生活水平的提高和以人为本的安防意识的增强 纤维制品的阻燃性能越来越受到人们的关注。已经有很多国家和地区制定产品标准，规定交通工具，公共场所、老人、儿童使用的某些纤维制品必须具备阻燃性能。目前已经有芳纶1313等多种本质阻燃纤维应用于需要耐高温和阻燃
2、的工作环境 但通过阻燃剂共混 共聚、接枝改性等方法制取的常规阻燃纤维原材料易得，生产简便，价格相对低廉，仍是一般阻燃产品最常用的纤维原料应用于民用阻燃纺织品。但根据有关数据表明，2010年单上半年就有70000多起火灾（不含森林、草原、军队、矿井地下部分） ，特别是最近的上海1115特大火灾引起的反思，由于大部织品不阻燃而引起的潜在火灾也进一步增大，证明阻燃纤维的发展和应用还有带大幅提高。下面是一些有关阻燃纤维的内容：一、阻燃纤维的阻燃机理:可燃物燃烧需要足够的温度和氧气，燃烧难易程度可通过极限氧指数(LOI)来表征。通常情况下，空气氧浓度为21。因此。当LOI21时即表明该物质在空气中难以燃
3、烧。各种纤维的LOI值见表I。表I 各种纤维的LOI值() 【1】天然及合成纤维 阻燃及防火合成纤维棉、粘胶 l820 聚氯乙烯 3537羊毛 2425 芳香族聚酰胺 2537聚酰胺 2022聚酯 2022聚丙烯腈 1820聚苯并咪唑(PBI) 3043阻燃的基本原理是减少热分解过程中可燃气体的生成和阻碍气相燃烧过程中的基本反应。其次，吸收燃烧区域中的热量，稀释和隔离空气对阻止燃烧也有一定的作用。1 表面覆盖理论有些物质(如硼纱、硼酸等)加热时熔融，在纤维表面形成一层玻璃状的膜，阻碍氧的提供；或像磷化物那样，主要在固相产生作用，促进碳化，阻止可燃性气体的放出。有的阻燃剂也可能受热分解，产生不燃
4、性气体浮在纤维表面隔离空气或稀释可燃性气体。从而产生阻燃效应，如KHCO 3热分解产生的CO 2气体。2 吸热作用通过阻燃溶剂吸热脱水、相变、分解或其它吸热反应降低聚合物表面和燃烧区域的温度。从而减慢高聚物的热分解速度。这类化合物包括AL2O3,3H20，TiO 2，TiO 3，ZnO，BaO等。AL 2O3,3H20之所以能够抑制燃烧，是由于在加热时，这种三水化合物吸热，可延缓升温。当温度升到222 230C时，三水氧化铝分解成无水氧化铝和水，能更多地吸收热量，而水蒸气又可使可燃性气体稀释与冷却，从而达到阻燃目的。3 凝聚相阻燃主要是利用阻燃剂影响聚合物的分解过程，减少可燃性气体的产生。这种
5、方法对纤维素材料特别有效。纤维素受热时，可沿着两个方向发生热分解，它可以经过生成左旋葡聚糖的中间产物而形成挥发性的有机可燃性低分子物；另外，可以在酸性物质的催化下，形成水和不易燃烧的碳。4 气相阻燃通常认为，在聚合物燃烧过程中，大量生成的自由基促进气相燃烧反应。如能设法捕捉并能消灭这些自由基，就可控制燃烧，达到阻燃的目的。实践证明，通过添加少量具有捕捉自由基效果的抑制剂，可显著提高阻燃性能。这种方法对于防止以自由基机理进行的火焰传播，效果也很显著。5 尘粒的壁面效应当自由基与器壁或尘粒表面接触时，可能失去活性。在尘粒或容器壁面可发生下述反应： H+ 02一H0 2这样，由于在尘粒表面生成大量活
6、性比H 、HO等低得多的HO 2，从而可以抑制燃烧过程的继续进行。6 熔滴效应某些热塑性合成纤维，如聚酰胺、聚酯，在加热时发生收缩熔融，与空气的接触面积减少，甚至发生熔滴下落而离开火源，使燃烧受到一定的阻碍。二、 纤维阻燃改性方法纤维的阻燃可以通过成纤聚合物与阻燃剂的共聚或共混来实现，此方法称聚合物阻燃改性法。它能使纤维获得较为持久的阻燃性能，且对纤维的风格影响较小。对共混与共聚阻燃剂的共同要求是安全性：既包括阻燃剂本身的安全性，又包括其分解产物的安全性。 1 共聚法 【2】制取含磷卤素、硫等元素的可共聚单体并与成纤高聚物的单体共聚制得。目前，加聚型的聚丙烯腈和缩聚型的聚酯、聚酰胺类的生产主要
7、使用这种方法。共聚法要求共聚单体在聚合的高温条件下不发生分解，无副反应发生，不能对纤维性能产生严重影响。所得阻燃纤维具有耐久的阻燃性能，但生产流程长，成本高于共混法。2 共混法将阻燃剂加入纺丝熔体或溶液中纺制阻燃纤维的方法 常用于聚丙烯纤维、聚丙烯腈和聚酯纤维的阻燃改性。由此法生产的纤维中阻燃剂与成纤大分子缺乏化学连接，故耐久性不如前者。但加工成本低，应用广泛。如何降低阻燃剂颗粒的粒径 提高阻燃剂的分散性和相容性，是共混法阻燃改性的主要研究内容。3 皮芯复合纺丝法以共混或共聚阻燃高聚物为芯、普通高聚物为皮，通过复合纺丝制成的阻燃复合纤维，可避免阻燃纤维变色和耐光性差的问题，提高阻燃性能的稳定性
8、和染色性能，但加工设备要求高。4 接枝共聚法包括辐射接枝法和化学接枝法，接枝单体多为含磷卤的反应型化合物。多用于聚酯 聚乙烯醇等纤维的阻燃改性，有良好的耐久性。采用气相接枝时有更高的生产效率。三、合成纤维阻燃技术及市场发展 【3】1 无机阻燃剂超细化及纳米技术无机阻燃剂的超细化已成为当今阻燃技术开发的一个热点。采用物理或化学方法将固体阻燃剂分散成为l100nm大小微粒的方法，称为纳米阻燃技术。物理方法有蒸发冷凝法、机械破碎法；化学方法有气相反应法、液相法。例如使三氧化二锑穿过等离子弧的尾气反应蒸发区蒸发，然后进入冷凝室进行急冷，就能得到0275nm的三氧化二锑粒子。阻燃剂超细化处理技术，不仅可
9、以提高阻燃效率，降低阻燃剂用量，而且对于改善阻燃剂的发烟性、耐候性和着色性都会产生很大的影响。近年来，国外开发的胶体三氧化二锑具有粒径较小(小于100nm)、易分散、着色强度低等特点，在阻燃纤维的实际应用中取得了较好的效果。2 硅系阻燃体系硅系列阻燃改性新方法包括有机硅系阻燃剂以及无机硅系阻燃剂，有机硅系阻燃剂主要为硅氧烷类化合物，例如采用硅系树脂型阻燃剂的阻燃聚丙烯腈纤维，具有燃烧时无有毒气体生成，且不熔融滴落等优点。目前无机硅系阻燃剂主要采用聚酰胺无机粘土纳米复合材料的形式。国外也已经研究在聚酯聚合过程中或纺丝熔体中加入纳米层硅酸盐材料来改性聚酯材料的物理机械性能以及燃烧性能等。国内中科院
10、化学研究所也已开展了这方面的研究工作，并取得了一定的成就。3 微胶囊技术微胶囊技术就是把阻燃剂微粒包裹起来，例如用硅烷、钛酸酯对氢氧化铝、氢氧化镁进行表面处理；或者将阻燃剂吸附在无机物载体的空隙中，形成蜂窝状微胶囊阻燃剂，这样可以改善阻燃剂与聚合物的相容性。硅烷分子、钛酸酯分子在氢氧化铝、氢氧化镁颗粒表面形成“分子膜层” ，在阻燃剂与聚合物之间塔起了“桥键” ；采用硅酸盐、有机硅树脂，可以使易热分解的有机阻燃剂被很好地保护起来，从而有效地改善阻燃剂的热稳定性。国内外对红磷、聚磷酸铵等阻燃剂的微胶囊化作了大量的研究，微胶囊化的红磷与聚酰胺共混纺丝也能获得具有自熄性能的阻燃聚酰胺纤维，微胶囊化的聚
11、磷酸铵也可用于聚丙烯纤维的阻燃。4 复配技术在对材料进行阻燃处理过程中，发现某些阻燃剂同时使用会取得很好的协同效应，获得更理想的阻燃效果。例如磷加卤、锑加卤、磷加氮、磷加结晶水化合物等，这种复配方法称为复配技术。卤素磷信硅化合物的复配应用，其阻燃效果更为理想，卤素、磷和硅具有阻燃协同效应。高温下，卤素、磷促进炭的生成，硅增加这些炭层的热稳定性，并且用硅氧烷代替硅烷时，磷稚 两元素的阻燃协同作用得到了进一步的加强。5 功能复合化阻燃剂的功能复合化正在成为一种新的发展趋势，现在世界各国正在开发具有双功能和多功能的阻燃剂。以期通过加入一种复合材料就可以起到阻燃抗静电性或阻燃易染色性、阻燃抗菌性的双功
12、能和多功能性，例如采用抗静电阻燃剂与聚酯切片共混纺丝的方法制备了抗静电阻燃聚酯纤维。目前，欧美与日本等国家已生产出了氢氧化铝、二氧化硅、硼酸锌等具有阻燃、抑烟功能的无机物与三氧化二锑的无机复合型阻燃剂。用氟化物对阻燃纤维进行处理不仅有助于纤维的阻燃持久性，而且可以有效地改善纤维的防水性能。6 合纤阻燃发展方向合成纤维阻燃技术的发展应向多功能化方向发展，在提高阻燃效率的同时，使纤维同时具有其它方面性能，例如阻燃常温易染聚酯纤维等；提高阻燃剂在纤维中的相容性和混和均匀性；新型阻燃体系在纤维阻燃改性中的应用等，使得阻燃纤维产业化的市场前景将十分广阔。四、国内外阻燃纤维研制举例美国UniFi公司推出了
13、旗下首个具有永久阻燃功能的再生涤纶纤维RepreveFR，该纤维已经被美国Momentum纺织公司用来生产医用隐私幕帘。日本仓敷纺织公司开发开发的“EBRIQ防火”产品是采用环保、无卤型阻燃性单体通过电子束接枝聚合技术制得的。此产品已获得日本防火制品认证，从7月开始将以日本及欧美市场为中心开始销售，主要应用于工作衣、家纺及外衣等产品。日本了帝人纤维公司推出了无卤阻燃聚酯纤维Super Extar ，是在纤维中直接搀杂了阻燃剂的纤维，因此具有耐洗性。而且即使燃烧也不会析出有毒的氰气或卤气，只产生微量的一氧化碳及烟雾。目前该纤维已应用于窗帘等家用纺织品。我国烟台氨纶股份有限公司的永久阻燃高性能纤维
14、纽士达间位芳纶具有优异的耐热、阻燃性，限氧指数大于28%，有很好的热稳定性，可在220高温下长期使用，尺寸稳定性极佳，250热收缩率仅为1%。同时高温下不会熔融、融滴，400以上才开始分解、碳化。除此之外，纽士达间位芳纶还有极佳的电绝缘性、杰出的化学稳定性、优良的机械特性、超强的耐辐射性。可广泛应用于高温粉尘过滤、耐高温工业用毡、汽车胶管、耐热工装、消防服、军用作训服、家庭及宾馆用阻燃纺织品等领域。江苏吴江润泰织造有限公司开发的一款“阻燃麂皮绒” ，该织物经丝采用105D阻燃海岛复合丝，纬丝涤纶DTY300D阻燃丝为原料，选用缎纹组织在喷水织机上织造工艺别具匠心，染整技术先进，具有较好的阻燃性
15、能。产品可用作家居装饰面料，汽车、飞机的内饰材料等。 【4】其他国家也在投入大量资金研制新型阻燃纤维如：德国研制出的TreviraCS新型面料等。但很重要的一点就是现在真正有用的阻燃纤维价格相对普通纤维仍高出很多，对其推广造成很大阻碍。总而言之，为了保证人民生活的安全，减少火灾的发生率及其造成的危害，我国及世界各国企业和科研机构都在努力研制更好更翻遍及廉价的阻燃纤维。主要参考文献：1:杜红丽等，阻燃纤维及其最新研究进展，陕西纺织，20062，40-42.2:邹振高等，常规阻燃纤维的技术现状与发展趋势，纺织导报，20063,45-49.3:凌海，阻燃纤维与纺织品的研究发展概述，广西防治科技，2010.393,42.69-70.4:知识之窗，国内外最新开发的阻燃纤维，纺织装饰科技，20094,26-27.
