《高技术纤维概论》教学课件—06阻燃纤维

高技术纤维概论
纤维的燃烧性能
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纤维的燃烧是材料和高温热源接触，吸收热量后发生 热解反应，热解反应生成易燃气体，易燃气体在氧存在的 条件下，发生燃烧，燃烧产生的热量被纤维吸收后，又促 进了纤维继续热解和进一步燃烧，形成一个循环，如图61所示。
阻燃剂及其阻燃作用
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➢ 阻燃剂
最常使用的阻燃剂是以元素周期系中第Ⅲ族的硼和铝，第Ⅴ族的氮、 磷、锑、铋，第Ⅵ族中的硫，第Ⅶ族的氯和溴等一些阻燃元素为基础的 某些化合物。此外，镁、钡、锌、锡、钛、铁、锆和钼的化合物也有所 应用，而大多数的有机阻燃剂是以磷和溴为阻燃中心元素的化合物。
(2) M-850 是日本公司生产的与磷酸酯一类增塑剂混合挤出的PP阻
燃剂。当有效组分的加入量为2%左右时，聚丙烯纤维的LOI可达30%以上。
(3) Sandoflam5070阻燃母粒 是瑞士Sandoz公司推出的阻燃聚
丙烯母粒，它是一种高效的阻燃剂。突出的是阻燃聚丙烯纤维的机械物理 性能与普通聚丙烯纤维相差不大。
阻燃聚酯纤维
聚酯纤维的 阻燃改性
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共混阻 燃改性
共聚阻 燃改性
皮芯复合 纺丝阻燃
改性
其他方法
阻燃剂接 枝共聚阻 燃改性
阻燃后 整理法
阻燃剂 吸收法
纤维表 面卤化
阻燃聚酯纤维
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聚酯纤维改性用阻燃剂的选择
所用阻燃剂的热特性必须与聚酯相匹配。要求 在聚酯基体燃烧前分解，即阻燃剂的分解温度应 略小于聚酯的分解温度，以确保它的阻燃效能； 阻燃剂应具有较细的粒度，一般要求平均粒径 小于0.5mm，大于lmm的粒子不得超过10%； 阻燃剂在聚酯熔体中有良好的分散性和相容性； 阻燃剂应基本无毒、无味。
聚丙烯纤维与大多数合成纤维一样，属于易燃材料，其 极限氧指数（LOI）为17，且燃烧时产生大量熔滴，极易传 播火焰，这一点限制了其使用范围，因此解决聚丙烯纤维的 阻燃问题，对聚丙烯纤维的发展起着很大的作用， 也是化 纤行业中的一个重要课题。
阻燃聚丙烯纤维
聚丙烯纤维的燃烧性能
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阻燃聚丙烯纤维
➢阻燃作用
注意：所谓“阻燃”，并不表示阻燃纺织品在接触火源时不会燃烧， 而是织物在火中能尽可能降低可燃性，减缓蔓延速度，不形成大面积 燃烧，而离开火焰后能很快自熄，不再燃烧或阴燃。
阻燃剂主要通过吸热作用、覆盖作用、抑制链反应、气体稀释作用 和凝聚相阻燃等发挥阻燃效果。
Hale Waihona Puke 阻燃剂及其阻燃作用高技术纤维概论
涂层法：一般是在纤维制成后或在生产过程中(纤维处于凝 胶状态时)，将三氧化二锑同含卤素的阻燃剂以乳胶状态涂 敷于纤维的表面。
阻燃黏胶纤维
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黏胶纤维的阻燃改性
目前研究较多并己经工业化生产的阻燃黏胶纤维主要 是采用添加阻燃剂法。
阻燃黏胶纤维 阻燃黏胶纤维的应用
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阻燃黏胶纤维
(4) 促进聚合物成碳，减少可燃性气体的生成。在材料表 面形成一层膨胀多孔的均质碳层，起到隔热、隔氧、抑烟、 防止熔滴的作用，达到阻燃的目的。
阻燃聚丙烯纤维
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典型的聚丙烯阻燃剂(母粒)及阻燃聚丙烯纤维
(1) TBS-2EO-H 是日华化学公司专用于纤维和织物阻燃的一种高
效阻燃剂，适应于聚丙烯阻燃。既可用于共聚合，也可用于共混。
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通过综合考虑聚合物的几种通用阻燃策略以及PP自身的 特殊性，认为PP的阻燃研究主要从如下三个方面着手：
通过终止高活 性H·和HO·来 干扰聚合物降
解过程
通过形成炭保 护层，隔绝氧 和热或通过吸 热反应降低燃 烧热量来干扰 聚合物燃烧
气相阻燃和 固相阻燃协 同作用
阻燃聚丙烯纤维
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阻燃方案
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移除热量 提高热分解温度
降低燃烧区与氧气的接触
改变燃烧氧化机理，提高点燃温度等
降低可燃性挥发物的生成，提高炭的生成量
纤维的阻燃性能表征
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阻燃后织物可燃性的评定方法包括： （a）点火性，即着火点高低，表示织物起火的难易； （b）燃烧性能，即在特定条件下，沿着样品燃烧的速率。
阻燃聚酯纤维
聚酯用阻燃剂种类
1、卤系阻燃剂 2、磷系阻燃剂 3、结构型阻燃剂 4、硅系阻燃体系
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阻燃聚酯纤维
阻燃聚酯纤维的用途
产业纺织品
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防 护 服
用途
建筑 内装 饰材 料
交通工具内装饰材料
阻燃聚丙烯纤维
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概述
聚丙烯(PP)纤维在我国的商品名为丙纶，是成本最低的 一种合成纤维。它具有密度小、强力高、不起球、不吸温、 耐腐蚀和保暖性好等特点。
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阻燃聚酯纤维
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聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethyleneterephthalate， 简称PET)是一种应用广泛的聚合物，主要用途是作为合成纤 维。聚酯纤维具有断裂强度、弹性模量高，回弹性适中，抗 皱性优异，耐热和耐光性好，织物具有洗可穿性等诸多优点， 其纺织品应用广泛，已经成为用途最广、耗量最大的品种。
聚丙烯纤维的阻燃改性
目前聚丙烯阻燃的方法有： (1) 终止自由基链反应：如卤系阻燃剂在较高的温度下分
解，释放HX，HX与PP燃烧过程中产生的自由基作用，从而 达到阻燃目的。
(2) 吸收热分解产生的热量，降低体系温度。如氢氧化铝、 氢氧化镁及硼酸类无机阻燃剂是典型代表。
(3) 稀释可燃性物质的浓度和氧气浓度，使之降至着火点 以下。
剂用量 。
（2）有机磷系阻燃剂的应用趋势 发展高分子量的有机磷系阻燃剂； 大力发展反应型有机磷系阻燃剂 ，提高材料的综合性能； 发展膨胀型有机磷系阻燃剂。
阻燃剂及其阻燃作用
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（3）有机卤系阻燃剂的应用趋势
有机卤系阻燃剂中，溴系阻燃剂以其阻燃效果好、添加 量少等优点受到人们的青睐，在有机阻燃剂中占有重要地位。
具体的测试方法如下 燃烧实验法
极限氧指数法 发烟性实验法 闪点和自然点测定法 阻燃整理热分析 锥形量热仪测试法
阻燃纤维的用途
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下面仅列举了几个主要的应用方面：
室内装饰材料：包括窗帘、帷幔，地毯，墙布，桌布，衣服衬 里、儿童绒毛玩具以及沙发套、家具的各种包装材料等；
床上用品：床上用的各种纺织品。儿童、老人以及病人的睡衣 等服饰，医院病房中所采用的所有纺织品材料；
(4) 阻燃聚丙烯/聚酯共混纤维 是运用纺前添加共混加工技术
而纺制成的以聚丙烯为连续相，聚酯和共聚酯、复合阻燃剂为分散相的丙 涤共混阻燃纤维。
阻燃聚丙烯纤维
阻燃聚丙烯纤维的应用
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阻燃聚丙烯纤维主要用于室内铺饰织物，如地毯、壁 毯、沙发布、窗帘和床上用品等。
在工业用途方面，可用于加工成阻燃性过滤布、滤油 毡、绳索等。阻燃聚丙烯长丝适合变形加工，加弹丝在 针织机上织造性能良好，在纬编大圆机及经编机上可加 工成针织沙发面料、外层窗帘布等产品，这些产品具有 弹性好、透气、花型立体感强的特点。
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概述：
黏胶纤维是以天然纤维素(浆粕)为基本原料，经纤维素 磺酸酯溶液纺制而成的再生纤维素纤维。
阻燃黏胶纤维
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阻燃黏胶纤维
黏胶纤维的燃烧性能
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Tg,Tm
Tp,Tc
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黏胶纤维的裂解 黏胶纤维的燃烧
阻燃黏胶纤维
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黏胶纤维的阻燃改性
添加法(共混法):将阻燃剂在纺丝前添加于纺丝原液中，制 成具有阻燃性的黏胶纤维。在这种情况下，为了达到阻燃的 要求，在黏胶原液中就需要添加大量的阻燃剂，通常是纤维 重量的15%~20%。由于阻燃剂是在纺丝之前加入到黏胶原 液中，这就要求阻燃剂不仅要耐碱、耐酸、耐热性优良，而 且不溶于水等。
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阻燃聚丙烯纤维
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阻燃聚丙烯纤维
聚丙烯纤维的阻燃改性
阻燃剂在经久不息的加 工温度下必须是热稳 定的
阻燃剂必须能够长 久的保持其阻燃作用
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阻燃剂不能与聚丙烯发 生反应，但又必须与聚 丙烯很好地相容，不 能有析出和迁移效 应
阻燃剂不应有 毒，燃烧时不产生 毒性和腐蚀性气体
交通工具：汽车、火车、飞机以及轮船等内部装饰布料，各种 纺织品材料等；
军事方面：军事装备中的帐篷、篷布以及各种伪装材料，作战 服等；
防护材料：各种消防员服装，石油、炼铁工人的服装以及从事 实验、研究等的工作服；
工业用材料：阻燃非织造布，高温过滤材料，输送带等用的纤 维材料。
阻燃黏胶纤维
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不影响手感(纺织品)，不影响着色等； 使用简便，成本低廉。
阻燃剂及其阻燃作用
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阻燃剂在阻燃纤维中的应用趋势
（1）无机阻燃剂的应用趋势 阻燃剂粒径的超细化,减小对所添加材料的物理和机械性能的
影响； 用表面化学方法来处理无机阻燃剂，使其增加与高分子材料
的亲和力； 开发高效复合型阻燃剂，既可增强阻燃效果，亦可减少阻燃
阻燃剂的选择
阻燃剂是用以提高材料抗燃烧性，即阻止材料被引燃及抑 制火焰传播的助剂。 应具备下列的基本条件： 既能阻止有焰燃烧，又能抑制无焰燃烧(阴燃)； 用量较少，效率较高； 无毒，其热解燃烧产物少烟、低毒、无刺激性和腐蚀性； 对光和热的稳定性适中，不易挥发、不易渗出、不易水解，
要求其在阻燃物质受热时能分解出发挥阻燃作用的物质； 原材料的物理机械性能基本不受影响，不损害绝缘性，
开发挥发性低、热稳定性好的阻燃增效剂； 开发能与热塑性塑料反应形成交联结构的阻燃剂，使其发
挥阻燃作用的同时，还能改善塑料的机械性能； 开发性能独特、毒性低、挥发性低的高溴含量的阻燃剂。
纤维的阻燃改性方法
与其他高分子材 料一样，纤维与纺 织品的燃烧过程非 常复杂，其燃烧分 解过程可以简单的 用图6-2表示。根据 纤维与纺织品燃烧 的过程，其阻燃方 案可以从五个方面 进行。
高技术纤维概论
Flame Retardant Functional Fiber
阻燃功能纤维
基础知识 ：
高技术纤维概论
阻燃纤维——无处不在
阻燃纤维
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根据纤维的燃烧性能以及极限氧指数,可将阻燃纤维分为 不燃性纤维、难燃纤维、可燃纤维和易燃纤维四大类(表6-1 和表6-2)。
想一想： 极限氧指 数定义？？
聚酯纤维（涤纶）和其他热塑性合成纤维材料一样，受 热熔融、分解、燃烧，并且具有熔融滴落的现象，聚酯纤维 的极限氧指数仅为21左右，达不到阻燃标准要求。自20世纪 70年代初开始，随着聚酯纤维的大量生产和应用，人们开始 注意研究和开发阻燃涤纶品种。
阻燃聚酯纤维
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聚酯纤维的燃烧性能
PET的热分解特性在杂链聚合物中是典型的无规断链。 PET的热稳定性很好，但对杂质很敏感。纯PET 250～300℃ 开始降解，在350℃以上才明显放出挥发性产物。