阻燃纤维

阻燃纤维

功能纤维的发展是现代纤维科学进步的象征。功能纤维、差别化纤维和高性能纤维的发展为传统纺织工业的技术创新，向高科技产业的转化创造了有利条件，为人类生活水平的提高作出了贡献。功能纤维是指除一般纤维所具有的物理机械性能以外,还具有某种特殊功能的新型纤维。比如纤维具有卫生保健功能(抗菌、杀螨、理疗及除异味等)；防护功能(防辐射、抗静电、阻燃、抗紫外线等)；热湿舒适功能(吸热、放热、吸湿、放湿等)；医疗和环保功能(生物相容性和生物降解性)。主要介绍一下阻燃纤维。

随着城市现代化建设的发展，对纺织品的难燃化要求也越来越高。美国曾作过统计，1971-1975年，美国有人伤亡的火灾中，90%以上是住宅火灾，且最初着火物主要是纺织品。近年来，美、英、日、德等国对纺织纤维的阻燃已用法律的形式作了规定，要求凡是制作儿童、老人、残废者的服装，室内铺饰用布，剧院幕布以及交通运输工具和旅馆内使用的纺织材料，炼钢工人及士兵的制服等均需达到一定的阻燃要求。

一、纤维的分类

天然或合成纤维，由于其化学结构的不同其燃烧性亦不一，按燃烧时引燃程度、燃烧速度、息燃性等特征，可将纤维定性地分为阻燃纤维和非阻燃纤维两大类。其中，不燃纤维和难燃纤维属阻燃纤维，可燃纤维和易燃纤维属非阻燃纤维。目前国际上广泛采用极限氧指数 LOI(Limit Oxygen Index)来表征纤维及其制品的可燃性。极限氧指数 LOI 是指材料点燃后在氧-氮大气里维持燃烧所需要的最低含氧量体积分数。极限氧指数LOI值越大，材料燃烧时所需氧的浓度越高，即越难燃烧。通常空气中氧气的体积分数接近20%，所以纤维也可按LOI值分类，将LOI值低于20%称为易燃纤维，20%-27%的称为阻燃纤维。

二、阻燃剂的种类

阻燃剂是一种能降低高分子材料燃烧性的物质，其主要作用是在保持材料原有性能的同时，防止织物发生燃烧。阻燃剂种类繁多，其化学结构、化学组成及使用方法各有不同。其分类方法很多，一般可按以下方法进行分类。

1、按所含阻燃元素分类

按所含阻燃元素可将阻燃剂分为卤系阻燃剂、磷系阻燃剂、氮系阻燃剂、磷－卤系阻燃剂、磷－氮系阻燃剂等几类。卤系阻燃剂在热解过程中，分解出捕获传递燃烧自由基的HX，HX能稀释可燃物裂解时产生的可燃气体，隔断可燃气体与空气的接触。磷系阻燃剂在燃烧过程中产生了磷酸酐或磷酸，促使可燃物脱水炭化，阻止或减少可燃气体产生。磷酸酐在热解时还形成了类似玻璃状的熔融物覆盖在可燃物表面，促使其氧化生成二氧化碳，起到阻燃作用。在氮系阻燃剂中，氮的化合物和可燃物作用，促进交链成炭，降低可燃物的分解温度，产生的不燃气体，起到稀释可燃气体的作用。磷－卤系阻燃剂、磷－氮系阻燃剂主要是通过磷－卤、磷－氮协同效应作用达到阻燃目的，具有磷－卤、磷－氮的双重效应，阻燃效果比较好。

2、按组分的不同分类

按组分的不同可分无机盐类阻燃剂、有机阻燃剂和有机、无机混合阻燃剂三种。无机阻燃剂是目前使用最多的一类阻燃剂，它的主要组分是无机物，应用产品主要有氢氧化铝、氢氧化镁、磷酸一铵、磷酸二铵、氯化铵、硼酸等。有机阻燃剂的主要组分为有机物，主要的产品有卤系、磷酸酯、卤代磷酸酯等。还有一部分有机阻燃剂用于纺织织物的耐久性阻燃整理，如六溴水散体、十溴－三氧化二锑阻燃体系，具有较好的耐洗涤的阻燃性能。有机、无机混合阻燃剂是无机盐类阻燃剂的改良产品，主要用非水溶性的有机磷酸酯的水乳液，部分代替无机盐类阻燃剂。

3、按使用方法分类

按使用方法的不同可把阻燃剂分为添加型和反应型。添加型阻燃剂主要是通过在可燃物中添加阻燃剂发挥阻燃剂的作用。反应型阻燃剂则是通过化学反应在高分子材料中引入阻燃基团，从而提高材料的抗燃性，起到阻止材料被引燃和抑制火焰的传播的目的。

三、阻燃机理

所谓阻燃是指降低材料在火焰中的可燃性，减缓火焰蔓延速度，当火焰移去后材料能很快自熄，减少燃烧。从阻燃过程看，要达到阻燃目的，必须切断由可燃物、热和氧气三要素构成的燃烧循环。

1、覆盖层机理

阻燃剂受热后，在纤维材料表面熔融形成玻璃状覆盖层，成为凝聚相和火焰之间的一个屏障，这样既可隔绝氧气，又可阻止可燃性气体的扩散，还可阻挡热传导和热辐射，减少反馈给纤维材料的热量，从而抑制热裂解和燃烧反应。

2、气体稀释作用

阻燃剂吸热分解后释放出不然性气体，如氮气、二氧化碳、氨、二氧化硫等，这些气体稀释了可燃性气体，或使燃烧过程供氧不足。

3、吸热作用

某些热容量高德阻燃剂在高温下发生相变或脱水、脱卤化氢等吸热反应，降低了纤维材料表面和火焰区的温度，减慢热裂解反应的速度，抑制可燃性气体的生成。

4、凝聚相阻燃

通过阻燃剂的作用，在凝聚相改变纤维大分子链的热裂解历程，促进发生脱水、缩合、环化交联等反应，增加炭化残渣，减少可燃性气体的产生。

5、气相阻燃

阻燃剂的热裂解产物在火焰区大量地捕捉高能量的羟基自由基和氢自由基，从而抑制或中断燃烧的连锁反应，在气相发挥阻燃作用。

四、阻燃纤维的制造方法

赋予纤维阻燃性能的方法主要有提高成纤高聚物的热稳定性和纤维改性两种方式。

1、提高成纤高聚物的热稳定性

纤维的裂解是纤维燃烧的最重要的环节，因为裂解将产生大量的裂解产物，其中可燃性气体或挥发性液体将作为有焰燃烧的燃料，燃烧后产生大量的热，又作用于纤维使其继续裂解，使裂解反应循环下去。提高成纤高聚物的热稳定性即提高热裂解温度，抑制可燃性气体的产生，增加炭化程度，从而使纤维不易燃烧。

可有以下几种途径：

（1）在大分子链上引入芳环或芳杂环，增加分子链的刚性，提高大分子链的密集度和内聚力来增加纤维的热稳定性。

（2）通过纤维中线型大分子链间交联反应变成三维交联结构，从而阻止碳链断裂，成为不收缩不熔融的纤维。

（3）通过大分子中的氧、氮原子与金属离子螯合交联形成立体网状结构，提高热稳定性，促进纤维大分子受热后炭化，从而具有优异的阻燃性。

（4）将纤维在高温（200-300℃）空气氧化炉中处理一定时间，使纤维大分子发生氧化、环化、脱氧和炭化等反应，变成一种多共轭体系的梯形结构，从而具有耐高温性能。

2、纤维改性

纤维改性有共聚法、共混法和纤维后处理法等。

（1）共聚法：在成纤聚合物的合成过程中，把含有磷、硫、卤素等阻燃元素的化合物作为共聚单体引入到大分子链中，经纺丝制成阻燃纤维。

（2）共混法：将阻燃剂加入纺丝熔体或浆液中进行纺丝，即成为阻燃纤维。

（3）纤维后处理：在高聚物成纤后，用高能射线或引发剂使纤维与乙烯基形成的阻燃单体接枝共聚，或是用含有添加型阻燃剂的溶液处理湿法纺丝过程中的初生纤维，使阻燃剂渗入到纤维内部，从而使纤维获得持久的阻燃性能。

五、阻燃纤维的主要品种

1、阻燃涤纶

制造阻燃涤纶的方法有共聚阻燃改性和共混阻燃改性。共聚阻燃改性涤纶，常用磷系共聚单体，目前国内外最常用的为四溴双酚A羟乙基醚。共混用阻燃剂一般为磷系和溴系阻燃剂，磷系阻燃剂主要有氧化叔膦，膦酸脂和磷酸脂；溴系阻燃剂主要有联苯、二苯醚、二苯胺类多溴代化合物。阻燃涤纶的LOI值可达到27%-28%。可制作窗帘、沙发布和椅套等制品。

2、阻燃黏胶纤维

制造阻燃黏胶纤维的方法有接枝共聚阻燃改性和共混阻燃改性。接枝共聚法通常是将大分子纤维素与乙烯基类单体共聚，然后再用阻燃剂处理。共混阻燃改性是在黏胶纺丝原液中混入添加型阻燃剂，混合后制成阻燃黏胶纤维。阻燃黏胶纤维的LOI值可达到28%-29%。宜制作劳保工作服、床上用品、浴衣、睡衣等物品。

3、PBI纤维

PBI纤维是一种非热塑性阻燃纤维，它具有阻燃、耐高温、耐磨、耐化学药品、穿着舒适等优良特性。其LOI值为38%-41%。主要用做军事上的宇航服、飞行服、降落伞的伞绳及织物，也可制作防护手套、高温传送带等，还可用作高温过滤、热防护服、消防服等。