我国阻燃纺织品技术开发现状及发展趋势

我国阻燃纺织品技术开发现状及发展趋势

刘海燕

际华集团股份有限公司，北京100070

摘要：综述了阻燃纺织品的阻燃机理、加工方法和发展趋势等，并提出了我国阻燃纺织品应向着功能复合化、绿色环保化和

高技术化的方向发展，希望能够对阻燃纺织材料的发展起到一定的借鉴意义。

关键词：阻燃纺织品；技术开发；现状；发展趋势

中图分类号：TS197 文献标识码：A 文章编号：1671-5810(2015)41-0107-02

1 前言

纺织材料大量用于衣着和家庭生活，很多时候纺织品成为着火诱燃物，释放有毒气体，直接引火危害人体健康。近年来，世界各国因纺织品引起的火灾不断增加。1985 年，哈尔滨天鹅饭店大火死亡十人，受伤七人，直接经济损失 24.9万元；1994 年，克拉玛依大火，死伤 300 多人，都是因纺织品燃烧引起的。近十年来国内纷纷建造了高层住宅和宾馆，对室内装饰用品的阻燃要求也越来越高。阻燃纤维及纺织品的开发和应用越发受到社会关注。本文就阻燃纺织品的生产现状及发展趋势向大家做一个简要的介绍。

2 阻燃织物的评判标准及检测方法

2.1 评判标准

国际上对纺织材料的燃烧性能测试方法的标准化已经相当全面和完善，包括ISO、ASTM、BS、JIS 在内的国际和国外先进标准都各自有几十项相关的测试方法标准，中国也已制订并实施了10 多项不同的测试方法标准，如：GB/T5454-1997 《纺织品燃烧性能试验氧指数法》、GB/T5455-1997 《纺织品燃烧性能试验垂直法》、GB/TF5456-1997《纺织品燃烧性能试验垂直方向火焰蔓延性能的测定》等。

目前，出口欧美和日本的纺织产品都必须达到一定的阻燃性要求，这源于欧美和日本等工业发达国家都制订有严格的纺织产品防火安全法规和技术标准。如CPSCl6CFRl610 为美国防火安全法规针对衣着类纺织品(一般成衣)的防火标准，但不包括帽子、手套、鞋子及衬里，此标准是纺织品与成衣防火的最低要求，适用于所有成人及儿童成衣。CPSC16CFR1615/165 为美国防火安全法规针对儿童睡衣防火所制订的更严格的法规，所有作为儿童睡衣用途的衣或材料，都必须符合此规范。英国同样也有相应的安全法规，如1985年颁布的英国睡衣安全法规就要求对睡衣必须进行阻燃试验，测试方法采用BS5722/BS5438。

2.2 测试方法

燃烧实验方法主要用来测试试样的燃烧广度(炭化面积和损毁长度)、续燃时间和阴燃时间。根据试样与火焰的相对位置，可分为垂直法、倾斜法和水平法。将阻燃纺织品按规定的方法与火焰接触一定的时间，然后移去火焰，测定面料继续有焰燃烧的时间和无焰燃烧的时间，以及面料被损毁的程度。有焰燃烧的时间和无焰燃烧的时间越短，被损毁的程度越低，则表示面料的阻燃性能越好；反之，则表示面料的阻燃性能不佳。

3 纺织品的阻燃机理

3.1 纤维材料的燃烧与阻燃原理

合成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。合成纤维持续燃烧，必需具备下列条件：高聚物分解，能产生可燃气体；

燃烧产生的热量，足以加热高聚物，使之连续不断地产生可燃气体；

产生的可燃气体能与氧气混合，并扩散到己点燃的部分；

燃烧部分蔓延到可燃气体与氧气的混合区域中。

针对这4 个条件，人们提出了阻燃的基本原理：减少（或者基本没有）热分解气体的生成。阻碍气相燃烧的基本反应，吸收燃烧区域的热量、稀释和隔离空气等。

3.2 阻燃剂的阻燃机理

纤维用阻燃剂有：铝、镁氢氧化物、含硼化合物、卤硼化合物、卤系阻燃剂、磷系阻燃剂4 大类。不同的阻燃剂的阻燃机理有很大的区别。概括起来主要有以下几种。

3.2.1 隔离膜机理

某些阻燃剂在高温下可在聚合物表面形成一层隔离膜以隔绝空气，起到阻止热传递减少可燃性气体释放和隔绝氧的作用从而达到阻燃目的。阻燃剂形成隔离膜的方式有两种，一是阻燃剂降解产物促进纤维表面脱水炭化，进而形成具有阻燃保护效果的炭化层。含磷阻燃剂对含氧聚合物的阻燃作用即是通过此种方式实现的。二是阻燃剂在燃烧温度下分解成不挥发的玻璃状物质包覆在聚合物表面起隔离膜的作用，硼系和卤化磷类阻燃剂具有类似特征。3.2.2 生成不燃性气体机理

阻燃剂受热分解出现不燃性气体，将纤维燃烧分解出来的可燃性气体浓度冲淡到能产生火焰浓度以下，使火焰中心氧气供应不足，又由于气体的生成和热对流带走了一部分热，从而达到阻燃作用。

3.2.3 冷却机理

阻燃剂发生吸热脱水、相变、分解或其他吸热反应降低纤维表面及燃烧区域的温度，防止热降解进而减少可燃性气体的挥发，最终破坏维持聚合物燃烧的条件，达到阻燃目的。如铝、镁及硼等无机阻燃剂。

3.2.4 催化脱水机理

阻燃剂在高温下生成具有脱水能力的羧酸、酸酐等，与纤维基体反应促进脱水炭化，减少可燃性气体的生成。

3.2.5 自由基控制机理

有机物在燃烧过程中产生的自由基能使燃烧过程加剧，如能设法捕获并消灭这些游离基，切断自由基连锁反应，就可以控制燃烧，达到阻燃的目的。卤系阻燃剂的阻燃机理属于此类。

4 阻燃纺织材料开发现状

4.1 芳纶

芳纶的学名为芳香族聚酰胺纤维（分子结构如图1 所示），分子链结构分为三种：对位，间位和邻位，英文为Aramidfiber（帝人公司芳纶的商品名为 Twaron，杜邦公司的商品名为Kevlar），具有超高强度、高模量和耐高温、耐酸耐碱、重量轻等优良性能，其强度是钢丝的 5～6 倍，模量为钢丝或玻璃纤维的2～3 倍，韧性是钢丝的2 倍，而重量仅为钢

丝的1/5 左右，在560 度的温度下，不分解，不融化。它具有良好的绝缘性和抗老化性能具有很长的生命周期。芳纶的发现，被认为是材料界一个非常重要的历史进程。自上个世纪60 年代由美国杜邦（DuPont）公司成功地开发出芳纶纤维并率先产业化后，在40 多年的时间里，芳纶纤维走过了由军用战略物资向民用物资过渡的历程。我国从20 世纪70 年代初开始研究开发间位芳纶生产技术，直到2004 年，该项技术才得以攻破，进入工业化生产，打破了国外公司垄断的局面。