浅谈阻燃纤维的分类和发展_程士润.pdf

84 中国纤检 2013年 1月 上 纤维 广角 Fiber and its Wide Watch 阻燃纤维既具有普通纤维的可加工性又兼备优良的阻 燃性能 其发展已有几十年的历史 20世纪90年代至今 其开发 研究和应用已得到了快速的发展 阻燃纤维除了 具有纺织性能外 由于其优异的阻燃性能 使其在合成纤 维中具有独特的地位 它不仅可用于汽车 火车 飞机用 阻燃纺品 而且还可以用于医院 军队 森林救火服务队 的防护服 1 目前 阻燃纤维不仅仅是纺织领域的研究和开发对 象 作为高性能纺织纤维 阻燃纤维在纺织服装 国防军 事及其他各个领域已表现出良好的应用前景 现在许多阻 燃纤维已经在航天 航空 汽车 环境 化工等领域得到 了广泛的应用 而且阻燃纤维被认为是高性能纤维材料的 典型代表 为世人所关注 更重要的是 阻燃纤维对我国 的产业结构的升级和对传统材料的研究有重大意义 对国 防军事和国民经济有着重要的影响 1 阻燃纤维市场发展现状 据报道 近两年 世界纤维加工总量增长将近一倍 化学合成纤维的产量增长达4倍多 其中阻燃纤维主要是 以合成纤维为主 由此可见 随着国内外阻燃纤维需求量 的不断增加 阻燃纤维将会得到快速发展 1 1 国外阻燃纤维发展状况 世界各国的阻燃纤维技术水平存在很大差距 高技术 主要集中在欧美日等发达国家 欧洲对高技术纤维品种的 研发和应用十分重视 欧洲各国新近开发并投入生产了多 种高性能阻燃纤维 如德国BASF公司生产的Basofil纤维 是一种三聚氰胺纤维 具有隔热和阻燃性能 遇到火焰时 不会发生收缩和熔滴现象或很少收缩 离焰自熄 2 法国 Kermel公司开发的Kermel纤维属于聚酰亚胺纤维 它在燃 烧过程中不熔融 不续燃 无余辉 奥地利Lenzing将不 含卤素的阻燃剂加到纺丝液中制成的阻燃粘胶纤维 除了 具有与普通粘胶纤维相似的物理性能外 还具有很好的阻 燃性能 3 在未来很长一段时间内 欧洲在芳纶 改性涤 纶方面的生产能力和投资将进一步增长 并将保持全球纤 维发展技术创新的领导者 欧洲芳纶纤维年销售收入为10 亿欧元 预计2014年市场规模将达到18 67亿欧元 美国早在1753年就首先取得了应用于纺织品阻燃混合 物的专利 其阻燃纤维一直处于世界领先地位 例如 美 国杜邦公司于上世纪60年代生产的Nomex十分著名 其本 身具有永久阻燃性以及优良的热稳定性 美军的防护服装 浅谈阻燃纤维的分类和发展 Discussion on the Fire Retardant Fibers 文 程士润 沈妍 王红 摘要 概述了阻燃纤维的国内外发展概况 并主要介绍了几种多功能 高性能阻燃纤维 最后 介绍了阻燃纤维的发展趋势 关键词 阻燃纤维 高性能 发展趋势 Abstract This article provides an overview of the flame retardant fiber development at home and abroad and mainly introduces several kinds of multi functional high performance flame retardant fibers finally introduces the development trend of flame retardant fiber Key words Flame retardant Fiber High Performance Development Trend 85 2013年 1月 上 中国纤检 纤维 广角 Fiber and its Wide Watch 便使用了这种纤维 随着该纤维的广泛应用 杜邦公司又 相继开发了一系列改进的Nomex产品 其中以NomexIIIA 的应用最为广泛 4 美国GE 公司生产的Ultem树脂材料广 泛用于需要阻燃和防止烟雾扩散的材料 有助于褥垫 席 梦思等产品制造商生产防止明火加速燃烧的产品 日本在 阻燃纺织新材料的产业化研发上较为成功 尤其在碳纤 维 芳纶 PBO纤维 PPS等领域 处于领先地位 日本 控制了世界碳纤维生产能力的70 以上 已经超过美国 垄断了世界高新技术纤维材料的研发和市场 并对中国进 行全面的技术封锁和多方限制 严重影响我国国防建设和 经济发展 其阻燃纤维的生产主要集中在仓丽 Unitika纤 维 三菱 帝人 东丽 东洋纺等公司 韩国晓星公司研 发生产的Aramid纤维是从木材中提取的 在500 的高温 条件下不会燃烧 1 2 国内阻燃纤维发展状况 我国阻燃纺织品使用率很低 许多公共场所并没有 按照规定使用阻燃纺织品 5 因火灾造成的重大事件时有 发生 随着我国人民生活水平的提高和对阻燃织物法规的 不断完善 6 7 对阻燃纤维开发和应用逐步重视起来 我国 纺织品阻燃性能的研究是从上世纪50年代开始的 最初是 以研究棉织物暂时性阻燃整理起步 发展很缓慢 到了60 年代 我国成功地研制出了耐久性纯棉阻燃纺织品 我国 阻燃纤维的研究开发起步于上世纪70年代 80年代进入了 新的发展时期 阻燃纤维大都通过添加高浓度的阻燃剂及 其他助剂 经过共混制造阻燃母粒 然后与常规切片熔融 纺丝成型 制成具有阻燃性能的纤维 国内生产企业有山 东海龙公司 唐山三友集团公司 新乡白鹭化纤集团公司 等 目前我国独立开发的具有自主知识产权并能进行规模 性生产的纤维种类有阻燃涤纶 芳纶 阻燃粘胶等纤维 其中很多阻燃纤维还处于研究阶段 2 高性能阻燃纤维 纤维阻燃的途径主要是通过减少或阻止纤维热分解 隔绝或稀释氧气 快速降温使其终止燃烧 阻燃纤维一般 可以分为两类 一类是该纤维本身就具有阻燃性能 另一 类是将具有阻燃功能的阻燃剂通过聚合物共聚 共混 复 合纺丝 接枝法等加入到化纤中或用后整理方法将阻燃 剂涂在纤维表面或渗入纤维内部 8 在实际应用中 往 往是采用两种或两种以上阻燃剂通过协同作用达到阻燃效 果 传统的阻燃纤维主要是阻燃涤纶 阻燃维纶 阻燃腈 纶 阻燃粘胶等 随着市场的需求增加和科技的进步 阻燃纤维的研究取得了突破性的发展 各国相继开发了 多种阻燃纤维 这里介绍几种常见的多功能 高性能阻 燃纤维 2 1 芳族聚酰胺纤维 芳族聚酰胺纤维主要有间位芳族聚酰胺纤维和对位 芳族聚酰胺纤维两种 其中间位芳族聚酰胺纤维可能是最 著名且应用最广的特殊纤维 以同时具有耐热和强力并且 成本合理而备受关注 另外 间位芳族聚酰胺纤维不燃 烧 融化或滴落 这些性能是其成功用于阻燃服装市场的 主要原因 对位芳族聚酰胺纤维由于其具有高取向性和稳 定的分子结构 因而具有很高的强度 高拉伸模量和高耐 热性 对位芳族聚酰胺纤维与间位芳族聚酰胺纤维具有相 近的工作温度 但强力和模量却高出3 7倍 但是对位芳 族聚酰胺纤维也存在一些不足 其不耐强酸和强碱 因而 其使用就受到了一些限制 2 2 碳纤维 19世纪60年代中期 由于航天和航空应用的发展 高强度的碳纤维快速发展 碳纤维由聚丙烯腈基或树脂 基材料制成 其中碳原纤维具有优良阻燃性和高负载温 度 但是该类纤维强力低 且耐磨性差 常常以50 50比 例与对位芳族聚酰胺纤维混纺 制成限氧指数LOI高达 45的产品 2 3 密胺纤维 Basofil纤维是完全商业化的最新纤维 其具有高运 转温度 高限氧指数 典型可用于热空气过滤 安全和防 护服市场 由于它细度 长度异变 拉伸强力小 加工困 难 Basofil通常与强力较高的纤维混纺 如与对位芳族聚 酰胺纤维混合 能生产出令人满意的环锭纱 适用于消防 员的防护服 2 4 PBI PBI纤维是一种具有优良耐热性能和良好手感的有机 纤维 由于其在空气中不能燃烧 也不会熔融或滴落 限 氧指数高 加上良好的耐化学品和回潮率 是PBI成为防 火用途的一种优良纤维 如安全 防护织物及阻燃织物 但是PBI纤维的物理性能较差 常与其他纤维如碳纤维芳 族聚酰胺纤维进行混纺 PBI已经成功地占领消防市场 2 5 PBO PBO是高性能有机纤维市场的另一个新品种 并具 有很多的发展潜力 PBO纤维的拉伸强力是钢的10倍 是 普通碳纤维和对位芳族聚酰胺纤维强力的两倍 它的限氧 指数高 是偏位芳族聚酰胺纤维的两倍 PBO的热稳定性 和阻燃性将为防火服装和其他同类产品开辟新时代 2 6 聚酰亚胺纤维 P 8 4 P 84是一种聚酰亚胺纤维 P 84具有非常好的阻 86 中国纤检 2013年 1月 上 纤维 广角 Fiber and its Wide Watch 燃性能 耐高温性能 在高温下能保持良好的机械性能 和耐化学品性 在250 下不会腐蚀 另外 由于P 84 纤维具有良好的服用性能 现已进入防护服市场 尤其 是在欧洲 3 阻燃纤维的发展趋势 随着纺织技术的快速发展以及我国阻燃法规的不断 健全 我国的阻燃纤维也得到了长足进步 并呈现出不同 的发展趋势 3 1 功能复合型阻燃纤维 功能复合型纤维是当今纤维发展的趋势 目前多数 阻燃纤维仅具有阻燃功能 不能满足其他一些特殊要求 如阻燃拒污 阻燃拒水 阻燃抗静电等 9 随着阻燃剂功 能复合化的发展 现在世界各国都正在开发具有双功能和 多功能的阻燃剂 希望通过加入一种复合阻燃剂就可以起 到阻燃抗菌 阻燃抗静电等性能 例如用氟化物对阻燃纤 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 9 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 3 2 绿色环保型阻燃纤维 当今绿色环保的概念已深入人心 因此绿色环保型 阻燃纤维不仅要具有阻燃性能 同时还要满足消耗原材料 时不破坏生态环境 生产过程中不造成环境污染 使用期 间对人体无毒害 废弃后可再生等要求 从环保和安全的 角度出发 开发高效 无毒 无卤 无烟 无熔滴的阻燃 纤维是未来的发展趋势 10 有机硅系阻燃剂因具有无毒 低烟 不熔滴等特点而被称为典型无卤阻燃剂 是未来阻 燃剂发展的优先种类 目前比较环保的阻燃纤维生产技术 主要有微胶囊技术和皮芯复合纺丝法两种 3 3 高技术型阻燃纤维 高技术纤维是随着航空 航天 能源等产业的发展 需求而研发出来的一系列具有高性能 高功能的纤维 其 种类繁多 主要是高性能纤维 功能纤维与差别化纤维 绿色纤维及化纤新品种 高技术型阻燃纤维分子结构独 特 无须添加阻燃剂或通过改性 本身就具耐高温阻燃的 性能 且具有较高的附加值和良好的经济效益 如PBI MF MPIA等 3 4 舒适型阻燃纤维 在高辐射 高温的特殊环境中 工作人员虽然穿着 防热或阻燃防护服 但是仍然难以长时间保持正常的工作 效率 因此对于阻燃防护服来说 还应该具有良好的舒适 性 就阻燃纤维而言 应同时具有阻燃性 热湿舒适性 可纺性等功能 4 结语 随着人类安全意识的不断增加和阻燃法规的不断健 全 阻燃纺织品的开发力度将会得到不断增大 特别是永 久性阻燃纺织品将会成为市场的新热点 因此 我国应加 快制定并完善相关阻燃法规 协调管理 加大执行力度 促使阻燃产业在研发 生产和应用上形成一个完整的体 系 促进阻燃纤维研究成果尽快地实现工业化生产 参考文献 1 杨彩云 产业用纺织品 M 北京 中国纺织出版社 1998 2 兰红艳 阻燃纤维的分类与应用 J 上海麻毛科技 2011 4 6 3 宗小燕 浅谈阻燃纺织品 J 上海丝绸 2011 2 7 4 凌海 阻燃纤维与纺织品的研究发展概述 J 广西纺织科 技 2010 39 3 70 5 袁小红