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简述阻燃纤维的类别与工艺技术情况 【作者：臧华新】【发布时间：2007/11/06 15:15:50】 一、概述 近年来，我国对阻燃纤维的研究开发与使用逐渐增多，并已取得了相当大的进展。随着城市现代化建设的加快，旅游、交通运输业的发展，以及外销等需求量的增加，阻燃纤维系列产品存在着巨大的潜在市场。据调查，阻燃产品的消费量主要分布于钢铁铸造业、消防服务业及化学制造业等；政府单位主要如：医院、军队、森林救火服务队。除衣着外，汽车、火车、飞机用阻燃纺品前景亦是潜力无穷。此外，若再加上电影、剧院、礼堂的座位用套布，则更是可观。聚酯（聚对苯二甲酸乙二酯，PET）具有诸多优点，其纺织品应用广泛，已成为用途最广、耗量最大的品种，因此它的阻燃化更加引起了世界范围的广泛关注。另外，据报道，世界阻燃聚酯纤维的产量已占聚酯纤维总产量的10-15% 。国外对磷系阻燃共聚酯的研究较我国广泛而深入，有关的文献报道较多。国外已工业化的阻燃聚酯纤维品种主要是采用共聚阻燃改性方法。如日本东祥纺公司的Helm 和GH、意大利Snia公司的WistoFR、德国Hoechst公司的Trevira CS系列、美国杜邦公州的Dacro-900E等。磷系阻燃制在聚酯中通过固相的成炭和质量保留机理以及部分气相阻燃机理，不仅降低材料的热释放速率。具有较好的阻燃性，而且降低腐蚀或有毒气体以及烟的释放量，因而具有环境友好的特点。 阻燃材料目前正走热，尤其是北美、中美和欧洲阻燃技术发展势头很好，亚洲近来阻燃剂的研究与创新也是与日俱进。美国加利福尼亚州是阻燃材料技术发展的热门地城。2005年完成和通过了一些法令和规范（如非常严格的褥垫法规）与联邦标准16CFR1633等。另外北美自由贸易协定（NAFTA）、美国加州消费产品安全委员会（CPSC）和欧盟关于危险品限制（POHS）的法则等等。这些都说明美国州级、联帮级和欧盟新的法规以及现代技术的兴起空前地对这一行业提出了新的要求和挑战。同时这些法规的规定对人们的安全与健康都提出了较高的要求与标准。从而推动对纺织品阻燃性能与阻燃剂的研究与开发。美、欧、日与我国有关公司开展了大量的试验与研究。取得了较大的进展与成效，使纤维制品的阻燃性能得到较大的提高，达到了多种法规的要求。现将作者了解的一些情况作一介绍，以供有关人士参考。 二、阻燃产品的类别 阻燃剂与阻燃产品各类较多，过去大多数使用卤素添加剂，但由于这种助剂燃烧时会散发出有毒气体和烟雾。人们伤害极大，随着人们不断研究与创新，创造出不少新型阻燃剂与阻燃纤维，现将几种主要的助剂与阻燃纤维介绍如下： 1.美国Apex公司 最近推出一种非卤素高含磷的熔融可溶性阻燃剂，可用于聚酯和尼龙织物，很受欢迎。用于床上用品和装饰面料与作絮垫料的湿法成无纺织物，枕头等，还可作消防人员外衣等等。 2.美国南卡罗莱州公司 美国南卡罗莱州公司生产的Griltex品牌阻燃共聚物热熔性粘结剂，为颗粒状或粉末材料。这类粘结剂可应用于织造织物或非织物作防火材料。目前下在家居或办公室家具和装饰材料中使用，如地毡和窗帘以及各种防护服；也可制成配料母液供应。 3.日本大阪Kaneka公司 日本大阪Kaneka公司生产的Kanecaron品牌改性聚丙烯氰纤维，它含量35*85%丙烯氰成分，具有防燃烧性能，柔性好、易染色。这种纤维在空气中的含氧量大于纤维中的含氧量时，才能燃烧。也就是说没有火焰就不会燃烧。如果和高燃性的天然纤维（如棉）结合在一起，燃烧时能保持耐火性能，抵御天然纤维的燃烧火焰，缓和燃烧速度，隔绝空气，停止燃烧，很多合成纤维加热会融化，成为液态，滴溅人体皮肤造成严重灼伤。而Kanecaron纤维燃烧不会熔成液态，而仅是炭化，稍微收缩，因此可消除受伤的可能性。另外，其阻燃性经洗涤不衰退。可与其它非阻燃性纤维按一定比例混纺织布增进安全性。 4.日本Toyoko公司 日本Toyoko公司生产的ToyokoHeim阻燃聚酯纤维，有长系和短纤二种品种，生产过程中用共聚方法加入阻燃材料。纤维本身带阻燃性，对比一般后处理加阻燃剂的纤维，其阻燃效果稳定，具有长效性，可经受反复多次水洗或干洗。并具有优异的熄灭性。遇火时也只会产生少量的低毒性气体和烟，纤维洗后干燥快，产品尺寸稳定性好，不需熨烫，耐日晒和抗化学剂、防虫害霉变。 5. 南通罗莱化纤有限公司 我国南通罗莱化纤有限公司生产罗莱牌阻燃三维卷曲短纤维。在聚合过程中加入磷质防火化合物。该阻燃纤维产品耐洗可染，大量用作床上用品、服装和家具材料。此外我国江阴化纤公司的Ererhlaze阻燃纤维，也已生产切断长度范围较大，由32-152毫米。 6.Ultem材料 Ultem材料是重点介绍的阻燃纤维，由于它耐高温、强度高，应用十分广泛尤其它非常适用于床上用品的阻燃要求，在“国际纤维杂志”被推为新型Ultem阻燃材料。这个产品是美国GE公司经过长期研究开发而成。 6.1主要工艺 Ultem聚醚酰亚胺（PEI）树脂是一种无定形高性能聚合物。Ultem树脂由于是无定形结构再加上有耐高温的特性对其抽制纤维有较大难度。因是无定形材料对比结晶体它的粘度大，在其抽丝时，通过喷丝板很困难，同时Ultem材料在拉伸时所生的应力较大。当纤维受势时会出现收缩，因此拉伸生产也是很困难。最大的困难是Ultem树脂熔融温度高，达375400（高于常规纺制纤维的树脂材料）。加工这种树脂的设备很少，GE公司于2003年找了一家专门加工热塑性聚合物公司合作，通过熔融纺丝过程生产出合成纤维。为克服以上困难GE公司采取三个主要措施。 第一，树脂本身经过精加工，改进树脂性能，以适宜和其加工敏感性能。 第二，改进加工设备，使用树脂在耐400高温时，温度分布均匀，较短的滞留时间，不能超过10分钟以防止降解、低剪切性、低产量，以适应Ultem树脂的较高粘度。 第三，优化加工过程工艺参数，包括温度，生产速度和压力等，GE公司分析研究纺丝孔尺寸对最终纤维直径的影响，驾驭熔融温度和熔体强度之间的关系以及拉伸比获得最好的纤维稳定性。现将其单丝为10旦的纤维主要性能指标汇总下表1提示！ 表1 10旦单丝纤维主要性能指标 密度（克/厘米3）1.27吸水率（%） 0.25限氧指数（LOI） 44强度（克/旦） 2.2断裂伸长（%） 40模量（克/旦） 30.310旦纤维试验成功，用于阻燃隔离层材料置于褥垫的泡沫芯材和外层布料之间的褥垫产品，它是第一只满足加利福尼亚州标准要求，是经UL认证的褥垫 6.2 主要优点 Ultem纤维有杰出的耐高温，强度高，模量大，广谱耐化学性，抗燃烧性和低致烟性，玻璃化温度为217，相对热指数（RTI）为170，这种聚合物在高温时能保持强度整体性。因而使其能适应很多高温应用场合。为以后整应用阻燃产品开阔广泛的天地。 6.3 实际应用 因其阻燃优点颇多，应用广泛。应用家居装饰，气体过滤，传送用织物和纺织品的防火服、头盔，飞机和火车内装饰材料。最近GE公司已大量生产出6旦、4旦纤维，严正谋求2旦纤维其应用范围更加扩大。 三、聚酯纤维阻燃化的过程与改性方法 1. 聚酯纤维阻燃化的过程 对聚酯纤维进行阻燃化，通常分为两个主要的过程，首先选用和开发性能良好的阻燃剂，然后采用物理或化学的方法将阻燃剂加入到纤维纺丝原料中，使阻燃剂在纤维中达到牢固均匀分布，而且阻燃剂的引入对纤维的物理机械性能尽可能不产生影响。 2. 纤维改性的方法 目前对阻燃纤维改性的方法主要有以下四种： 2.1 共聚阻燃改性 将含阻燃元素，主要是磷、卤 素(I、Br、Cl、F)、硫等的小分子 阻燃剂作为共聚单体参与纤维高聚物的聚合过程，使阻燃剂结合到聚合物的大分子链中，达到长久的阻燃效果。共聚型的阻燃剂必须能适用于聚合的高温条件，稳定性比较好，不发生分解，无副反应等。 2.2 共混阻燃改性 将阻燃剂加入到纺丝熔体或溶液中纺制阻燃纤维的方法。所用阻燃剂有低分子化合物、高分子化合物或无机物及它们的混合物，对于和熔体共混要求阻燃剂能经受熔融高温纺丝并且与主体聚合物的相容性良好，不影响纺丝后处理，对纤维的物理机械性能没有大的影响，阻燃性能耐久性好。 2.3 接枝阻燃改性 纤维的接枝共聚是一种有效耐久性的阻燃改性方法，如应用高能辐射进行接枝阻燃改性。 2.4 阻燃后整理 将纤维或织物浸泡在溶有阻燃剂的水或其它溶剂的溶液中，然后经过压榨、烘干等过程，使纤维或织物具有阻燃性能的改性方法。 3.列举阻燃聚酯长丝生产方法 3.1 切片干燥 阻燃聚酯切片熔点、最大结晶温度均比普通聚酯切片低，表观黏度却较普通聚酯切片高。若用普通聚酯切片干燥工艺，阻燃切片易发生粘连、结块、发黄，无法正常生产。因此阻燃切片的干燥工艺温度要控制低一些，时长一些，风量大一些。同时，提高振动强度，使阻燃切片在沸腾床上有良好的沸腾效果，以打散粘连粒子。实际工艺控制：预结晶温度148，干燥温度155，风量8.5 m3/h，干燥时间12 h以上，阻燃切片干燥效果良好，黏度为0.621，含水率为1.810-5 。生产中还应注意：初次进料时，预结晶温度应控制低一些，降至140以下，注意观察预结晶内切片沸腾情况，调整合理用量，严格控制升温速度，减少切片结块。 3.2 纺丝温度 阻燃切片熔点较普通聚酯切片低，因此纺丝温度控制也应比PET低。但阻燃切片由于混入了阻燃剂，减弱大分子链的活动性，使熔体表观黏度升高，因此熔体流动性差。过低的纺丝温度容易使喷丝头组件承受过高的熔体压力，但过高的温度会使耐热性能差的阻燃聚酯发生急剧的热降解。Barmag公司开发的双联苯系统就很好地解决了这个问题：即整个纺丝系统采用两套联苯，一套用于测量头和分配管道的加热保温；另一套用于纺丝箱体的热箱保温 为了防止熔体存管道中停留时间长引起的过分热降解，螺杆各区温度及1#联苯锅炉温度要低一些 螺杆符区温度控制在255-272，1#联苯锅炉温度控制在270-272。为了保证熔体均匀且流动性好，2#联苯锅炉温度控制在274-276，后压10 MPa。在该工艺条件下，无油丝黏度为0.56 dL/g，熔体可纺性良好。 3.3 冷却成形 与普通纤维相比，阻燃纤维加入了阻燃剂，纤维的结晶速率明显加快。因此，应适当加强冷却条件，这样有利于改善阻燃纤维的力学性能，但风速不能过大，过大会使丝条产生振荡，会使丝条条干不匀率上升。 四、阻燃聚酯纤维的发展趋势 1.功能复合化 功能复合是当今功能纤维的发展新趋势，其目的是为了拓宽原有单一功能纤维的应用领域，增加产品的附加值，增强产品的市场竞争力，其品种有：阻燃阳离子、阻燃抗菌、阻燃吸湿等。 2.高技术化 阻燃聚酯/无机物纳米复合材料不仅可以达到很多使用场所要求的阻燃级别，而且能够保持甚至改善聚酯原有的优异性能，使得这种复合型阻燃聚酯及纤维具有较广阔和诱人的发展前景。济南正昊化纤与四川大学联合申报了B类863计划，该课题采用纳米技术解决聚酯和聚酯纤维的无卤阻燃和耐熔滴问题，并且使聚酯纤维的高模量、高强度及弹性、挺括和耐热性等性能不受影响。研制的阻燃性的共聚酯纳米复合材料既能达到很高的阻燃性，有能获得综合性能好、成本低的新型阻燃聚酯及纤维。 3.绿色化 阻燃纤维的绿色化是指减少生产过程对环境和操作人员的毒害作用，防止纤维对穿着人产生不良影