阻燃纤维的研究与应用

阻燃纤维的研究与应用

近年来，全球纺织品火灾频发，中国纺织火灾造成的损失大大小小。因此，在过去几十年中，巴西和国外关于纤维的研究从未停止过。我国阻燃纤维起步于20世纪五六十年代,到了20世纪80年代才进入了新的发展时期,但总体说来,阻燃纤维产品仍处在研究阶段。1世界关于纤维和纺织品的研究1.1芳纶阻燃纤维阻燃剂的使用是使棉、毛纤维等纤维在经过阻燃整理后具有阻燃的性能,而阻燃涤纶、阻燃芳纶、阻燃腈纶等纤维即合成纤维在阻燃性方面的研究是合成纤维阻燃改性研究。合成纤维阻燃改性主要有聚丙烯纤维的阻燃改性、聚酰胺纤维的阻燃改性、聚丙烯腈纤维的阻燃改性和聚酯纤维的阻燃改性。芳纶阻燃纤维属于芳香族聚酰胺类,为聚间苯二甲酰间苯二胺纤维。芳纶阻燃纤维产品具有柔软的手感,良好的蓬松性、悬垂性、吸湿透气性和较高的强力、耐磨性,良好的布面光洁度、色牢度,以及遇火炭化不融滴等优良特性,从而满足高中档阻燃服装、装饰面料的质量要求。1.2纤维纤维阻滞技术和市场开发1.2.1阻燃涤纶材料硅系列阻燃改性新方法包括有机硅系阻燃剂以及无机硅系阻燃剂,有机硅系阻燃剂主要为硅氧烷类化合物,例如采用硅系树脂型阻燃剂的阻燃聚丙烯腈纤维,具有燃烧时无有毒气体生成,且不熔融滴落等优点。目前无机硅系阻燃剂主要采用聚酰胺/无机粘土纳米复合材料的形式。国外也已经研究在聚酯聚合过程中或纺丝熔体中加入纳米层硅酸盐材料来改性聚酯材料的物理机械性能以及燃烧性能等。国内中科院化学研究所也已开展了这方面的研究工作,并取得了一定的成就。无机阻燃剂的超细化已成为当今阻燃技术开发的一个热点。采用物理或化学方法将固体阻燃剂分散成为l～100nm大小微粒的方法,称为纳米阻燃技术。物理方法有蒸发冷凝法、机械破碎法;化学方法有气相反应法、液相法。例如使三氧化二锑穿过等离子弧的尾气反应蒸发区蒸发,然后进入冷凝室进行急冷,就能得到0.275nm的三氧化二锑粒子。阻燃剂超细化处理技术,不仅可以提高阻燃效率,降低阻燃剂用量,而且对于改善阻燃剂的发烟性、耐候性和着色性都会产生很大的影响。近年来,国外开发的胶体三氧化二锑具有粒径较小(小于100nm)、易分散、着色强度低等特点,在阻燃纤维的实际应用中取得了较好的效果。1.2.2改善阻燃剂的热稳定性微胶囊技术就是把阻燃剂微粒包裹起来,例如用硅烷、钛酸酯对氢氧化铝、氢氧化镁进行表面处理;或者将阻燃剂吸附在无机物载体的空隙中,形成蜂窝状微胶囊阻燃剂,这样可以改善阻燃剂与聚合物的相容性。硅烷分子、钛酸酯分子在氢氧化铝、氢氧化镁颗粒表面形成“分子膜层”,在阻燃剂与聚合物之间塔起了“桥键”;采用硅酸盐、有机硅树脂,可以使易热分解的有机阻燃剂被很好地保护起来,从而有效地改善阻燃剂的热稳定性。国内外对红磷、聚磷酸铵等阻燃剂的微胶囊化作了大量的研究,微胶囊化的红磷与聚酰胺共混纺丝也能获得具有自熄性能的阻燃聚酰胺纤维,微胶囊化的聚磷酸铵也可用于聚丙烯纤维的阻燃。1.2.3复配型磷信硅化合物的阻燃整理在对材料进行阻燃处理过程中,发现某些阻燃剂同时使用会取得很好的协同效应,获得更理想的阻燃效果。例如磷加卤、锑加卤、磷加氮、磷加结晶水化合物等,这种复配方法称为复配技术。卤素磷信硅化合物的复配应用,其阻燃效果更为理想,卤素、磷和硅具有阻燃协同效应。高温下,卤素、磷促进炭的生成,硅增加这些炭层的热稳定性,并且用硅氧烷代替硅烷时,磷稚两元素的阻燃协同作用得到了进一步的加强。1.2.4阻燃抗燃剂纤维合成纤维阻燃技术的发展应向多功能化方向发展,在提高阻燃效率的同时,使纤维同时具有其他方面性能,例如阻燃常温易染聚酯纤维等;提高阻燃剂在纤维中的相容性和混和均匀性;新型阻燃体系在纤维阻燃改性中的应用等,使得阻燃纤维产业化的市场前景将十分广阔。1.2.5抗静电阻燃聚酯纤维阻燃剂的功能复合化正在成为一种新的发展趋势,现在世界各国正在开发具有双功能和多功能的阻燃剂。以期通过加入一种复合材料就可以起到阻燃抗静电性或阻燃易染色性、阻燃抗菌性的双功能和多功能性,例如采用抗静电阻燃剂与聚酯切片共混纺丝的方法制备了抗静电阻燃聚酯纤维。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。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。1.3阻燃纤维的生产现在国内外市场上阻燃纤维已有几十个品种,传统加工的阻燃纤维主要是阻燃涤纶,阻燃腈纶,阻燃维纶。随着科学技术的进步,各国新近开发生产了多种阻燃纤维,如聚间苯二甲酰间苯二胺纤维、聚酰胺一酰亚胺纤维、聚酰亚胺2080纤维、杂环聚合物聚苯并咪唑纤维(PIM2080)、酚醛纤维。这些特种阻燃纤维的阻燃效果都比较好,在工业及特殊领域有很大的用途。阻燃纺织品中以美国杜邦公司上世纪60年代生产的Nomex最为著名。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NomexlIIA的应用最为广泛,其组成为93%Nomex、5%Kevlar和2%抗静电纤维。浙江纺织服装学院重点实验室,日前成功研制了耐高温阻燃及热辐射防护织物。此项目是浙江纺织服装学院众多成功项目中的一个。耐高温阻燃及热辐射防护织物,采用耐高温高科技纤维研制,具有高强、耐热、防火、防电弧、抗热辐射等特点。在电焊焊花下方放置5min,布面仅变色,无明显破损。制作服装后适用于消防、电焊、冶金、炼钢等行业接触明火及辐射热源场所的劳动保护用品。德国研制出的TreviraCS新型面料,它在燃烧时排出的一氧化碳,只相当于其他面料(如LSZ羊毛面料,变性聚丙烯腈)的五分之一,燃烧和阻燃时不散发氰化氯、二氧化硫、氯化氢、氟化氢等气体。通常凡经表面处理的阻燃面料,阻燃性能都是随着时间推移而逐渐降低,而用TreviraCS面料制成的阻燃产品,在合成纤维的聚合物链中即含有磷的成分,因纤维本身阻燃,其性能可长久保持。阻燃性能既不受洗涤影响,也不受纤维老化影响。阻燃纤维的发展将是更新、更安全、更科学。阻燃产品的制成会使用卤素材料,人们期望不再使用这些增塑剂、稳定剂、卤素阻燃剂等,因为含卤素产品在燃烧时会产生高浓度毒性和腐蚀性气体,所以国内外各公司都致力于不含卤素材料阻燃产品的研究。2抗阻剂的性能2.1中国燃烧性能的规定目前世界各国对具有阻燃性能服装的要求都非常重视,这说明服装阻燃性在服装功能性检验中的重要性。2.2织物燃烧性能的测试评定织物的可燃性主要从两方面来考虑:一方面是易点燃性,即着火点的高低,它表明织物着火的难易;另一方面是织物的燃烧性能即阻燃性。评定织物的燃烧性有两种判定方法:一是根据织物的燃烧速率评定,即织物按规定时间与火焰接触一段时间过后测定损毁程度;另一种是通过氧指数来评判。氧指数是织物再燃烧时所需氧气浓度的表述,通过判定氧指数的高低评判织物的燃烧性。阻燃性能的测试方法:燃烧测试方法多种多样,各种测试方法的测试结果之间难以相互比较,实验结果仅能在一定程度上说明织物燃烧性能的优劣。我国目前对于织物阻燃性的测试主要使用G/T5455—1997《纺织品燃烧性能试验垂直法》。3阻燃纺织品的发展耐高温阻燃纤维分子结构独特,无须添加阻燃剂或通过改性,本身就具有耐高温阻燃特性,且附加值高,具有很好的经济效益和社会效益。阻燃纺织品已备受世界各国的高度关