[科普中國(guó)]-阻燃纖維

阻燃纖維，是指在火焰中僅陰燃，本身不發(fā)生火焰，離開(kāi)火焰，陰燃自行熄滅的纖維，廣泛應(yīng)用于服裝、家居、裝飾、無(wú)紡織物及填充物等。阻燃纖維與普通纖維相比可燃性顯著降低，在燃燒過(guò)程中燃燒速率眀顯減緩，離開(kāi)火源后能迅速自熄，且較少釋放有毒煙霧。

簡(jiǎn)介阻燃纖維是在國(guó)家“863”計(jì)劃研究成果基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的一種具有阻燃抗熔滴性能的高技術(shù)纖維新材料。該產(chǎn)品采用新一代纖維阻燃技術(shù)——溶膠凝膠技術(shù)，使無(wú)機(jī)高分子阻燃劑在粘膠纖維有機(jī)大分子中以納米狀態(tài)或以互穿網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)存在，既保證了纖維優(yōu)良的物理性能，又實(shí)現(xiàn)了低煙、無(wú)毒、無(wú)異味、不熔融滴落等特性。該纖維及紡織品同時(shí)具有阻燃、隔熱和抗熔滴的效果，其應(yīng)用性能、安全性能和附加值大大提高，可廣泛應(yīng)用于民用、工業(yè)以及軍事等領(lǐng)域。1

特性產(chǎn)品特性1、安全性好。纖維遇火時(shí)不熔融，低煙不釋放毒氣。

2、永久性的阻燃作用。洗滌和摩擦等不會(huì)影響阻燃性能。

3、環(huán)保性。以天然纖維素纖維為載體，廢棄物可自然降解，符合環(huán)保要求。

4、優(yōu)良的永久性阻燃防火性能。在防止火焰蔓延、煙霧釋放，抗熔融，耐用性上有良好表現(xiàn)。

5、良好的隔熱性及防靜電性能。提供全方位的熱保護(hù)。

6、具有天然纖維特性?？椢锞哂刑烊焕w維所具有的吸放濕性能，織物具有手感柔軟、舒適、透氣、染色鮮艷等特點(diǎn)。

織物特性1、優(yōu)良的永久性阻燃防火性能。在防止火焰蔓延、煙霧釋放，抗熔融，耐用性上有良好表現(xiàn)。

2、良好的隔熱性及防靜電性能。提供全方位的熱保護(hù)。

3、具有天然纖維特性?？椢锞哂刑烊焕w維的吸放濕性能，織物具有手感柔軟、舒適、透氣、染色鮮艷等特點(diǎn)。

阻燃機(jī)理
纖維的阻燃由燃燒過(guò)程可以看出，就是設(shè)法阻礙纖維的熱分解，抑制可燃性氣體生成和稀釋可燃性氣體，改變熱分解反應(yīng)機(jī)理(化學(xué)機(jī)理)，阻斷熱反饋回路，以及隔離空氣和熱環(huán)境，來(lái)達(dá)到消除或減輕燃燒三要素(可燃物質(zhì)、溫度、氧氣)的影響，而達(dá)到阻燃目的的。通常纖維阻燃的機(jī)理主要有以下幾種，阻燃效果較理想的是這些作用機(jī)理的復(fù)合。阻燃作用的機(jī)理有物理的，也有化學(xué)的，根據(jù)現(xiàn)有的研究結(jié)果，可歸納為以下幾種:

(1)吸熱作用。具有高熱容量的阻燃劑，在高溫下發(fā)生相變、脫水或脫鹵化氫等吸熱反應(yīng)，降低纖維材料表面和火焰區(qū)的溫度，減慢熱裂解反應(yīng)的速度，抑制可燃性氣體的生成。

(2)覆蓋保護(hù)作用。阻燃劑受熱后，在纖維材料表面熔融形成玻璃狀覆蓋層，成為凝聚相和火焰之間的一個(gè)屏障。既隔絕氧氣、阻止可燃性氣體的擴(kuò)散，又可阻擋熱傳導(dǎo)和熱輻射，減少反饋給纖維材料的熱量，從而抑制熱裂解和燃燒反應(yīng)。
(3)氣體稀釋作用。阻燃劑吸熱分解釋放出氮?dú)?、二氧化碳、二氧化硫和氨等不燃性氣體，使纖維材料裂解處的可燃性氣體濃度被稀釋到燃燒極限以下?；蚴够鹧嬷行奶幉糠謪^(qū)域的氧氣不足，阻止燃燒繼續(xù)。此外，這種不燃性氣體還有散熱降溫作用。它們的阻燃作用大小順序是:N2>CO2>SO2>NH3。
(4)凝聚相阻燃。通過(guò)阻燃劑的作用，在凝聚相反應(yīng)區(qū)改變纖維大分子鏈的熱裂解反應(yīng)歷程，促使發(fā)生脫水、縮合、環(huán)化、交聯(lián)等反應(yīng)，直至炭化，以增加炭化殘?jiān)?，減少可燃性氣體的產(chǎn)生，使阻燃劑在凝聚相發(fā)揮阻燃作用。凝聚相阻燃作用的效果，與阻燃劑同纖維在化學(xué)結(jié)構(gòu)上的匹配與否有密切關(guān)系。
(5)氣相阻燃。添加少量抑制劑，在火焰區(qū)大量捕捉輕質(zhì)自由基和氫自由基，降低自由基濃度，從而抑制或中斷燃燒的連鎖反應(yīng)，在氣相發(fā)揮阻燃作用。氣相阻燃作用對(duì)纖維材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)并不敏感。
(6)微粒的表面效應(yīng)。若在可燃?xì)怏w中混有一定量的惰性微粒，它不僅能吸收燃燒熱，降低火焰溫度，而且，會(huì)如同容器的壁面那樣，在微粒的表面上，將氣相燃燒反應(yīng)中大量的高能量氫自由基，轉(zhuǎn)變成低能量的氫過(guò)氧基自由基，從而抑制氣相燃燒。
(7)熔滴效應(yīng)：某些熱塑性合成纖維，如聚酰胺、聚酯，在加熱時(shí)發(fā)生收縮熔滴，與空氣的接觸面積減少，甚至發(fā)生熔滴下落而離開(kāi)火源，使燃燒受到一定的阻礙。2

制造方法
賦予纖維阻燃性能的方法主要有提高成纖高聚物的熱穩(wěn)定性和纖維改性兩種方式。
1、提高成纖高聚物的熱穩(wěn)定性
纖維的裂解是纖維燃燒的最重要的環(huán)節(jié)，因?yàn)榱呀鈱a(chǎn)生大量的裂解產(chǎn)物，其中可燃性氣體或揮發(fā)性液體將作為有焰燃燒的燃料，燃燒后產(chǎn)生大量的熱，又作用于纖維使其繼續(xù)裂解，使裂解反應(yīng)循環(huán)下去。提高成纖高聚物的熱穩(wěn)定性即提高熱裂解溫度，抑制可燃性氣體的產(chǎn)生，增加炭化程度，從而使纖維不易燃燒?？捎幸韵聨追N途徑：

（1）在大分子鏈上引入芳環(huán)或芳雜環(huán)，增加分子鏈的剛性，提高大分子鏈的密集度和內(nèi)聚力來(lái)增加纖維的熱穩(wěn)定性。
（2）通過(guò)纖維中線型大分子鏈間交聯(lián)反應(yīng)變成三維交聯(lián)結(jié)構(gòu)，從而阻止碳鏈斷裂，成為不收縮不熔融的纖維。
（3）通過(guò)大分子中的氧、氮原子與金屬離子螯合交聯(lián)形成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，提高熱穩(wěn)定性，促進(jìn)纖維大分子受熱后炭化，從而具有優(yōu)異的阻燃性。
（4）將纖維在高溫（200-300℃）空氣氧化爐中處理一定時(shí)間，使纖維大分子發(fā)生氧化、環(huán)化、脫氧和炭化等反應(yīng)，變成一種多共軛體系的梯形結(jié)構(gòu)，從而具有耐高溫性能。

2、纖維改性
纖維改性有共聚法、共混法和纖維后處理法等。
（1）共聚法：在成纖聚合物的合成過(guò)程中，把含有磷、硫、鹵素等阻燃元素的化合物作為共聚單體引入到大分子鏈中，經(jīng)紡絲制成阻燃纖維。
（2）共混法：將阻燃劑加入紡絲熔體或漿液中進(jìn)行紡絲，即成為阻燃纖維。 （3）纖維后處理：在高聚物成纖后，用高能射線或引發(fā)劑使纖維與乙烯基形成的阻燃單體接枝共聚，或是用含有添加型阻燃劑的溶液處理濕法紡絲過(guò)程中的初生纖維，使阻燃劑滲入到纖維內(nèi)部，從而使纖維獲得持久的阻燃性能。3

產(chǎn)品用途1.防護(hù)服。

2.家居用品。

3.裝飾用品。

4.成衣及未成年人服飾。

5.無(wú)紡布及填充物.

指標(biāo)主要物性及特性指標(biāo)：

1.干強(qiáng)：1.7-1.9CN/dtex

2.濕強(qiáng)：≥1.0CN/dtex

3.干伸：16%

4.LOI值：》28%

附：本纖維可以和芳綸、阻燃腈綸等阻燃纖維及羊毛、尼龍等混紡。

阻燃性能評(píng)定方法阻燃性能評(píng)定方法紡織品的可燃性可以從兩個(gè)方面加以評(píng)價(jià)：一是易點(diǎn)燃性，即著火點(diǎn)高低，它反映紡織品著火的難易程度；二是紡織品的燃燒性能亦即阻燃性能。

紡織品的阻燃性能可以通過(guò)燃燒試驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)，把被測(cè)樣品按規(guī)定試驗(yàn)方法與火焰接觸一定的時(shí)間，然后移去火焰，測(cè)定樣品續(xù)燃時(shí)間(繼續(xù)有焰燃燒時(shí)間)、陰燃時(shí)間(無(wú)焰燃燒時(shí)間)，以及樣品被損毀程度如損毀長(zhǎng)度、損毀面積。有焰燃燒時(shí)間和無(wú)焰燃燒時(shí)間越短，被損毀程度越低，表示樣品的阻燃性能越好。紡織品的阻燃性能也可以用極限氧指數(shù)高低、接焰次數(shù)、易點(diǎn)燃性、火焰蔓延速度、表面燃燒試驗(yàn)進(jìn)行評(píng)判。3

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

周敏 - 副教授 - 西南大學(xué)