耐高溫阻燃芳綸簡介

1、| 維普資訊 -#-| 維普資訊 技術(shù)縱橫上海建綢2006年第1期-#-| 維普資訊 -#-| 維普資訊 耐高溫阻燃芳綸簡介i,童三伏廣州車公安消防劫*廣卅占10660摘要：本丈綁述了他燃?xì)灦训溺紮C(jī)理和阻燃的方舍笄對也據(jù)坪帷申的封高淇芳蛇幷堆晌性能 和慮用選轉(zhuǎn)T簡迷*關(guān)詢：疽燃壞集裔牲朧幷維耐高溫貍祗與蟲周-#-| 維普資訊 前言近年來，由于科技的發(fā)展，紡織工業(yè)的進(jìn) 步，紡織品種的不斷增參。隨著城市人口的密 集化、住宅建筑的髙層牝、社會財(cái)富的集中化 和物質(zhì)生沿的現(xiàn)代化，各類民用和產(chǎn)5用紡織 品的消費(fèi)量迅速增長'尤芥是各種室內(nèi)、施內(nèi) 鋪怖織物，如窗簾、帷幕、墻布、地毯、家俱布和 床上用

2、品（睡衣、床罩、床單、被蠶等）的希求最 與日俱塢。但與此同時(shí)由于大部分紡織品不 具備齟燃性，由紡織品著火引起的火災(zāi)也不斷 增加，造成了巨大插失與人員務(wù)亡。我國近十 年來，平均每天發(fā)生火咒3-4萬起，死亡人數(shù) 2-3千人火災(zāi)損失折款十億元左右近幾年 有上升君勢。從世界范鬧看，火災(zāi)造成的損失 更搭難以怙量據(jù)統(tǒng)計(jì),巾紡織品引起的火災(zāi) 約占火災(zāi)總數(shù)的一半以上，其中以床上用品、 家具裝怖用布和衣著用品為起火的主聲原因卩 隨著人們的安全意識越來越強(qiáng)，陀燃紡織品的 霸要曲也越來越大。鬧繞紡織品的阻燃問題, 世界各國先后制定了各種法規(guī),對紡織品的阻 燃性提出了一定的要求“因此,開發(fā)研制具有 阻燃性能的纖堆和紡

3、織品,對于確保人們生命 安全、減少火災(zāi)及由此遣成的經(jīng)擠損失有更要 的現(xiàn)實(shí)意義。在過去酋幾十年里，用于阻燃整 理的阻燃則得到了迅速的發(fā)展，懊是.阻撚劑 戲含有鹵、SL晞等元素，大都具有較大的毒 性*在阻燃劑合成和纖維生產(chǎn)過程中會對操作 人費(fèi)產(chǎn)生一定的毒富作用其“三廢”的排放會 帶來較嚴(yán)重的環(huán)境希染°同時(shí)在火災(zāi)中，鹵、 磷、硫、氮等阻燃劑會產(chǎn)生有毒氣體和濃重的 煙霧,不利于受災(zāi)人員的及時(shí)逃離,并造成“二 次程害llo近二十多年來*高科技工業(yè)特別 姥宇航技術(shù)，對阻燃紡紈品提出了更髙的農(nóng) 求，如阻燃滌綸阻燃晴綸、粘膠、丙繪、維綸和 耐高溫纖維的芳綸、酚醛紆維和聚苯井咪陞尊 都得到了很快的發(fā)展

4、。阻燃纖維作為研究較早 的功能纖維，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用干消防、軍隊(duì)、宇 航、冶金、石化竽特種行業(yè)。L纖維的阻燃hl阻燃機(jī)理纖維的燃燒是措，纖維受熱后發(fā)生氧化裂解, 產(chǎn)生可燃性氣怵、不燃性氣體和固休殘?jiān)？?燃性氣體在氧氣的作用下呈火掐燃燒，釋放出 熱、光和煙，釋放出的熱又促使纖維堆續(xù)裂解, 產(chǎn)冬燃燒循環(huán)。闔體殘?jiān)臒o焰燃燒是產(chǎn)生余 輝或陰燃的主要原因2為要達(dá)到阻燃的目的, 就必須破壞由纖堆、氧氣和熱所構(gòu)慮的燃燒循 環(huán)。經(jīng)研究結(jié)杲.81燃機(jī)理可分為:吸熱作用 （降低纖維表面的溫度，抑制可燃性氣捧的生 成）、覆蓋作用（阻燃劑受熱后在纖維表面形成 隔離層，隔絕氧氣h氣體稀釋作用（阻燃劑受熱 分解禪放出不

5、燃性氣體以稀釋可燃性豈怖）、 熔滴作用、提高熱裂解溫度、降低燃燒熱、凝聚 相Si燃、氣相阻熱、微粒的表面效應(yīng)4 等。在 一個(gè)阻燃體系中，往往不只包含一種B1燃作用3 »1*2阻燃處理方法121提高成纖高聚物的熱稔定性（1）在成纖高聚物的大分子鏈中引人芳環(huán) 或芳雜環(huán)，増加分子鏈的剛性、大分子鏈的密 集程度和內(nèi)聚力，然后將這種髙熱穩(wěn)定性的奇 聚物用濕法紡絲制嵐殲維。2006第1期(2) 通過纖維申線形大分子鏈間交聯(lián)反掘 婕成三維交鎖結(jié)構(gòu)，限止碳鏈斷裂，成為不收 編,不熔碗的阻燃性纖維°將纖維在200300弋的空氣氧化爐中 停留幾于分鐘或數(shù)小時(shí)使纖維大分子受熱后 發(fā)生炭化成為具有

6、阻燃性的纖維。122原絲陰燃改性共聚法：任成纖髙聚物的合成過程中、 把含有磷、鹵、硫等阻燃元素的化合物作為共 聚單體(反應(yīng)型齟燃劑)引人到大分子鏈中再 把這種阻燃性強(qiáng)的物質(zhì)加到纖維中。共混送：與共聚法同厲原絲改性，是將 陰燃劑加人紡絲熔體或紡制阻燃纖維的方法。接枝班性：用放射熱、高能的電子束或 化學(xué)引發(fā)劑便纖維(或織物)與乙烯基型的阻 燃單休發(fā)生接枝共聚，是獲得有效而持久的阻 燃改性方送©接枝阻燃改性纖維的阻燃性與接 枝單怖中齟燃元素的種類及接枝部位有關(guān)+接 枝部位對阻燃效果的影響次序?yàn)椋盒静拷蛹肌?均勻接枝，表面接枝。2.KJB纖維的種類目前阻燃纖維已有幾十個(gè)品種口經(jīng)阻燃劑 傳統(tǒng)加

7、工的阻燃纖維主要有以下幾種：(1) 通過共聚法制得的阻燃滌綸紳維如 德國Hoechst公司的TVevira系列，意大利Snia 公司生產(chǎn)的Wiatd FR等(2) 采用共混法制得的阻燃粘膠纖維如 70年代由奧地利Sn2i噸化學(xué)公司開發(fā)的 Lending阻燃粘膠纖維以及美國Avtex公司生 產(chǎn)啊Durvil阻燃粘膠纖維，(3) 阻燃購綸蚌維如日本鐘紡公司于 J976年開發(fā)井投產(chǎn)的阻燃聚丙烯晴野維 “仆氐其主要品種有阻燃纖維V0型，高阻燃 纖維VH型和阻燃收編纖蠟V S型三種5 o(4) 陰燃錦綸纖維 山西化纖廠科研所采用全逍粒法，在錦綸細(xì)片中加人自制的NF- 幻02，NJT四乙?；?5上海絲綢-

8、四漠4”匸-二輒基二苯甲烷)阻燃劑制 得”其10 1值達(dá)2丁 vol% +可供橡膠廠作運(yùn)輸 帶。技術(shù)縱橫W 和.JI I(5) 采用英混法制得的阻燃維綸纖維 如 日本幵發(fā)的脳尬芒匕重慶紡織研究所與成都科 技大學(xué)合作成產(chǎn)的阻燃維綸纖維。(6) 阻燃丙蛇纖維如江蘇程紡織研究所 和蘇州織染廠等單位，以PP榆為載體，以八 澳醴一三氧化二梯為阻燃劑制成阻燃母粒. 研制并成毗生產(chǎn)了阻燃丙繪J 6隨著料學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，各國還開發(fā)生產(chǎn)了 爹種耐高溫纖維,如在高聚物大分子鏈中引人 芳環(huán)或芳雜環(huán)的芳綸1414J3B； PBI(聚苯并 咪畦纖維);PSAf聚芳侃味纖維?；蛘邔⒗w維 的線性大分子鏈交聯(lián)形成三維交聯(lián)結(jié)構(gòu)如

9、 kynol (酚醛纖維)?；蛏輰⒗w維氧化改性如 Panof (聚溝埔晴氧化纖維h最近目ASF公司幵 發(fā)的Basuf il,是一種三聚氯胺新型耐熱纖維, 它冇較好的耐化學(xué)姓，水解穩(wěn)是性、防水性能 卩o這些纖維在工業(yè)及待殊領(lǐng)域有著很大的 用途它們的阻燃效果都比較好口其中應(yīng)用較 多的是芳綸,80年代已達(dá)5000 t/flo 3”芳綸的性質(zhì)芳綸是一類新合成野維的總稱,學(xué)名為芳 香聚離胺纖維(AiiTiiH fibej1)*英文名為F跖十 咄肺,我國商品名為芳綸。芳綸可分為鄰位、間 位及對位3種鄰位無商業(yè)價(jià)值。對拉芳綸 引的主密結(jié)構(gòu)具有高度的規(guī)則性，大分子J&以 卜分忡展的狀態(tài)存在，它具有耐高

10、溫、防火.耐 化學(xué)腐燭及高的力學(xué)性館和抗疲勞性。它的強(qiáng) 度為鋼的3倍，為強(qiáng)度變高的族綸工業(yè)絲的4 倍，它的初始模量為滌綸工業(yè)絲的4T0倍懇 猷胺纖維的】0借反上。它的穩(wěn)定性好，在 150X溫度下收縮率為0o它在髙溫下仍能棵 持較高的強(qiáng)度。間位芳綸9的大分子贊呈鋸肉狀,它具有 優(yōu)良的物理和力學(xué)性能如強(qiáng)度、斷后延悼率 等。冏時(shí)還擁有極桂的耐夾和耐氧化性。它在 260弋溫度連續(xù)使用1000 h后、其強(qiáng)度仍能課 持原強(qiáng)度的闘仙，在300度高溫下便用7山仍 能保持原強(qiáng)度的50%;它的0強(qiáng)度約為500 度；程火焰屮難以燃燒,離開火焰后具有自熄 性;它在酸、緘、膘白劑、還原劑及有機(jī)溶刑中技術(shù)縱橫上海絲綢20

11、06年第1期的恿定性很好D同時(shí)還真有良好的抗SS射性 能“這種高強(qiáng)度，鬲模量,低密度，耐高溫和耐 磨性好的有機(jī)合成的芳綸是近代高技術(shù)領(lǐng)域 的特種纖維。目前真有代表性.在國外已工業(yè)化的主要 有兩種：芳綸1X3 (PMIA)和芳綸M 14(PP- TA)分子式如下：國外芳綸的發(fā)展是60年代首先由美國社Dupont)公司開發(fā)的熱穩(wěn)定性間位芳綸到 67年開始商品出售諾曼克斯”在66年該公司 又生產(chǎn)了對位芳綸凱芙拉 70年代開始各國 相繼研制幵發(fā)，尤其是荷蘭阿克松(Akzo)公詞 開發(fā)較快，已是次于杜邦的全球第二大芳綸生 產(chǎn)國"現(xiàn)在全球每年對芳綸的需求量已超過4 萬噸，其中2,8萬噸蹇高強(qiáng)對位

12、的芳綸14140 我國70年代首先由中國科學(xué)院與清華大學(xué)進(jìn) 行理論研究,但是進(jìn)展祖慢，這些年由于冇些 轉(zhuǎn)殊領(lǐng)域的滯求才開始轉(zhuǎn)到較快的發(fā)展。3.1 芳綸 1313芳綸1313纖維是一種由芳香二胺和芳香 二醸縮聚而瑚的芳香基聚酰胺纖維，即聚間苯 二甲讎間苯二胺纖®(PMIA)p我國稱曲芳綸 1313,美國叫諾曼克斯(Nornex)TH本稱康納克 斯(Con«),俄羅斯為菲尼綸(Fenelon) °這種纖 維具有優(yōu)異的耐熱性，它在26012高溫下可持 續(xù)使用1000小時(shí)后，其剩余強(qiáng)度仍能保持匝 強(qiáng)度的65-70%,井且它在火焰中不延燃，拭熱 性能絕隹還抗強(qiáng)醴減。芳綸KH

13、3纖維的結(jié)懾結(jié)構(gòu)為三劇晶系 10,亞葦基環(huán)的兩面角從St胺平面測壘為 3W.這是分子內(nèi)相互作用力下繪穆定的結(jié)構(gòu)。 它的晶挪結(jié)構(gòu)中的氫鍵作用強(qiáng)烈使其化學(xué)結(jié) 構(gòu)稔定，賦予MPD-I纖維優(yōu)越的耐熱性、阻燃 性和耐化學(xué)腐蝕性。芳1313纖維有很好的 耐焰性能，扱限氧指數(shù)(101)29 vol%.在火 焰中不會發(fā)生熔滴現(xiàn)象,而且如果在會熔滴的 化學(xué)纖維中混紡少許的芳綸1313野維也能夠 防止榕滴現(xiàn)象°芳綸13】3纖堆離開火焰會自 熄在収弋的高溫下纖維發(fā)生碳化*成為一 種隔熱昆，腕阻擋外祁的熱量傳人內(nèi)部起到 有效的保護(hù)作用(HK由于芳綸1313結(jié)構(gòu)中氫就在2個(gè)平面內(nèi) 排列，形咸了氫鍵的三維結(jié)構(gòu)使

14、之結(jié)構(gòu)穩(wěn)定, 在200寬下,普通尼龍66和桶纖維強(qiáng)度幾乎損 失殆盡，而N0MEX仍能保持原強(qiáng)度的80%, 它的分解溫度高達(dá)3眄弋左右在火焰中不延 燃并在人體和衣服之間形成阻隔，減低傳熱 效果，提供保護(hù)作用“作為耐高溫紡織材料，芳 綸13(3纖維具有比其它耐離福纖維更好的特 性：強(qiáng)力髙、耐磨和耐折性好、吸濕性強(qiáng)、耐化 學(xué)藥品及可紡性好等等。丙此被大曲用于消防 服面料“高溫過謔林料、降落傘等。但是芳綸 13價(jià)搐較貴，并且分子結(jié)晶度高，分子間結(jié) 合力強(qiáng)造成染色困難口這在某種程度上抑樹 了產(chǎn)it及品種發(fā)展“在羊毛與芳綸混紡RI燃織物的研究中發(fā) 現(xiàn)通過扱性溶劑預(yù)處理方法對芳1313纖 維結(jié)構(gòu)進(jìn)行改性，便

15、微結(jié)構(gòu)得到改變，無定形 區(qū)增加；同時(shí)選用高提升度的染料，衽適當(dāng)?shù)?溫度和條件下，通過載體使織物無定形區(qū)體度 下降，染料擴(kuò)散，探度増加中可以使羊毛與芳綸 混紡阻燃織物染色色澤鮮艷，其色牢度的性能 指標(biāo)達(dá)到美國杜邦公司90年代中期的先進(jìn)水 平，而價(jià)格僅為進(jìn)口歩物的1/4。采用芳綸1313與其他纖維如棉、毛等混 紡將可以實(shí)現(xiàn)阻燃和降低成本前目的°在對芳 綸1313與棉纖維混紡研究中發(fā)現(xiàn)，芳綸與棉 80/20的織物具有優(yōu)良的耐熱、阻燃性t不需阻 燃鑒理即可満足國家阻燃服要求泊恥0和20/ 曲混紡織物.需經(jīng)Pr此阻燃整理后才能達(dá) 到阻燃標(biāo)準(zhǔn)要求。對于羊毛與芳綸1313混紡而言，可以將 芳綸13

16、13fei纖先成條然后與毛條混并成紗，-15-| 維普資訊 2006年第1期上晦絲綢技術(shù)縱備再進(jìn)行織造。當(dāng)芳綸混紡比例超過如時(shí)，直 極限輒描數(shù)就達(dá)到2R以上，無需阻燃整理就 具有良好阻燃性能，從而大幅度降低了成本32芳繪1414芳綸1414纖維足按對位連接的全芳香基 聚酰胺纖維.即聚對苯二甲聯(lián)對笨二胺纖維 （PPTA）O我國稱為芳綸1414,美國叫凱芙拉 （©vhih荷蘭稱特瓦龍（Twm"俄眾斯為特 姜艙（T鐘km）°在該纖維內(nèi)部+大分子沿縱向取 向，取向度根島，生成了大約】00%的次晶結(jié) 構(gòu)“該纖維是一種耐高溫的高強(qiáng)高模特種纖 維,其耐熱性不亞于芳綸13】3”而

17、強(qiáng)度可達(dá)25 克應(yīng)臥上，彈性模:&達(dá)540克/旦（6950公m 毫米2）,它是一般錦綸纖維的410倍，不但 耐酸堿而且對橡膠有良好的粘著力1可”在市血上經(jīng)常看到的芳綸1414（PPTA）是 用于運(yùn)動(dòng)和農(nóng)空的頭盔、電纜和復(fù)合織Wfl4o 在空氣中，芳綸1414的連續(xù)操低溫度可達(dá)到 190T.它在空氣中的分解溫度高于400£,井 口衣低于4007 '它不熔優(yōu)。點(diǎn)火試驗(yàn)可以觀 察到，芳綸1414只發(fā)光但不熔化將它從火焰 上移走后，段有殘留的燃燒物發(fā)現(xiàn)_芳綸1414 織物的L0I值在28到30陀戦之間。盡管芳綸1414的強(qiáng)度很高*但是柱抗化 學(xué)試劑上還是有一些問題。它的均聚物

18、通常有 相對較弱的抗強(qiáng)酸強(qiáng)礦性&芳綸W4肉為不 能被氯漂白，一般在食品處理的保護(hù)手套上不 就采用。在1985毎，T叭油公司將TechiHual纖維 引人了離性能纖維市場。Technoral星3,4聯(lián) 苯醸二胺對苯二甲就和對苯二甲酰對苯二胺 1J的共聚物畀耐）問曲 井聚物良好的表面結(jié) 構(gòu)使得它具冇比芳綸1414更高的抗化學(xué)試劑 性能口同時(shí)芳綸1414的共聚物也有利于提高 它在許多保護(hù)應(yīng)用方面的耐磨和耐議汽性能" Tehnoral的分解溫度達(dá)到500T15o它能夠 在200七下怏期使用,即使實(shí)在250T ,它依然 能保持原有纖維50%以上的拉伸強(qiáng)度“ Tech- notal的I值

19、是25 vd知著火點(diǎn)為650弋,魅燒熱為28.5 U/直唄配芳等屮7用種含硅酸鹽的纖維累纖 維阻撚粘膠對芳綸進(jìn)行改性，徊到的混紡 織物永久性阻燃效果明顯，織物強(qiáng)力高，柔軟 舒適經(jīng)多次洗淺后不影響阻燃效果”阻燃防 護(hù)效果理想口4芳綸的應(yīng)用及發(fā)展前*芳綸作為一種具有高強(qiáng)高模、防火、耐高 溫、耐化學(xué)腐蝕、耐磨損和抗疲勞性的高性能 纖維,在許多的領(lǐng)域包括航空航天、國防和民 用等方面都有廣泛的應(yīng)用I8ft特別是它耐高 溫的特性,使其在以下一些方面具有非常重要 的應(yīng)用口耐熱制品 利用芳繪的耐熱性的特點(diǎn)，可 用芳綸增強(qiáng)的橡膠傳送帶傳輸熱玻璃器皿坯 料（如顯像蒼泡和烘干食品聲），還可用于閒溫 下化工產(chǎn)品（或中

20、間產(chǎn)品）的過慮和氣體慮 袋，機(jī)電高溫絕緣材料等。國防工業(yè)芳綸可用于制作防彈制品如 芳綸與金用復(fù)合裝甲板*芳綸與陞瓷復(fù)合裝甲 板已廣泛用于防彈裝甲車，防彈運(yùn)鈔車防彈 頭盛上。高檔防彈芳綸的無緯布與高性能的聚 乙嫦薄膜制成的軟質(zhì)防彈背心，比超高相對分 子蜃的聚乙烯纖維的防彈性能和耐熱性能更 好。耐熱及防護(hù)服裝兩種芳繪都可用于制作 宇航服原子能工業(yè)防護(hù)服防火和消防工作 服，具冇各種色彩高能見度的阻燃防護(hù)t柞 服，兇満足巡路人員和營救人員的特殊需契。 宇航員槍外服裝要經(jīng)受巨大溫差（受陽光照射 時(shí)為120乜，不受陽光照射時(shí)為-273七）的考驗(yàn) 和宇宙塵埃的襲擊，芳綸是選作宇航服的材料運(yùn)動(dòng)器材充分利用芳綸

21、耐高溫、耐熱和 耐疲勞等特性，以制作運(yùn)動(dòng)條件苛刻的攀擊手 套,登山鞋靴,賽車車休，賽馬頭盔等。還可以 制作網(wǎng)球拍滑雪板，滑雪寒，雪橇.弓箭弓 弦，釣鉉桿,風(fēng)箏骨架和高爾夫球棍等。同時(shí)作為阻燃紡織品的原斛，耐高溫的芳 綸的應(yīng)用還幡進(jìn)一步飛遠(yuǎn)的發(fā)展口在一些經(jīng)濟(jì)技術(shù)縱橫 笈達(dá)的國家阻燃的紡織品便用已相當(dāng)普遍* 除了軍隊(duì)和軍工生產(chǎn)部門外，其主要用逮有: 各種交通王具曲內(nèi)裝飾織物;高層和地下建筑 物等室內(nèi)裝怖織物等；特殊工作環(huán)境的防護(hù) 眼；兒童睡衣和玩具等C尤其是產(chǎn)業(yè)用防護(hù)服 及室內(nèi)裝飾用布是陰燃紡織冊的兩大市場4 0 前我國采用阻撚防護(hù)服的只有消防和冶金系 統(tǒng)，還有煤礦、石油、化工、森林”以及各行各業(yè)

22、 的電焊工、爐前工需要防護(hù)服"另外煤礦部 1985年規(guī)定傳送帶須經(jīng)過聊燃才能下獷使 用，公安部也規(guī)定消防水龍帶須阻燃°目前我 國高層建筑胡來超念，特別是奇層建筑中作為 人員流動(dòng)較雜的辦公窒、賓館、影劇院、題視 廳、大會堂等公共場所其室內(nèi)裝飾品應(yīng)具有 一定的阻燃性能,所以隨著環(huán)保對阻燃整理的 限制，作為阻燃紡奴品的坯要的原料，耐高溫 的芳綸具有很大的市場潛力。參考文就卩齊魯.江蘇D材料導(dǎo)2003. J7(1)： 閏神燕萍。廣西工學(xué)院學(xué)報(bào)J997,8(4)：7 姓瓶周錦新黃飆珍等.幼織材料學(xué)(第二版北 京;紡織工業(yè)出版社5 1993,心肌(4陡儒民*黃象盤，陳佩蘭編薯、阻燃軒維及