纺织用品中阻燃纤维的阻燃性能阐述

严立云

[1.吉林师范大学 物理学院，吉林 四平 136000；2.物理国家级实验教学示范中心（吉林师范大学），吉林 四平136000]

现在，棉织物的阻燃技术已经成熟，以合成纤维为基础的阻燃剂的研制和应用也取得了良好的市场反馈，但是它的缺点也很明显，如染色效果、耐久度、阻燃处理后的触感和强度等都会降低，合成阻燃单体的成本也会提高。与此同时，国内外阻燃纤维的品种越来越多，性能越来越好，但是持久耐用的纤维还很缺乏，相关的研究还在进行之中[1]。

1 天然纤维

以二硫代焦磷酸盐（DDPS）为代表的磷系阻燃剂，通过混纺、纺丝工艺制备纤维素纤维。在DDPS 含量为18%时，纤维素纤维的氧指数（LOI）为26；当阻燃剂含量增加时，泡沫物质在表面上更加突出，烧结后的薄膜表面有较大的孔径，泡沫塑料层能有效阻止火焰的扩散和蔓延。以双氰胺和甲醛在70～75℃的温度下，反应合成低毒性天然纤维阻燃剂。在阻燃剂质量分数为26%时，给待测棉织物上喷洒0.5mol/L 的NaOH 溶液，LOI 值可达31，且不影响其弹性。在氢氧化钠、硫脲、尿素和水溶液中加入一定量的纤维素阻燃剂纳米SiO2，与纤维素膜混合，制成阻燃纤维素膜。在阻燃剂质量分数超过12%的情况下，LOI 可达31。

2 合成纤维

高强度合成纤维具有良好的抗多重变形性能，可用于工业生产。但是，合成纤维是一种可燃纤维，在许多高温条件下，其用途受到限制。所以阻燃剂有必要改进。以环三磷腈烷氧基采用的混合方法制备一种新型纤维的分馏法，从一种高效、环保的无卤粘胶中提取阻燃剂，制成一种新型合成纤维，其软结构均匀分布，阻燃剂用量大，阻燃效果显著提高。经30 次洗涤试验仍保持阻燃效果。对改性合成纤维进行阻燃接枝后，随着接枝速度的增加，纤维的碳残留率明显提高，接枝改性合成纤维的阻燃性能明显提高，LOI 达到28。将阻燃纳米无机技术与合成纤维高含水量模量相结合，通过优化和改进纺丝液的老化和磺化工艺，纺制出的合成纤维的LOI 大于27。

2.1 涤纶

聚酯纤维也通常被称作是“涤纶”，主要是由二元醇以及二元酸缩聚成聚酯，经纺丝制得的合成纤维，工序简单，成本低，速度快。掺混阻燃剂以磷为主，例如有机磷酸酯、磷酸铵和磷酸三甲苯酯的磷化合物可以用来对聚酯纤维进行阻燃改性。在这些物质中，芳族磷酸酯具有很好的水解稳定性，接触角增大，阻燃性能得到改善。有机磷环保阻燃剂G-77 用于改性基质聚酯，自制阻燃基质聚酯和PTF 改性基质聚酯。研究发现，用有机阻燃剂对G-77 进行改性，制备的多功能阻燃涤纶纤维具有阻燃性能高、耐水性能好等特点，并具有良好的机械和纺丝性能[2]。

2.2 锦纶

锦纶纤维也被称作聚酰胺纤维，体现出十分理想的耐磨性和回弹性，工业产量在涤纶纤维之下，被广泛地运用至军事及医疗等各种领域，其质量分数在2%～3%之间。研究发现，体系中的粘土颗粒在热降解过程中受到产生的气体的推动，在其表面形成了絮凝型海洋岛状保护层，减少了热量释放。尼西隆FA 是阻燃型聚酰胺纤维。FA 纤维具有传统FA 纤维的特点。由于这种纤维含有磷阻燃剂，具有持久的防水阻燃作用，而且不含卤素，生成烟气较慢，无有毒成分，所以其LOI 值为28。

2.3 丙纶

丙烯酸纤维阻燃混合物中所含的阻燃剂不能过多，所以必须选择有效的阻燃剂。阻燃剂在浆料中的溶解度较高，分散均匀，稳定性较好。由于丙烯腈的相容性、旋转时的保留性、耐洗性及毒性等原因，选择阻燃剂比较困难。将丙烯酸纤维经铜离子处理，与水合肼、氢氧化钠和澄清剂等组成的水溶液反应，制得阻燃型丙烯酸纤维，它具有良好的阻燃性能和力学性能。研究发现，水合肼的用量为20mL，氢氧化钠用量为5%，精制剂用量为9.4 mL，热处理温度为160℃，热处理时间为180min，得到的丙纶纤维具有较好的阻燃性能，耐热性能好，耐热指数约33。

3 相关阻燃纤维的研究进展

3.1 阻燃涤纶

中国科学技术大学的科学家通过合成次磷酸改性壳聚糖（PCS）阻燃剂，成功地制备出阻燃涤纶。本发明是一种新型含磷壳聚糖衍生物，将环保型PCS 和支化聚乙烯亚胺薄膜沉积在涤纶/棉混纺纱上，利用分层粘合技术制备阻燃涤纶织物。经过利用热重分析、红外傅里叶变换热重分析、扫描电镜和水平火焰测试（HFT）来研究涂层的质量和耐火性能。涂布后PTCO共混物的热稳定性及高温氧化后的热稳定性均有所提高。所有涂层混合物在HFT 过程中均消除了光斑。

3.2 阻燃锦纶

来自奥斯汀德克萨斯大学的郝浩等人通过混合纳米粘土和膨胀助剂，制备了阻燃尼龙纤维，提高了FR 纳米复合材料配方的可塑性。研究人员对纤维表面和内部结构进行分析研究后发现，阻燃剂在纤维中均匀分散，纳米粘土片的分散性也较好。热分析结果表明，使用阻燃整理剂能有效地降低尼龙纤维的散热能力，从而大大提高复合材料纤维的阻燃性能。

苏州大学的科学家用TGA 和SC 对PA-FR 和成品织物的热性能进行了热失重分析，经X 射线衍射分析表明，PA-FR 与尼龙织物存在着熔融共晶作用。试验结果表明，经10 次阻燃整理后，经PA-FR 和PAFR 处理的织物，其LOI 值分别提高了28.8%和26.4%。这就是说，PA-FR 具有优良的耐久性，并赋予尼龙织物防火性能。阻燃合成纤维的吸湿性能好，透气性能优越。阻燃整理的方法主要有共混和整理两种。在粘胶浆液中掺加阻燃剂时，要求阻燃剂对酸和碱有很强的抵抗力，且分散效果好。

由瑞士克莱因推出的Exolit5060 系列有机焦磷酸盐是一种很好的合成纤维阻燃剂，奥地利兰辛公司采用阻燃剂Exolit5060 生产阻燃合成纤维。在燃烧时，首先降解阻燃剂，在火焰中生成磷酸，然后催化纤维素的碳化，分裂产生不可燃物，如二氧化碳（CO2）和水，并使可燃物减少。该公司还采用阻燃合成纤维聚硅酸盐纤维，可形成混合的碳硅残渣，阻燃性好。这个过程中不使用含磷阻燃剂，减少了对环境的污染。

国内的山东海龙公司，采用无机和有机聚合物阻燃剂的混合物生产阻燃纤维，将非极性阻燃剂以纳米聚合物或网络的形式加入到阻燃纤维中。洗涤过程中由于纤维损耗较大，主要用来处理非织造布和填充材料。通过对氯磷腈共混精制合成纤维的研究，四川大学光斗研究组在阻燃剂质量分数为8%时，获得LOI值大于28 的阻燃合成纤维。

3.3 阻燃维纶

阻燃维纶主要成分是PVA 纤维，其主要成分是聚乙烯醇缩甲醛。在没有特殊熔点的情况下，阻燃维纶软化至210～220℃可燃，燃烧后产生不均匀的深褐色硬质物质，这是可燃烧的纤维。四川大学的陈等人利用聚乙烯亚胺和FGO 交替作用，在聚乙烯醇（PVA）薄膜表面逐层沉积组分，从而获得优良的PVA 阻燃涂层，总热量释放量降低近60%。由来自青岛大学的张等人研制出一种由阻燃维纶（FRV）与聚间苯二甲酰胺（PMIA）混合物（PMIA）制成的复合纤维体系，其点火时间长，放热率峰值较低，说明这些组分具有协同阻燃作用[3]。武装警察后勤装备研究所的史美武等人生产出高强、少烟和无熔滴的阻燃维纶，他们用一种特殊的高强度维纶阻燃剂通过纺丝制成，所用的无卤阻燃剂与PVA 有很好的相容性，熔化后与PVA 形成致密的结构，而纤维的强度却没有明显降低，在7 cN/dtex 以上，纤维的LOI 值为29，而且纤维价格便宜，具有无卤、低烟、无毒、防滴落和环保等特点，具有广阔的应用前景。

4 结语

随着阻燃织物在我国的广泛应用和阻燃纤维的不断发展，阻燃纤维技术有可能逐渐向多功能方向发展。不过还需要提高阻燃效率，在其他方面改进纤维性能。比如，研究阻燃纤维混纺技术，以减少阻燃剂的使用，降低对人类安全和环境的危害；研究超细纳米技术和超细颗粒技术，以改善纤维中阻燃剂的相容性；寻求新的阻燃改性应用。研制新型高效、低烟和低毒阻燃体系，实现绿色阻燃，提高阻燃织物的整体性能，这些都是阻燃技术今后的发展方向。