新型高性能阻燃纤维技术现状及应用前景
时间：2020-12-08 20:09:27 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要：
从阻燃纤维的基本概念和原理入手， 分析了有别于传统阻燃纤维的新型高性能阻燃纤维的特点， 介绍了几种在尖端领域应用的特种阻燃纤维。指出在国家倡導创新驱动发展的形势下，高新技术企业需要加快速度突破多年来的国际技术壁垒，纤维检验机构也应与时俱进地了解新型高性能纤维的特点及应用状况，在相关成分定性和定量方面及时弥补国内空白。
关键词：阻燃纤维；高性能；应用前景
1 引言
国内市场上的阻燃纤维品种繁多，常见的几种阻燃纤维主要是基于普通纤维的添加阻燃成分或改进整理工艺获得，例如阻燃粘胶、阻燃涤纶、阻燃腈纶、阻燃维纶等等。但这些常规阻燃纤维的性能通常有一定的局限，不足以应对更加复杂的应用领域，能应用于军事尖端领域的技术还比较少。例如，国庆大阅兵时，通过天安门前的某些阅兵方队穿着的多地形迷彩作战服，就是采用自主研发的多纤维混纺阻燃面料，同时还具有高强、耐磨和良好的色牢度等理化性能。
高性能阻燃纤维必须能根据实际情况相应地满足对高强度、高模量、耐高/低温、耐辐射、耐色牢度等综合性能指标的要求。只有具备了上述性能，才可以应用在航空航天、抗低温抗辐射、装甲防护、舰艇绳缆等国防、交通领域以及高温过滤材料、电子绝缘材料、体育用品等军民两用领域。随着阻燃纤维种类的不断发展，其与各种常规纤维之间的混纺面料也不断地被开发出来，纤检机构很有必要及时地了解新型纤维的特点，尤其是在成分定性与定量方面不断开拓探索新的检验方法。
2 阻燃纤维的作用原理和分类
2.1 纤维阻燃的基本原理
广泛意义上的阻燃纤维（flame-retardant fiber）是指在火焰中仅阴燃，本身不产生火焰，当纤维离开火焰时，阴燃自行熄灭的纤维。不同种类阻燃纤维其具体定义不同，例如阻燃涤纶短纤维，在FZ/T 52022—2012中特指在规定条件下测得的极限氧指数大于或等于29.0%的涤纶短纤维。
可燃物燃烧需要足够的温度和氧气，燃烧难易程度可通过极限氧指数 （LOI）来表征。通常情况下，空气中氧浓度约为21%。因此，当 LOI>21%时即表明该物质在空气中难以燃烧。阻燃的基本原理是减少热分解过程中可燃气体的生成和阻碍气相燃烧过程中的基本反应。其次，吸收燃烧区域中的热量，稀释和隔离空气对阻止燃烧也有一定的作用。纺织材料的可燃性可以用极限氧指数来表征，它是指在试验条件下，刚刚能支持材料继续燃烧所需的最低氧浓度，即氧在它和氮混合气体中的最低体积百分数。根据纤维的极限氧指数（LOI）值，可分为五个等级：LOI>30%为阻燃一级（不燃），LOI在27%～30%时为阻燃二级（难燃），LOI为24%～27%为阻燃三级（阻燃），LOI在21%～24%之间时为阻燃四级（可燃），LOI<21%为易燃[1]。
实现阻燃功能，必须切断由热源、可燃物以及氧气组成的燃烧体系。通常，使纺织品阻燃主要通过以下一种或多种方法来实现：除去热源；提高织物发生热裂解的温度；促进成炭，减少挥发性气体的产生；提高可燃性气体燃烧所需的温度；隔绝氧气或者稀释氧气浓度。
2.2 高性能阻燃纤维的分类
根据阻燃纤维材料的自身属性不同，可以分为本质阻燃纤维和改性阻燃纤维两种。本质阻燃纤维是指纤维大分子的分子链上本身具有阻燃性基团，纤维的阻燃性并不是通过改性处理而得到的；改性阻燃纤维是通过共聚、共混、复合纺丝、阻燃剂接枝等方法在最大限度保持原纤维特性的情况下赋予纤维一定的阻燃性，如改性涤纶、改性腈纶、改性丙纶、改性粘胶等等。
根据生产方式的不同，可以分为阻燃剂接枝阻燃改性和共聚共混阻燃改性，其中后者应用面更广一些；根据阻燃剂选用的不同，可分为卤系和磷系阻燃剂，后者可降低材料的热释放速率，具有较好的阻燃性，而且也降低了腐蚀或有毒气体以及烟的释放量，因此逐渐得到广泛应用。
3 新型高性能阻燃纤维的性能特点
3.1 聚噁二唑纤维
聚噁二唑（polyoxadiazoles fiber，简称POD）纤维，是一种芳杂环结构的耐高温特种纤维，具有良好的热稳定性、阻燃、耐腐蚀等性能。主要采用一步法合成和湿法纺丝技术。该纤维经国内众多科研工作者的努力，成功解决了阻燃改性、聚合、溶液流变、纺丝成形、后处理、老化等难题，成为我国又一具有自主知识产权并实施产业化的耐高温阻燃纤维新品种。
该纤维具有良好的耐热性、高温尺寸稳定性、耐腐蚀性、可纺性，可应用于过滤领域。该纤维的极限氧指数>30%，燃烧不熔融，几乎不产生收缩，燃烧后残碳量较高，燃烧气体烟密度小且毒性小。经试验证明，该纤维的热分解温度为539℃，高于同类的耐高温纤维，如芳纶1313、芳砜纶分别为414℃和422℃。
3.2 聚芳酯纤维
聚芳酯（polyarylate fiber，简称PAR）又称芳香族聚酯，是重要的热塑性特种工程塑料之一，通常是指酯基两端连接芳环的聚合物，在工业上多指用双酚A（BPA）、对苯二甲酰氯（TPC）和间苯二甲酰氯（IPC）为原料聚合制得的树脂，实际上为一共聚酯。聚芳酯纤维是经熔融聚合纺丝法获得的特种纤维，该纤维不仅强度模量可与芳纶媲美，而且具有独特的轻质高强、抗撕裂、耐湿热，高低温性能、振动衰减性能以及优良的耐酸碱、耐磨损性能等。
该纤维热分解温度达到443℃，使用温度范围较广，可在-70℃至+180℃下长期使用。具有众多优势，由于采用熔融聚合、熔融纺丝方法制备纤维，因此在整个制备过程中没有溶剂挥发和有害气体排放，纤维属于绿色环保节能低碳材料。该纤维可满足某些高科技领域应用，如美国于1996年底发射的探路者号火星探测器就使用了聚芳酯纤维作为缓冲气囊原料，该气囊成功抵抗了火星表面严酷的环境并将探测器安全送达火星表面。该纤维具有高强度、高模量、耐高温、耐辐射、高技术等优良性能，可将其应用在航空航天、抗低温抗辐射、装甲防护、舰艇绳缆等国防、交通领域以及高温过滤材料、电子绝缘材料、体育用品等军民两用领域。
