阻燃纤维性能及其变化探析

石 红

（江汉大学化学环境工程学院，湖北 武汉 430056）

随着现代化城市不断的发展，人们对纺织品提出更高的难燃化要求。但是，在世界范围内纺织品燃烧所引起的火灾依然无法禁止。因此，对纤维阻燃性能进行分析，观察其各个方面的变化情况，就成为当前阻燃纤维研究的重点。

1 阻燃纺织材料

满足纺织材料的阻燃性能，可以通过2种方法来实现：第一，对纺织材料进行阻燃处理，满足纺织材料的阻燃目的。这种操作方式不仅加工容易，而且成本低廉，但是随着洗涤次数和使用年限的增加，其阻燃性会随之降低，甚至消失。并且，通过部分整理，在燃烧过程中纺织材料可能产生有害气体，危害人们的身体健康［1］。第二，直接生产阻燃纤维，使用阻燃纤维进行织造和纺纱。这样的产品就能达到永久阻燃的目的。对于直接生产的阻燃材料，还可分为本质阻燃与改性阻燃2种类型。

本质阻燃纤维指的是纤维本身的大分子链就存在阻燃性基团，其阻燃性并非是改性处理之后才得到的；改性阻燃纤维主要是通过阻燃剂接枝、共聚、共混等方式，确保原始纤维特性不变的前提下，赋予纤维阻燃性。如，改性丙纶、改性涤纶等。

部分场合要求纺织材料兼顾阻燃性和耐高温性，即在200℃的高温条件之下，纺织材料在连续使用过程中不会出现分解现象，保持其物理性能不变。由于其耐热性，即使其暴露在传导、热辐射以及对流的环境之下，对材料的衡量依然可以用保持性能不变来判断。一般而言，本质阻燃纤维的阻燃性与耐热性较高，可以称之为高性能纤维。而改性阻燃纤维本身的耐热性偏低，并且永久阻燃的阻燃性也是相对的，并非能够阻燃一切。

2 阻燃机理及阻燃剂类型

可燃物的燃烧离不开氧气与温度，通过极限氧指数（LOI）可以表现出燃烧的难易程度。一般来说，空气氧浓度为21%，如果LOI大于21%，在空气中该物质就难以燃烧。具体的LOI值见表1所示。

表1 纤维LOI值 %

阻燃原理：一方面，在热分解逐渐减少的过程中，生成可燃气体与阻碍气相燃烧的基本反应。另一方面，空气的隔离、稀释以及对区域内燃烧热量的吸收也会影响燃烧。纺织材料的可燃性可以用极限氧指数来表示。在实验条件下，能够支持材料燃烧的最低极限氧浓度，就可以称之为最低体积百分数。计算公式如式（1）。

其中：［O2］表示氧气流量；［N2］表示氮气流量。

氧指数实验方法具备良好的重现性，并且还可以得到相应的数字结果，所以，其发展很快，大部分国家都将其作为聚合物材料可燃性实验的主要方式。如，JISK7201。国内于1980年制定了GB2406氧指数实验方法，最新的测试标准为1997年提出的GB5454。

国内在研究阻燃纤维时，大部分都集中在磷素和卤素等阻燃剂上，一般来说，阻燃剂包含氯、硫锑、氮、磷等。在阻燃领域内，卤系阻燃剂所具备的阻燃效率以及在材料有机合成中的相容性都是公认的，但是在燃烧时，卤素阻燃剂会产生有毒气体，并且还具有一定的腐蚀性。随着人们使用要求的不断提升，阻燃纤维所使用的阻燃剂也会出现相应的调整，人们不仅要求阻燃纤维要具备阻燃性，同时还要做到无毒与消烟阻燃［2］。

按照使用方法，阻燃剂分为添加型和反应型2个类别。添加型是在阻燃纤维加工过程中添入的，反应型则是在合成高分子过程中，作为一个组分参与到反应之中，或者是能够与高分子之间发生反应，进而在高分子化合物中引入具备阻燃作用的基团；按照阻燃元素划分，可以分为卤系、磷系、硫系、铝系等；按照阻燃的机理又可分为固相阻燃和气相阻燃。当卤系阻燃剂受热分解，就会有相应的气体产生，捕捉到火焰当中的自由基，然后达到阻燃的目的。这属于常见的，具备典型性特点的气相阻燃机理［3］。含有氮和磷的阻燃剂，在受热之后会有泡沫层出现，不仅可以将空气隔绝，还可以降低可燃气体本身的成型速度，在燃烧时，具备烟雾少、有害气体少以及在碳层形成之后对聚合物熔滴有效防止的优点。

3 阻燃纤维梳理前、后长度与强度的变化

对阻燃纤维通过小型梳毛机试验进行梳理之后，收集样品，进行检测，对阻燃纤维在梳理前、后的长度与强度进行测试。在梳理前、后，阻燃纤维具体的变化情况如表2所示。

表2 梳理前、后阻燃纤维的强度与长度的变化统计表

从表2可以清楚地看到，在经过梳理之后，4种材料的阻燃纤维强度都有所降低。其中，阻燃粘胶和芳纶的强度变化相对较少，而腈氯纶与阻燃维纶的强度变化较大，腈氯纶的变化达到25.6%，阻燃维纶的变化达到14.2%。

虽然4种材料都是化纤，但是在梳理前、后的阻燃纤维长度差异并不明显，在梳理之后，阻燃纤维的长度都有不同程度的降低，其中，阻燃维纶、芳纶、腈氯纶变化相对较小，而阻燃粘胶纤维长度变化率达到16.7%。综合表2中对强度与长度测量的结果分析，通过梳理作用，阻燃纤维的强度与长度都会有所变化。由于阻燃纤维生产方式和自身属性的不同，其梳理的影响程度也存在一定的差异。芳纶本身强度较高，在梳理之后，其强度与长度变化都不明显；腈氯纶与阻燃维纶虽然其长度没有较大的变化，但是强度降低较多，说明在进行梳理时，会对纤维产生影响；阻燃粘胶在梳理前、后的变化最大，这主要是因为其本身强度偏低，在梳理过程中容易出现断裂的现象［4］。

通过对表2的分析可知，梳理作用对阻燃纤维的强度与长度或多或少都会产生影响，除了芳纶之外，其余的影响相对偏高，以阻燃粘胶纤维为最。这样的操作，会增加纱线的毛羽，降低纱线的强度。所以，针对阻燃纤维的不同，制定相匹配的工艺对改变阻燃材料的性能是非常必要的。

4 结语

随着绿色环保的不断发展，阻燃纤维的应用不仅要对火灾进行防御，延缓火灾的蔓延速度，同时，还要具备无污染、无毒的要求。随着人们自我安全意识的不断提升，阻燃纤维开发力度不断增大，永久性阻燃纺织品必定会成为研究的新热点，并且随着社会的发展，其应用范围也会越来越广泛。所以，研究阻燃材料性能及其变化，对社会生产、社会大众的安全防护有着实际意义，值得相关人员加深研究深度、拓宽研究广度，为今后的纺织品阻燃奠定基础。

［1］ 程士润，沈妍，王红.浅谈阻燃纤维的分类和发展［J］.中国纤检，2013（1）：84-86.

［2］ 杜红丽，赵书林.阻燃纤维及其最新研究进展［J］.天津纺织科技，2008（1）：24-28.

［3］ 周志华，李玉林，薛露云.阻燃纤维的现状及发展趋势［J］.中国纤检，2014（11）：82-83.

［4］ 周建红.新型阻燃纤维的改性研究［J］.消防科学与技术，2014，33（8）：949-951.