高性能阻燃纤维的特性与应用

杨 琳，王中珍，丁 帅

(1.山东省纺织科学研究院，山东 青岛 266032；2.山东省特种纺织品加工技术重点实验室，山东 青岛 266032)

高性能阻燃纤维的特性与应用

杨 琳1,2，王中珍1,2，丁 帅1,2

(1.山东省纺织科学研究院，山东 青岛 266032；2.山东省特种纺织品加工技术重点实验室，山东 青岛 266032)

文章简述了聚苯硫醚、聚酰亚胺、聚四氟乙烯、芳纶1313、芳砜纶和连续玄武岩纤维六种高性能阻燃纤维的基本特性及在相关产业的应用，并对高性能阻燃纤维的发展进行了展望。

高性能阻燃纤维；特性；应用；展望

1 引言

为满足国防、航空航天、核能、冶金、地矿等特种行业对工程材料耐高温、耐辐射、高强度、绝缘性和热稳定性等性能的高要求，各国都致力于高性能纤维的开发研究。高性能阻燃纤维作为其中的研究热点，受到越来越多的关注。通常情况下，根据极限氧指数(LOI)，将纺织品分为易燃(LOI≤20%)、可燃(LOI=20%～26%)、难燃(LOI=26%～34%)和不燃(LOI≥34%)四个等级[1],而高性能阻燃纤维的极限氧指数普遍在26%以上，阻燃性优异，同时又具有良好的热稳定性、耐化学性和力学性能等，使其在特种工业领域应用广泛[2]。

2 高性能阻燃纤维的主要特性

聚苯硫醚、聚酰亚胺、聚四氟乙烯、芳纶1313、芳砜纶和连续玄武岩纤维是目前应用较多的高性能阻燃纤维，其主要特性见表1。

表1 六种高性能阻燃纤维的主要特性

由表1可知，除芳纶1313与芳砜纶外，其余四种纤维的极限氧指数都等于或大于34%，达到了不燃(LOI≥34%)的等级，阻燃性能十分优异。同时这六种纤维的热稳定性较好，可在高温下持续工作，能应对极端的工作环境。

3 高性能阻燃纤维的应用

3．1 聚苯硫醚纤维

聚苯硫醚纤维由聚苯硫醚树脂(PPS)采用常规的熔融纺丝方法，在高温下进行后拉伸、卷曲和切断制得。聚苯硫醚纤维具有优异的阻燃性与耐高温性，可制成阻燃防护服以满足有色金属冶炼、资源勘探、消防等在特殊条件下工作的人员的防火耐热需求。同时聚苯硫醚纤维材料还可作为飞机、动车、特种设备的阻燃防护层，降低因火灾造成的人员伤亡和财产损失。我国近年来的大气污染问题日益严峻，雾霾频发，国家废气排放标准日趋严格，聚苯硫醚纤维材料可作为特种功能过滤材料，用于大型燃煤锅炉、垃圾焚烧炉的粉尘过滤，目前国外工业用袋式除尘设备的滤袋材料全部使用聚苯硫醚纤维[3]，而我国的使用率较低，聚苯硫醚纤维在袋式除尘设备领域拥有巨大的潜在市场。

3．2 聚酰亚胺纤维

聚酰亚胺(PI)纤维采用干喷-湿法纺丝工艺制成，其不仅具有优异的阻燃性，还有优越的耐辐射性、热稳定性和高强高模等特性，这使得其拥有广阔的应用空间[4]。具有高阻燃性、耐辐射性的聚酰亚胺纤维可织成非织造布，用于制做阻燃、防辐射的特种防护服。同时聚酰亚胺纤维也可作为先进复合材料的增强剂，用于航天器、火箭等内部精密仪器的耐高温阻燃护套[5]。聚酰亚胺纤维滤料也可用于大型燃煤锅炉和干法水泥生产线的袋式除尘设备，但其价格要高于聚苯硫醚纤维。

3．3 聚四氟乙烯纤维

聚四氟乙烯(PTFE)纤维是由聚四氟乙烯树脂制得，简称PTFE纤维。聚四氟乙烯纤维不燃、具有优异的耐化学性、极低的摩擦因数、无毒、优秀的生物相容性和优良的耐高、低温性。目前我国已经实现聚四氟乙烯滤料的100%国产化，已实现PTFE长纤维的编织[6]。PTFE纤维耐化学性极佳，可用于化工厂或强酸、碱环境下的阻燃。

3．4 芳纶1313纤维

芳纶1313(PMIA)纤维是由酰胺键间芳香环所构成的线型大分子，具有优异的耐热和阻燃性、热稳定性、电绝缘性、可纺性及在高温下不熔滴的性能，是应用最广泛的本质阻燃纤维[7]。由于具有优秀的耐高温阻燃性，芳纶1313纤维制作的阻燃防护服，已经一定程度地应用到化工、电力、煤炭等行业[8]。高压电气设备场所的电弧危害，会对现场作业人员造成严重的人身伤害,芳纶1313纤维具有高绝缘性和耐高温、高阻燃性，能有效降低作业人员受到电击和高温灼伤的可能，起到防护作用。实践证明，使用芳纶1313纤维制作的电弧防护用具，可以起到令人满意的防护效果[9]。

3．5 芳砜纶纤维

芳砜纶(PSA)纤维是我国具有自主知识产权并实现工业化生产的芳香族聚酰胺有机阻燃耐高温纤维，其耐热性、阻燃性、热稳定性优于间位芳纶，同时具有良好的电绝缘性、染色性、耐辐射性和化学稳定性等[10]。芳砜纶织物极限氧指数较高，抵挡烧透性能比较好，同时具备优良的可纺性，是制作阻燃防护服和阻燃纺织品的理想材料。芳砜纶纤维适合用于制作高温袋式除尘器，潜在消费市场巨大。干式变压器的核心组件是耐高温绝缘纸，芳砜纶耐高温、电绝缘性优异，以其为基体生产的绝缘纸在特种、高档电机和电气设备中应用广泛。

3．6 连续玄武岩纤维

连续玄武岩纤维(CBF)是以天然玄武岩矿石为原料，经1450～1500℃高温熔融后，通过铂铑合金拉丝漏板制成的连续纤维[11]。玄武岩纤维具有优异的力学性能，拉伸强度是E玻纤的1.4～1.5倍；玄武岩纤维是无机纤维，拥有极好的阻燃性，极限氧指数高达68%；拥有突出的耐高温和耐低温性，可在-269℃～650℃的环境连续工作；拥有优异的化学稳定性，极高的隔热、隔音性等。目前，用玄武岩纤维纺纱编织成的防火布已用于阻燃隔热防护服、灭火毯的制作，产品主要应用于消防、冶金、军工等行业。

4 高性能阻燃纤维的发展趋势

4．1 绿色环保型

高性能阻燃纤维在燃烧反应中，有害气体排放量小，但并未完全避免，仍会对人体和环境造成一定危害。以人体安全和绿色环保为出发点，开发无毒、无烟、无熔滴的阻燃纤维是未来的发展趋势[12]。玄武岩纤维的极限氧指数极高，且为无机纤维，燃烧无有害气体排放，但其价格较高，服用性能较差，可考虑与其它纤维混纺，使混纺织物既具有高阻燃性，又能降低甚至杜绝燃烧反应中有害气体的排放，还能提高产品的服用性能。

4.2 民用经济型

高性能阻燃纤维相比传统的阻燃维纶、阻燃涤纶和阻燃粘胶价格较高，普通民众难以接受。近年来，我国汽车保有量屡创新高，汽车自燃案例层出不穷，但车用防火装备除车载灭火器外并无其它有效工具，车用防火设备市场巨大。可利用高性能阻燃纤维与硅氮系阻燃粘胶混纺，制成阻燃性好、性价比高、手感舒适的车用防火毯，在火灾发生时用于防止火势蔓延及保护逃生，保障生命财产安全。

4.3 服用舒适型

在高辐射、高温的特种环境条件下，由于阻燃隔热防护服厚重、密闭，工作人员穿着后难以长时间作业，因此阻燃隔热防护服还应具有良好的服用舒适性。开发具有高阻燃性、较好热湿舒适性的高性能阻燃纤维，同时优化阻燃隔热防护服的工艺设计，改善其服用性能，提高人体穿着舒适感，也是今后高性能阻燃纤维纺织品的研发方向。

5 结论

高性能阻燃纤维在高新产业、尖端技术和特种装备领域有着广泛应用,但在市场需求量大的工业、民用领域应用却比较少，主要原因是其品种较少、价格较高、服用性能较差。企业与科研院所应该注重开发新品种，扩大产能和降低成本，并改善其服用性能，同时开拓高性能阻燃纤维由高端产业向工业、民用领域延伸的渠道，让其展现出越来越强的生命力。

[1] 于伟东.纺织材料学[M].北京：中国纺织出版社，2006.

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Characteristics and Applications of HighPerformance Flame-retardant Fibers

YangLin1,2,WangZhongzhen1,2,DingShuai1,2

(1.Shandong Textile Research Institute,Qingdao 266032,China;2.Shandong Provincial Key Laboratory of Special Textiles Processing Technology,Qingdao 266032,China)

The basic characteristics of six kinds of high performance flame-retardant fibers and their applications in related industries, which were PPS, PEI, PTFE, PMIA, PSA and CBF,were introduced. And their development prospects were expected.

high performance flame-retardant fibers; characteristics; applications; prospects

2016-05-30

杨 琳(1986—)，男，山东青岛人，助理工程师。

TS102

A

1009-3028(2006)03-0050-03