聚合物基新型阻燃功能纤维的研究进展

石鹏翔 郑洪琳 刘腾

【摘 要】功能性纤维是通过物理化学方法使普通纤维具有独特功能性的一种新型纤维。由于其独特的功能性特点，人们对功能性纤维的需求量日益增多，所以成为国内外研究的重点之一，现如今对医用纤维、吸水纤维、导电纤维、蓄热纤维等研究比较多。本文介绍了国内外广泛使用的具有阻燃作用的新型纤维，对这种新型功能性纤维的研究进展及现状进行了详细的介绍，探讨了新型阻燃功能性纤维的发展趋势。

【关键词】新型纤维;阻燃纤维;功能性

阻燃纤维是指仅在火焰中阴燃而不产生火焰的纤维[1]。他们离开火焰和引燃，自动熄灭。同时，它们在室温下具有物理和机械性能，或在长期使用后具有满足日常生活需要的最小物理和机械性能。

1、阻燃PVA纤维

聚乙烯醇（PVA）纤维、聚丙烯腈（PAN）纤维是我们生活中最常见的合成纤维，我们常称它们分别为维纶和丙烯酸纤维。早在几年前，以PVA为基础进行阻燃性能的研究取得了较大的研究进展。现如今研究阻燃纤维都是对PVA进行卤元素的掺杂改性[2]。但是遗憾的是这种类型的纤维在超过其阻燃限度时发生燃烧现象，会产生大量的浓烟，释放出大量的具有腐蚀性的有毒气体（卤化氢等）。因此，无毒无害阻燃纤维的制备和研究成为现阶段阻燃功能纤维的重要研究方向。

任元林等人以二甲基亚砜（DMSO）为溶剂，制备了不同质量百分比的聚乙烯醇/聚丙烯腈（PAN）共混纺丝液，研究了PVA/PAN共混纺丝液的粘度和宏观相容性[3]。通过旋压和磷化处理制备了共混纤维，利用PVA侧链上P、N元素的引入，在高温条件下PVA/PAN共混纤维能在表面形成一层膜，防止火焰的进一步向内部纤维的蔓延，抑制了可燃气体的释放。

姜燕等人研究了不同Al3+离子改性方式对MF/PVA复合纤维性能的影响，并分析了Al3+与MF树脂的协同阻燃机理[4]。选择Al3+加入到MF树脂中将MF树脂改性然后与PVA共混纺丝得到一种复合纤维材料，分析了MF树脂和Al3+对阻燃性的影响。

赵虹等人就六苯氧基环磷腈（HPCTP）阻燃聚乙烯醇纤维材料的结构和性能进行了研究[5]。HPCTP有着较好的耐酸性和热稳定性。在高温实验中，纤维产品产生NH3，稀释可燃气体，达到气相阻燃效果。

Xiansheng Zhang等[6]通过纤维间的协同作用，提供了一种简单有效的提高织物阻燃性能的方法，并发现了一种具有协同作用的阻燃维纶/聚间苯二甲酰胺（PMIA）纤维体系。通过锥形量热仪测试，如图1所示，分析得到FRV/PMIA为50/50具有更高的着火时间和更低的峰值放热率，表明了组分之间存在协同阻燃作用。制备了具有协同效应的优良阻燃纺织品。

张晓云等[7]采用湿法纺丝工艺制备PVA/SA/MF复合纤维（PMS），经过研究得到了PVA：SA：MF为10：1：4，复合纤维有良好的阻燃性能和力学性能，极限氧指数为29.8%，断裂强度为3.19cN/dtex。

2、阻燃PLA纤维

莫达杰等[8]通过熔融共混方式制备了PHBV/PLA/APP复合材料，并进行熔融纺丝，结果表明：当APP质量分数达到10%时，阻燃效果最佳，其极限氧指数为32.3%，阻燃等级达到V-0级，且燃烧过程中无熔滴现象。

Yu-Ying Wang[9]等在研究中利用再生竹筷子纤维及纳米黏土强化聚乳酸（PLA）为可生物降解塑料。用偶联剂对筷子纤维和纳米粘土进行表面改性，如图2、3所示，并将其接枝到聚乳酸侧链上，以增强增强增强材料与聚乳酸的相容性，提高聚乳酸的力学性能。结果表明，复合材料的UL-94阻燃性能达到V-1或V-0级，拉伸强度增量达到14.5%，冲击强度增量达到和5.5%，热变形温度增量可达102%。所得到的绿色复合材料不仅具有阻燃性，而且具有良好的热性能和力学性能。

3、结语展望

随着时代的进步，人们对阻燃纤维的需求量逐渐增大，面临着这样一个现实，如何制备更高效、更优良、更便宜的功能性纤维成为国内外研究的热点，当下，国外现在使用的产品大多价格昂贵，对于我国而言， 尝试自主开发新型高效功能性纤维产品。这类产品应满足一些基本特性：（1）具备优良的耐久性与耐候性;（2）符合绿色环保、低碳节约的要求;（3）对纤维的力學性能、热性能、电性能等影响较小;（4）较低的成本和简单的生产工艺。

【参考文献】

[1] 张铁江， 常见阻燃剂的利与弊， 煤炭技术 29（02） （2010） 204-206.

[2] 姚淑焕， 徐建军， 叶光斗， 苯胺基环磷腈的合成及PVA阻燃纤维的制备， 高分子材料科学与工程 25（07） （2009） 13-16.

[3] 任元林， 霍同国， 秦一文， 姜丽娜， 田甜， 聚丙烯腈/聚乙烯醇无卤阻燃纤维的性能研究， 纺织科学与工程学报 35（02） （2018） 82-85.

[4] 姜燕， 赵虹， 乔允允， 徐建军， 姜猛进， 铝离子改性MF/PVA阻燃纤维的研究  合成纤维工业 40（05） （2017） 22-27.

[5] 赵虹， 齐世凯， 徐建军， 苏昱， 董丽楠， 姜猛进， 六苯氧基环磷腈阻燃聚乙烯醇纤维结构与性能研究， 合成纤维工业 41（06） （2018） 1-6.

[6] X. Zhang， M. Shi， Flame retardant vinylon/poly（m-phenylene isophthalamide） blended fibers with synergistic flame retardancy for advanced fireproof textiles， Journal of Hazardous Materials 365 （2019） 9-15.

[7] 张晓云， 朱平， 隋淑英， 董朝红， 楚旭东， 何叶伟， PVA/SA/MF阻燃复合纤维的制备和性能研究， 合成纤维工业 41（5） （2018） 19-23.

[8] 莫达杰， 李旭明， 许增慧， 聚（3-羟基丁酸-co-3-羟基戊酸共聚酯）/聚乳酸阻燃纤维的制备及其性能， 纺织学报 40（05） （2019） 12-17.

[9] Y.-Y. Wang， Y.-F. Shih， Flame-retardant recycled bamboo chopstick fiber-reinforced poly（lactic acid） green composites via multifunctional additive system， Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers 65 （2016） 452-458.