纤维阻燃技术的研究进展

刘斌

摘要：介绍近几年阻燃纤维的研究进展，尤其是天然纤维、人造纤维、合成纤维的阻燃改性技术现状。指出开发无卤、高效、低烟、低毒的新型阻燃体系，实现绿色阻燃，提高阻燃纺织品的综合性能，是今后纤维阻燃技术的发展方向。

关键词：纤维;阻燃技术;共聚反应阻燃;添加共混阻燃

纤维是天然或人工合成的细丝状物质，纤维具有受力时变形小、强度好、结晶能力好等特点，随着经济的发展和人民生活水平的提高，各种纤维及纺织品的应用领域逐渐扩大。因纤维具有易燃缺点，是引发火灾的主要隐患，对其进行阻燃处理，提高阻燃性能非常必要。

一、天然纤维

采用二硫代焦磷酸酯（DDPS）作为磷系添加阻燃剂，通过共混纺织制得阻燃纤维素纤维，当DDPS在纤维中的质量分数达到18%时，该纤维素纤维的氧指数（LOI）达到26。随之阻燃剂含量增加，燃烧后的膜表面凸起的泡状物质越多，断面孔洞增多且孔径增大，这种泡沫层可有效防止火焰的蔓延和传播。在温度为70～75℃条件下用双氰胺、甲醛原料反应合成低毒天然纤维阻燃剂，当阻燃剂的质量分数为26%时，喷0.5mol/LNaOH溶液在棉布上测试，LOI可达31，且对棉布的柔性无影响。将纳米SiO2阻燃剂添加到氢氧化钠/硫脲/尿素/水溶液作为纤维素的容积中，与纤维素膜共混制得阻燃纤维素膜，阻燃剂的质量分数为12%以上时，LOI达到31。

二、人造纤维

人造纤维是利用天然高分子化合物或其衍生物做原料，溶解于溶剂或制备成衍生物后溶解于溶剂生成纺织溶液，之后再经纺丝加工制得多种化学纤维。在人造纤维中粘胶纤维较为重要，强度高的粘胶纤维，抗多次变形性好，可用在工业上使用。但粘胶纤维是一种易燃的纤维，在很多高温场合内使用都受到限制。所以，有必要对其进行阻燃改性。

利用烷氧基环三磷腈，采用共混的方法，制备新型无卤、高效环保的粘胶纤维，阻燃剂质量分数为8.2%时，共混改性纤维的LOI达到28以上。该阻燃剂兼具催化脱水作用，在290℃时促使纤维分解并脱水炭化，使阻燃粘胶纤维残留量增加16%。采用硫代焦磷酸酯作为阻燃剂共混阻燃改性粘胶纤维，LOI达到27.5，但力学性能有所降低。以苯氧基磷腈为阻燃剂， 烷基多糖苷为乳化剂，按一定比例将制备好的阻燃剂浆料加入纺丝母液中，制得具有阻燃性的粘胶纤维，纤维断面上有分布均匀的绒毛状结构，随着阻燃计量的增加，其阻燃效果明显增强，经30次水洗测试仍可保持阻燃效果。在引发剂为4价铈离子的条件下含磷、硫的阻燃共聚单体O，O二乙基—O—烯丙基硫代磷酸酯与粘胶纤维，通过自由基共聚的方式制备具有阻燃效果的接枝改性粘胶纤维，随着接枝率的增大，其残炭率大大增大，接枝改性后的粘胶纤维的阻燃性能大大提高，LOI达到28.1.

无机纳米阻燃粘胶纤维将无机纳米阻燃技术与粘胶纤维的高湿模量相结合，通过优化改进纺丝液的老成和磺化等工艺纺制而成，其LOI达到27以上。

三、合成纤维

（一）涤纶

共混添加型阻燃剂和共聚反应型阻燃剂工艺简单，成本低，见效快。共混添加型阻燃剂主要是磷系阻燃剂，各种有机磷酸酯、聚磷酸铵及磷酸三甲苯酯等含磷化合物都可用于聚酯纤维阻燃改性。其中，芳香族磷酸酯水解稳定性好，加入到聚酯熔体中可以提高聚酯耐温性，有较好的加工性，不会影响聚酯纤维的力学性能和散热性能。采用环境友好型的磷氮系列新型阻燃剂和聚偏氟乙烯（PVDF），通过皮芯复合纺丝制备防水多功能PET纤维，结果表明：添加环氧树脂包覆磷酸铵质量分数为6%时，LOI达到30.7.PET纤维经过PVDF改性后，接触角增大而且具有较好的阻燃性能。采用环境友好型磷系有机阻燃剂G-77对芯层聚酯进行阻燃改性，采用自制阻燃母粒和聚偏氟乙烯对皮层聚酯进行防水改性，结果表明：有机阻燃剂G-77改性后制得的多功能阻燃聚酯纤维具有较高的阻燃性、较好的防水性等特性，同时具有良好的纺丝性能和力学性能。

（二）锦纶

用于聚酰胺纤维的阻燃剂较多，如有机硅、硼酸锌及三氧化二锑和氯化石蜡混合阻燃体系对聚酰胺进行阻燃改性，阻燃性效果较好。采用纳米黏土作为阻燃剂与聚酰胺共混进行阻燃改性，纳米黏土的质量分数为2%～3%，结果表明：在热降解过程中，体系中的黏土颗粒被降解产生的气体推向表层，形成一种海岛型絮状的保护层，缩减了热释放的量。

Nexylon FR 是一种具阻燃性的聚酰胺纤维，该聚酰胺纤维具有常规PA 纤维的性能，由于该纤维内部还有磷系添加阻燃剂，故阻燃效果持久和耐水性，且不含卤素，烟生成的速率缓慢，不含有毒成分，LOI为28。

（三）维纶

以乙炔和醋酸为原料加工成醋酸乙烯，经聚合成聚醋酸乙烯，加醇分解的聚乙烯醇纤维。聚乙烯醇（PVA）由C、H、O元素组成，阻燃性能差，其LOI僅为19.7。采用聚乙烯醇作为成纤剂，将PVA 与三聚氰胺甲醛（MF）溶液复合，通过常规湿法纺丝得到MF—PVA 阻燃纤维，具有较好的力学性能，热分解温度为300℃，耐热性比PVA纤维好，LOI达到35。以三聚氰胺、甲醛、聚乙烯醇水溶液为原料反应制得纺丝原料，通过湿法纺丝得到三聚氰胺甲醛—聚乙烯醇（MF—PVA）纤维，加入硼酸可以抑制MF树脂溶出，随着添加量的增大，断裂强度变大，断裂伸长率减小，LOI达到40。

（四）丙纶

阻燃丙纶（PP）多以卤系阻燃剂为主，但在燃烧过程中伴随着大量的浓烟，同时有毒气体也会在燃烧过程中释放出来。近年来，随着人们对环境保护意识的提高，出现了用环境友好的无卤阻燃剂代替卤素阻燃剂的发展趋势，其中，膨胀型阻燃不含卤素且阻燃效率高。用五氧化二磷（P2O5）、季戊四醇（PT）和三聚氰胺（M）按比例混合制备膨胀型阻燃剂，结果表明：随着膨胀型阻燃剂中P2O5比例增加，阻燃性明显提高，IFR在PP中分散性增强，具有良好的可加工性且燃烧时烟雾少，生产的炭层能有效阻止聚合物的熔滴等优点，证明是假塑性流体。以季戊四醇螺环磷酸酯双蜜胺盐（MPP）无卤阻燃剂通过共混纺丝，制备无卤阻燃PP纤维，采用低能电子辐照对无卤阻燃PP纤维进行改性，结果表明：MPP质量分数为8%，pp纤维LOI为24.5，但断裂强度有所下降;随着低能电子辐照量的增大，PP纤维的LOI增加到33.8.PP纤维起始分解温度和残炭率比纯PP纤维均有较大幅度增加，燃烧形成连续致密的炭层。

（五）腈纶

由于共混阻燃腈纶中阻燃剂含量不能太高，所以要选用高效的阻燃剂，且阻燃剂在纺丝原液中的溶解性和均匀稳定分散性要好，以及与聚丙烯腈的相容性，纺丝过程中的保留率，耐洗涤性及毒性等。因此，阻燃剂的选择难度较大。采用铜离子处理腈纶，在与水合肼及氢氧化钠和精炼剂组成的混合水溶液反应，制备了阻燃性能和力学性能良好的阻燃腈纶，结果表明：水合肼加入量20mL，5%的氢氧化钠4.7mL，10%的精炼剂9.4mL，热处理温度为160℃，热处理180 min 条件下，能够获得阻燃性能和力学性能良好的腈纶，LOI为32.83。

四、结语

随着我国阻燃织物的应用范围越来越广，阻燃纤维开发的力度不断加大，纤维阻燃技术的发展应逐渐向多功能化发展，在提高阻燃效率的同时也要提高纤维其他方面的性能。如研究阻燃纤维的复配技术，以减少阻燃剂的用量，降低对人体安全和环境的危害;研究超细化纳米技术以及超细粒子等技术提高阻燃剂在纤维中的相容性;研究新阻燃改性中的应用。开发无卤、高效、低烟、低毒的新型阻燃体系，实现绿色阻燃和提高阻燃纺织品的综合性能，是今后纤维阻燃技术的发展方向。