高性能阻燃纖維的特性與應(yīng)用

楊 琳，王中珍，丁 帥

(1.山東省紡織科學(xué)研究院，山東 青島 266032；2.山東省特種紡織品加工技術(shù)重點實驗室，山東 青島 266032)

高性能阻燃纖維的特性與應(yīng)用

楊 琳1,2，王中珍1,2，丁 帥1,2

(1.山東省紡織科學(xué)研究院，山東 青島 266032；2.山東省特種紡織品加工技術(shù)重點實驗室，山東 青島 266032)

文章簡述了聚苯硫醚、聚酰亞胺、聚四氟乙烯、芳綸1313、芳砜綸和連續(xù)玄武巖纖維六種高性能阻燃纖維的基本特性及在相關(guān)產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用，并對高性能阻燃纖維的發(fā)展進行了展望。

高性能阻燃纖維；特性；應(yīng)用；展望

1 引言

為滿足國防、航空航天、核能、冶金、地礦等特種行業(yè)對工程材料耐高溫、耐輻射、高強度、絕緣性和熱穩(wěn)定性等性能的高要求，各國都致力于高性能纖維的開發(fā)研究。高性能阻燃纖維作為其中的研究熱點，受到越來越多的關(guān)注。通常情況下，根據(jù)極限氧指數(shù)(LOI)，將紡織品分為易燃(LOI≤20%)、可燃(LOI=20%～26%)、難燃(LOI=26%～34%)和不燃(LOI≥34%)四個等級[1],而高性能阻燃纖維的極限氧指數(shù)普遍在26%以上，阻燃性優(yōu)異，同時又具有良好的熱穩(wěn)定性、耐化學(xué)性和力學(xué)性能等，使其在特種工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛[2]。

2 高性能阻燃纖維的主要特性

聚苯硫醚、聚酰亞胺、聚四氟乙烯、芳綸1313、芳砜綸和連續(xù)玄武巖纖維是目前應(yīng)用較多的高性能阻燃纖維，其主要特性見表1。

表1 六種高性能阻燃纖維的主要特性

由表1可知，除芳綸1313與芳砜綸外，其余四種纖維的極限氧指數(shù)都等于或大于34%，達到了不燃(LOI≥34%)的等級，阻燃性能十分優(yōu)異。同時這六種纖維的熱穩(wěn)定性較好，可在高溫下持續(xù)工作，能應(yīng)對極端的工作環(huán)境。

3 高性能阻燃纖維的應(yīng)用

3．1 聚苯硫醚纖維

聚苯硫醚纖維由聚苯硫醚樹脂(PPS)采用常規(guī)的熔融紡絲方法，在高溫下進行后拉伸、卷曲和切斷制得。聚苯硫醚纖維具有優(yōu)異的阻燃性與耐高溫性，可制成阻燃防護服以滿足有色金屬冶煉、資源勘探、消防等在特殊條件下工作的人員的防火耐熱需求。同時聚苯硫醚纖維材料還可作為飛機、動車、特種設(shè)備的阻燃防護層，降低因火災(zāi)造成的人員傷亡和財產(chǎn)損失。我國近年來的大氣污染問題日益嚴峻，霧霾頻發(fā)，國家廢氣排放標準日趨嚴格，聚苯硫醚纖維材料可作為特種功能過濾材料，用于大型燃煤鍋爐、垃圾焚燒爐的粉塵過濾，目前國外工業(yè)用袋式除塵設(shè)備的濾袋材料全部使用聚苯硫醚纖維[3]，而我國的使用率較低，聚苯硫醚纖維在袋式除塵設(shè)備領(lǐng)域擁有巨大的潛在市場。

3．2 聚酰亞胺纖維

聚酰亞胺(PI)纖維采用干噴-濕法紡絲工藝制成，其不僅具有優(yōu)異的阻燃性，還有優(yōu)越的耐輻射性、熱穩(wěn)定性和高強高模等特性，這使得其擁有廣闊的應(yīng)用空間[4]。具有高阻燃性、耐輻射性的聚酰亞胺纖維可織成非織造布，用于制做阻燃、防輻射的特種防護服。同時聚酰亞胺纖維也可作為先進復(fù)合材料的增強劑，用于航天器、火箭等內(nèi)部精密儀器的耐高溫阻燃護套[5]。聚酰亞胺纖維濾料也可用于大型燃煤鍋爐和干法水泥生產(chǎn)線的袋式除塵設(shè)備，但其價格要高于聚苯硫醚纖維。

3．3 聚四氟乙烯纖維

聚四氟乙烯(PTFE)纖維是由聚四氟乙烯樹脂制得，簡稱PTFE纖維。聚四氟乙烯纖維不燃、具有優(yōu)異的耐化學(xué)性、極低的摩擦因數(shù)、無毒、優(yōu)秀的生物相容性和優(yōu)良的耐高、低溫性。目前我國已經(jīng)實現(xiàn)聚四氟乙烯濾料的100%國產(chǎn)化，已實現(xiàn)PTFE長纖維的編織[6]。PTFE纖維耐化學(xué)性極佳，可用于化工廠或強酸、堿環(huán)境下的阻燃。

3．4 芳綸1313纖維

芳綸1313(PMIA)纖維是由酰胺鍵間芳香環(huán)所構(gòu)成的線型大分子，具有優(yōu)異的耐熱和阻燃性、熱穩(wěn)定性、電絕緣性、可紡性及在高溫下不熔滴的性能，是應(yīng)用最廣泛的本質(zhì)阻燃纖維[7]。由于具有優(yōu)秀的耐高溫阻燃性，芳綸1313纖維制作的阻燃防護服，已經(jīng)一定程度地應(yīng)用到化工、電力、煤炭等行業(yè)[8]。高壓電氣設(shè)備場所的電弧危害，會對現(xiàn)場作業(yè)人員造成嚴重的人身傷害,芳綸1313纖維具有高絕緣性和耐高溫、高阻燃性，能有效降低作業(yè)人員受到電擊和高溫灼傷的可能，起到防護作用。實踐證明，使用芳綸1313纖維制作的電弧防護用具，可以起到令人滿意的防護效果[9]。

3．5 芳砜綸纖維

芳砜綸(PSA)纖維是我國具有自主知識產(chǎn)權(quán)并實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的芳香族聚酰胺有機阻燃耐高溫纖維，其耐熱性、阻燃性、熱穩(wěn)定性優(yōu)于間位芳綸，同時具有良好的電絕緣性、染色性、耐輻射性和化學(xué)穩(wěn)定性等[10]。芳砜綸織物極限氧指數(shù)較高，抵擋燒透性能比較好，同時具備優(yōu)良的可紡性，是制作阻燃防護服和阻燃紡織品的理想材料。芳砜綸纖維適合用于制作高溫袋式除塵器，潛在消費市場巨大。干式變壓器的核心組件是耐高溫絕緣紙，芳砜綸耐高溫、電絕緣性優(yōu)異，以其為基體生產(chǎn)的絕緣紙在特種、高檔電機和電氣設(shè)備中應(yīng)用廣泛。

3．6 連續(xù)玄武巖纖維

連續(xù)玄武巖纖維(CBF)是以天然玄武巖礦石為原料，經(jīng)1450～1500℃高溫熔融后，通過鉑銠合金拉絲漏板制成的連續(xù)纖維[11]。玄武巖纖維具有優(yōu)異的力學(xué)性能，拉伸強度是E玻纖的1.4～1.5倍；玄武巖纖維是無機纖維，擁有極好的阻燃性，極限氧指數(shù)高達68%；擁有突出的耐高溫和耐低溫性，可在-269℃～650℃的環(huán)境連續(xù)工作；擁有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性，極高的隔熱、隔音性等。目前，用玄武巖纖維紡紗編織成的防火布已用于阻燃隔熱防護服、滅火毯的制作，產(chǎn)品主要應(yīng)用于消防、冶金、軍工等行業(yè)。

4 高性能阻燃纖維的發(fā)展趨勢

4．1 綠色環(huán)保型

高性能阻燃纖維在燃燒反應(yīng)中，有害氣體排放量小，但并未完全避免，仍會對人體和環(huán)境造成一定危害。以人體安全和綠色環(huán)保為出發(fā)點，開發(fā)無毒、無煙、無熔滴的阻燃纖維是未來的發(fā)展趨勢[12]。玄武巖纖維的極限氧指數(shù)極高，且為無機纖維，燃燒無有害氣體排放，但其價格較高，服用性能較差，可考慮與其它纖維混紡，使混紡織物既具有高阻燃性，又能降低甚至杜絕燃燒反應(yīng)中有害氣體的排放，還能提高產(chǎn)品的服用性能。

4.2 民用經(jīng)濟型

高性能阻燃纖維相比傳統(tǒng)的阻燃維綸、阻燃滌綸和阻燃粘膠價格較高，普通民眾難以接受。近年來，我國汽車保有量屢創(chuàng)新高，汽車自燃案例層出不窮，但車用防火裝備除車載滅火器外并無其它有效工具，車用防火設(shè)備市場巨大。可利用高性能阻燃纖維與硅氮系阻燃粘膠混紡，制成阻燃性好、性價比高、手感舒適的車用防火毯，在火災(zāi)發(fā)生時用于防止火勢蔓延及保護逃生，保障生命財產(chǎn)安全。

4.3 服用舒適型

在高輻射、高溫的特種環(huán)境條件下，由于阻燃隔熱防護服厚重、密閉，工作人員穿著后難以長時間作業(yè)，因此阻燃隔熱防護服還應(yīng)具有良好的服用舒適性。開發(fā)具有高阻燃性、較好熱濕舒適性的高性能阻燃纖維，同時優(yōu)化阻燃隔熱防護服的工藝設(shè)計，改善其服用性能，提高人體穿著舒適感，也是今后高性能阻燃纖維紡織品的研發(fā)方向。

5 結(jié)論

高性能阻燃纖維在高新產(chǎn)業(yè)、尖端技術(shù)和特種裝備領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用,但在市場需求量大的工業(yè)、民用領(lǐng)域應(yīng)用卻比較少，主要原因是其品種較少、價格較高、服用性能較差。企業(yè)與科研院所應(yīng)該注重開發(fā)新品種，擴大產(chǎn)能和降低成本，并改善其服用性能，同時開拓高性能阻燃纖維由高端產(chǎn)業(yè)向工業(yè)、民用領(lǐng)域延伸的渠道，讓其展現(xiàn)出越來越強的生命力。

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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

楊 琳(1986—)，男，山東青島人，助理工程師。

TS102

A

1009-3028(2006)03-0050-03