紡織用品中阻燃纖維的阻燃機理及應用分析

嚴立云

[1.吉林師范大學 物理學院，吉林 四平 136000；2.物理國家級實驗教學示范中心（吉林師范大學），吉林 四平 136000]

人們在居家生活、建筑規劃、軍事籌備、醫療服務、生物研究等領域，對纖維紡織產品有較大的使用需求。然而，未經阻燃加工的纖維織物表現出較強的易燃性，極易在日常穿著、辦公應用中引發火災事故，具有一定的危險性。因此，對纖維織物進行阻燃加工逐漸成為保障紡織物使用安全的有效策略。根據阻燃機理，需要維持纖維織物原本的質量，減少質感下降問題。

1 阻燃機理

1.1 泡沫隔離

在纖維織物表面使用阻燃劑后，織物所在環境具有高溫特點時，織物表面添加的阻燃劑會在高溫條件下轉化成泡沫覆層，隔絕纖維與空氣，達到隔熱效果，減少可燃氣體的產生量，有效控制織物燃燒的蔓延能力。控制燃燒主要表現為兩種類型：（1）在高溫條件下，阻燃劑轉化成降解產物，促進纖維表層的水分解，有效防止纖維聚合物發生深層裂解，顯著隔離熱分解產物，形成燃燒抑制作用，在阻燃劑中融合的磷系成分能控制含氧聚合物在燃燒中的作用，實現有效阻燃。（2）在燃燒條件下，鹵化磷、硼系兩種阻燃成分會形成難揮發薄膜，附著于纖維表層，有效隔離熱分解物質，合理控制火勢，達成阻燃目標。

1.2 熱量分解

一般情況下，纖維織物燃燒時會在較短時間內出現溫度驟然升高、熱量釋放的現象。如果在織物燃燒時有效吸收、分解釋放的熱量，就能有效控制火焰溫度，達到阻燃效果。織物燃燒期間表現出高溫的特點，在高溫條件下，多數類型的阻燃劑能進行熱量吸收、熱量分解等活動，比如脫水、相變等。在各類熱量分解活動中，有效分解燃燒釋放的熱量，控制織物燃燒時形成的表層溫度及增幅，能降低可燃氣體的生成量，防止發生聚合物熱裂解，達到抑制燃燒的效果。具有熱量分解、熱量吸收能力的阻燃劑一般為無機類，以氫氧化物產品為代表。

1.3 可燃成分稀釋

在較高溫度條件下，阻燃劑會在熱量的作用下分解出不具易燃性的氣體，對燃燒產生的易燃氣體形成稀釋作用，有效控制易燃氣體的釋放量，使其達不到火焰形成的濃度條件。同時，對燃燒織物周邊的氧氣成分進行稀釋[1]。難燃燒的氣體與熱量形成對流后，對熱量發揮消耗作用，有效控制燃燒蔓延速度，具有阻燃性。

1.4 燃燒抑制

在燃燒時，織物纖維使用的阻燃劑主要分布在織物表層，能引起聚合物參與熱量分解活動，拉開燃點、熔點的溫度差。熔融過程會發生熱塑，對纖維形成結構收縮作用，有效消耗燃燒熱量，具有較強的阻燃效果，能熄滅火焰。

1.5 耐熱性

在織物纖維中，選定聚合物為目標主體，引入芳環，優化纖維內部分子鏈。芳環的使用能提升纖維各類分子的作用力，交聯緊密性更強，增大分子密度，炭化處理纖維組織，使其具有優異的耐熱性，表現出較強的阻燃性。

1.6 火焰密度控制

在燃燒鏈中，自由基是保持燃燒持續性的關鍵因素。在發生氣相燃燒時，形成的自由基會被阻燃劑消耗，以控制火焰大小，防止火災蔓延，在區域內完成燃燒后熄滅火焰。阻燃劑可選擇含鹵類型，使用時蒸發溫度等于織物熱量分解的溫度。在織物發生熱量分解時，會產生燃燒火焰，使用阻燃劑能積極消耗自由基，控制火勢的蔓延速度，形成燃燒抑制作用。

2 應用表現

2.1 聚丙烯腈

聚丙烯腈結構類型的纖維織物是以丙烯腈成分為主，共聚其他類型單體成分后，組成的聚合結構經過紡織加工形成的纖維織物。此種織物在性能方面與羊毛具有高度相似性，人稱“人造羊毛”，表現出較強的耐拉性、保溫性等優勢，具有彈性較大、耐受性好等特點[2]。由紡織產品引發的火災事故較多，引起了人們對阻燃劑使用的重視。然而，聚丙烯腈成分中的極限氧參數為17%，阻燃標準最小值為26%，需要對其進行阻燃處理。

在整改聚丙烯腈纖維時，添加了水合肼相關用料，積極研究纖維特點、力學屬性、熱量燃燒平穩性、阻燃方案等發現，此種纖維初期分解熱量時溫度不高，能有效增強纖維的阻燃性。然而，在添加其他用料時，會導致纖維表層結構發生改變，造成纖維整體力學性能欠佳的問題。

借助水解反應，增強聚丙烯腈整體結構的阻燃性能。水解反應中添加了肼、堿兩種試劑，結合金屬離子特性，至少使用3種金屬離子進行纖維性能優化。研究發現，優化后的纖維織物能顯著增大纖維層密度，合理控制電阻，使極限氧達標，有優異的阻燃性。其中，使用鋅離子優化織物性能后，阻燃性最強。

2.2 耐高溫

在纖維織物中，表現出較強阻燃性、較高溫度耐受性的織物用料有多種類型，比如聚苯硫醚（PPS）、聚苯并咪唑（PBI）等。（1）Basofil織物，具有較強的防火性，主要成分為三聚氰胺，在高溫條件下表現出平穩的耐熱性，能有效阻隔燃燒、減少水滲透、規避化學品的影響、弱化紫外線的作用，在眾多防火場區得到了廣泛應用。此種織物通常為象牙色，能在染料的作用下形成其他多種顏色，便于與各類纖維材料混合，形成全新的混合織物。（2）PBI織物，表現出較強的阻燃性，獲得了“阻燃王”的美稱，以雜環分子為主要纖維結構，具有較強的高溫耐受性。此種纖維織物表現出較強的紡織彈性，能有效吸收火災熱量，合理控制燃燒，還能進行多色加工。（3）PPS織物，主要成分為聚苯硫醚，在一般的熔融紡絲工藝中，采取高溫、卷曲等多步加工方法，制備的纖維織物表現出較強的阻燃能力，主要用于消防服飾的加工與制作。

依據聚苯硫醚成分溶體黏性強、熔點參數高、成分流動性不強等特點，從成分中選擇4種差異性原材料，進行熔噴紡絲生產，研究熔噴紡絲生產的各類加工方案，由此推斷織物的紡織屬性。研究發現，熔融指數為每10 min熔融用料258 g，證實聚苯硫醚具有優異的紡織屬性，能在熔噴工藝生產體系中產出纖維直徑為3 μm左右、密度均勻的織布。

2.3 黏膠

黏膠纖維是以天然纖維素為主要原材，表現出較強的綠色性、清潔性、資源再生性等紡織優勢。此種織物的極限氧參數為19%，表現出較強的易燃性，需要對其進行阻燃處理[3]。經阻燃加工獲得的黏膠纖維，具有染色性能強、防靜電等優勢，可在特種防護織物中得到有效使用。黏膠織物產品與火源進行短時間接觸時，能給予防火保護響應。阻燃黏膠產品具有質感舒適、吸濕性較強、阻燃性優異等優勢，在家居裝飾、優質內衣等產業中得到了廣泛應用。

2.4 滌綸

滌綸織物的主要成分包括二元醇、二元酸，在聚合作用下形成紡織品，是一類高分子織物產品。滌綸纖維表現出較強的抗形變、防褶皺、免燙傷、不沾毛等特點。對該纖維織物進行阻燃加工后，能獲取性能優異的阻燃滌綸產品。此種阻燃織物與明火相遇時，會形成熔滴，不會出現織布燃燒現象。對阻燃滌綸產品進行50次清洗攪拌后，仍然具有較強的阻燃性。此種織物在室內帳篷、飛行服飾、降落用具中得到了廣泛應用。

2.5 錦綸

錦綸織物表現出較高的耐用性、用料彈性、織布抗拉強度。此種織物在工業領域的生產量位于滌綸之后，在工業生產、醫療服務、軍事等行業得到了有效推廣與應用。然而，錦綸纖維結構中的酰胺鍵具有較為活躍的化學屬性，在高溫條件下會與阻燃劑發生反應。此種纖維的阻燃處理途徑：（1）原材料阻燃處理；（2）成品阻燃加工；（3）原材料、成品均作阻燃處理。阻燃錦綸的加工過程側重使用共聚混合工藝，阻燃劑以鹵化物、磷系兩種為主。在進行阻燃處理時，阻燃劑的選用要求：（1）能與纖維相容；（2）具有高溫耐受性，要求粒徑不大；在溫度達到300 ℃時，能發揮阻燃作用。

2.6 維綸

維綸織物的主要成分是聚乙烯醇縮醛，性能類似于棉花，具有較強的吸濕性。維綸織物表現出較強的性能平穩性，在極端氣候、較強光照條件下，表現出較強的耐受性。可使用溶膠與凝膠的聯合工法，轉化阻燃劑，對其成分納米級分子進行特殊加工獲得阻燃維綸。此種阻燃織物能有效維持自身的物理特性，兼具環保、阻燃等性能優勢，相關產品具有較強的消防安全性，在工業、建筑、軍事等多個行業得到廣泛應用。

3 結語

較多類型的纖維織物極易發生火災事故，對人們的安全造成了一定威脅。生產、研究紡織產品時，要重視阻燃性能，為火災防護、安全生產、舒適生活奠定基礎。要想提高纖維織物的阻燃性，就要重點研究阻燃纖維加工方法與工藝流程。加大阻燃纖維的研發深度，從織物技術、清潔生產、智能工藝等視角，全面構建阻燃纖維的生產體系。同時，擴大阻燃紡織產品的推廣范圍，發揮阻燃織物的防火作用。