阻燃纤维的定义及主要种类

由于大部分纺织品不阻燃而在不同领域应用中引起的潜在火灾威胁也进一步增大。据统计，大部分的火灾事故的最初着火物主要是纺织品。所以，除了应完善消防设施和火灾报警设施外，对纺织品的难燃化要求也越来越高。

（一）阻燃纤维的定义

纺织材料阻止燃烧的性能称为阻燃性。描述纤维燃烧的指标有极限氧指数LOI、着火点温度、燃烧时间、火焰温度等指标。目前，国际上广泛采用极限氧指数LOI（Limit Oxy-gen Index）来表征纺织品的可燃性。所谓极限氧指数，是指试样在氧气和氮气的混合气体中，维持完全燃烧状态所需的最低氧气体积分数。LOI值越大，说明燃烧时所需氧气的浓度越高，常态下越难燃烧。根据LOI值的大小，各种纤维按其燃烧性能大致可分为易燃、可燃、难燃和不燃四类（表2-3-1）。

表2-3-1　根据LOI值对纤维的分类

（二）纤维和纺织品的阻燃机理

所谓阻燃是指降低材料在火焰中的可燃性，减缓火焰蔓延速度，当火焰移去后材料能很快自熄，减少燃烧。从燃烧过程看，要达到阻燃目的，必须切断由可燃物、热和氧气三要素构成的燃烧循环。阻燃作用有物理的、化学的及两者结合作用等多种形式。根据现有的研究结果归纳如下。

1.覆盖层作用　阻燃剂受热后，在纤维材料表面熔融形成玻璃状覆盖层，成为凝聚相和火焰之间的一个屏障，这样既可隔绝氧气，又可阻止可燃性气体的扩散，还可阻挡热传导和热辐射，减少反馈给纤维材料的热量，从而抑制热裂解和燃烧反应。例如：砂—硼酸混合阻燃剂对纤维的阻燃机理可用此理论解释。在高温下硼酸可脱水、软化、熔融，形成不透气的玻璃层黏附于纤维表面。

2.气体稀释作用　阻燃剂吸热分解后释放出不燃性气体，如氮气、二氧化碳、氨、二氧化硫等，这些气体稀释了可燃性气体，使燃烧过程供氧不足。另外，不燃性气体还有散热降温作用。

3.吸热作用　某些热容量高的阻燃剂在高温下发生相变或脱水、脱卤化氢等吸热分解反应，降低了纤维材料表面和火焰区的温度，减慢热裂解反应的速度，抑制可燃性气体的生成。如三水合氧化铝分解时可释放出水，需要消耗大量的脱水热；水转变为气相，也需要吸收大量的热。

4.熔滴作用　在阻燃剂的作用下，纤维材料发生解聚，熔融温度降低，增加了熔点和着火点之间的温差，使纤维材料在裂解之前软化、收缩、熔融，成为熔融液滴滴落，大部分热量被带走，从而中断了热反馈到纤维材料上的过程，最终中断了燃烧，使火焰自熄。涤纶的阻燃大多使用此方式实现。

5.提高热裂解温度　在纤维大分子中引入芳环或芳杂环，增加大分子链间的密集度和内聚力，提高纤维的耐热性；或通过大分子链交联环化、与金属离子螯合等方法，改变纤维分子结构，提高碳化程度，抑制热裂解，减少可燃性气体的产生。

6.凝聚相阻燃　通过阻燃剂的作用，在凝聚相改变纤维大分子链的热裂解历程，促进发生脱水、缩合、环化、交联等反应，增加碳化残渣，减少可燃性气体的产生。凝聚相阻燃作用的效果，与阻燃剂同纤维在化学结构上的匹配与否有密切关系。

一般认为磷酸盐及有机磷化合物的阻燃作用，是由于它可与纤维素大分子中的羟基（特别是第六位碳原子上的羟基）形成酯，阻止左旋葡萄糖的形成，并且进一步使纤维素分子脱水，生成不饱和双键，促进纤维素分子间形成交联，增加固体炭的形成。其他一些具有酸性或碱性的阻燃剂也有类似作用。(www.xing528.com)

7.气相阻燃　阻燃剂的热裂解产物在火焰区大量地捕捉高能量的羟基自由基和氢自由基，从而抑制或中断燃烧的连锁反应，在气相发挥阻燃作用。气相阻燃作用对纤维的化学结构不敏感。纤维在热分解过程中产生可燃性气体，通过释放出大量的热，使火焰蔓延。含卤素阻燃剂（MX）在高温下释放出卤原子和卤化氢，消除自由基，抑制放热反应，产生阻燃作用。

在实际应用中，由于纤维的分子结构和阻燃剂种类的不同，阻燃作用十分复杂，并不限于上述几个方面。在某个阻燃体系中，可能是某种机理为主，也可能是多种作用的共同效果。

8.阻燃协同效应　不同的阻燃元素或阻燃剂之间，往往会产生阻燃协同效应。阻燃协同效应有两种不同的概念：一种是多种阻燃元素或阻燃剂共同作用的效果比单独用一种阻燃元素或阻燃剂效果强得多；另一种是在阻燃体系中添加非阻燃剂可以增强阻燃能力。如P—N协同效应、卤—锑协同效应等。例如，尿素及酰胺化合物本身并不显示阻燃能力，但当它们和含磷阻燃剂一起用时，却可明显地增强阻燃效果。

（三）阻燃纤维的应用

阻燃织物在家纺领域中应用广泛。从世界应用分布看，家纺是阻燃织物最大的应用领域。家纺产品主要是窗帘、桌布、拉绒毯子、被子、床罩、床单、枕头、坐垫靠垫、枕套、机织地毯、填充物和装饰布等。使用的阻燃纤维以改性阻燃纤维居多，主要有偏氯纶、腈氯纶、阻燃腈纶、维氯纶、阻燃涤纶、阻燃黏胶等。

目前，工业化的阻燃腈纶大多采用共聚法制得，日本钟渊化学工业公司开发并商品化的共聚阻燃腈纶商品名为Kanecaran，一般用于绒毛玩具、窗帘、地毯及床单等。而日本钟纺公司开发的Lufnen是一种最大限度保持常规腈纶特征的阻燃腈纶，具有优异的阻燃性和耐洗性，其中VH型的限氧指数高达32，适合阻燃要求较高的窗帘和睡衣。

维氯纶于1968年在日本试制成功，定名为SE纤维，商品名称叫Cordelan。由于维氯纶的发烟量少，一般用于室内铺饰用的防火材料，当接触火焰时仅发生收缩，聚合物徐徐分解，不像锦纶和涤纶熔融后粘在皮肤上产生烫伤。因此，可用于睡衣、内衣及各种床上用品，还可用于女式兽毛外套、玩具等绒毛类织物。

腈氯纶的物理性质、耐候性及染色性类似普通腈纶，而阻燃性、耐化学药品等性能又类似于氯纶。根据人造毛皮加工工艺和毛皮风格的要求，腈氯纶最适合制造人造毛皮，与天然兽皮相比，价廉、兽毛感强、仿天然皮毛形象逼真、质轻、保暖性好。国际市场上，腈氯纶阻燃长毛绒玩具颇受青睐。

黏胶纤维阻燃改性方法中共混法比较常用，Lenzing阻燃黏胶纤维就是采用阻燃剂共混法制得的，其极限氧指数为27～29，阻燃性持久，热收缩性小，燃烧时毒性低，可纯纺用于内衣、睡衣和床上用品。也可与各种阻燃纤维（如腈氯纶、氯纶、阻燃涤纶等）混纺，这种混纺织物可应用于室内装潢和铺饰材料。

近年来，阻燃涤纶得到了快速发展，以日本东洋纺的阻燃涤纶Heim为例，其织物燃烧时无毒气产生，自熄性优良，不会灼伤人体。其阻燃性持久，可广泛应用于各类家用纺织品中，Heim窗帘制品的极限氧指数为28，编织物的可高达33，目前应用较多的是床毯、幕布、座椅套、棉被、儿童和老人睡衣、绳索、缝纫线、帐篷、屏风、工程用布等。阻燃纤维所开发的阻燃地毯如图2-3-1所示，阻燃窗帘如图2-3-2所示。

图2-3-1　阻燃地毯

图2-3-2　阻燃窗帘