難燃纖維

阻燃纖維是在國家“863”計劃研究成果基礎上開發的一種具有阻燃抗熔滴性能的高技術纖維新材料。該產品採用新一代纖維阻燃技術——溶膠凝膠技術，使無機高分子阻燃劑在粘膠纖維有機大分子中以納米狀態或以互穿網絡狀態存在，既保證了纖維優良的物理性能，又實現了低煙、無毒、無異味、不熔融滴落等特性。該纖維及紡織品同時具有阻燃、隔熱和抗熔滴的效果，其應用性能、安全性能和附加值大大提高，可廣泛應用於民用、工業以及軍事等領域。 ^[1] 

纖維的阻燃由燃燒過程可以看出，就是設法阻礙纖維的熱分解，抑制可燃性氣體生成和稀釋可燃性氣體，改變熱分解反應機理(化學機理)，阻斷熱反饋迴路，以及隔離空氣和熱環境，來達到消除或減輕燃燒三要素(可燃物質、温度、氧氣)的影響，而達到阻燃目的的。通常纖維阻燃的機理主要有以下幾種，阻燃效果較理想的是這些作用機理的複合。阻燃作用的機理有物理的，也有化學的，根據現有的研究結果，可歸納為以下幾種:

(1)吸熱作用。具有高熱容量的阻燃劑，在高温下發生相變、脱水或脱鹵化氫等吸熱反應，降低纖維材料表面和火焰區的温度，減慢熱裂解反應的速度，抑制可燃性氣體的生成。

(2)覆蓋保護作用。阻燃劑受熱後，在纖維材料表面熔融形成玻璃狀覆蓋層，成為凝聚相和火焰之間的一個屏障。既隔絕氧氣、阻止可燃性氣體的擴散，又可阻擋熱傳導和熱輻射，減少反饋給纖維材料的熱量，從而抑制熱裂解和燃燒反應。

(3)氣體稀釋作用。阻燃劑吸熱分解釋放出氮氣、二氧化碳、二氧化硫和氨等不燃性氣體，使纖維材料裂解處的可燃性氣體濃度被稀釋到燃燒極限以下。或使火焰中心處部分區域的氧氣不足，阻止燃燒繼續。此外，這種不燃性氣體還有散熱降温作用。它們的阻燃作用大小順序是:N2>CO2>SO2>NH3。

(4)凝聚相阻燃。通過阻燃劑的作用，在凝聚相反應區改變纖維大分子鏈的熱裂解反應歷程，促使發生脱水、縮合、環化、交聯等反應，直至炭化，以增加炭化殘渣，減少可燃性氣體的產生，使阻燃劑在凝聚相發揮阻燃作用。凝聚相阻燃作用的效果，與阻燃劑同纖維在化學結構上的匹配與否有密切關係。

(5)氣相阻燃。添加少量抑制劑，在火焰區大量捕捉輕質自由基和氫自由基，降低自由基濃度，從而抑制或中斷燃燒的連鎖反應，在氣相發揮阻燃作用。氣相阻燃作用對纖維材料的化學結構並不敏感。

(6)微粒的表面效應。若在可燃氣體中混有一定量的惰性微粒，它不僅能吸收燃燒熱，降低火焰温度，而且，會如同容器的壁面那樣，在微粒的表面上，將氣相燃燒反應中大量的高能量氫自由基，轉變成低能量的氫過氧基自由基，從而抑制氣相燃燒。

(7)熔滴效應：某些熱塑性合成纖維，如聚酰胺、聚酯，在加熱時發生收縮熔滴，與空氣的接觸面積減少，甚至發生熔滴下落而離開火源，使燃燒受到一定的阻礙。 ^[2] 

賦予纖維阻燃性能的方法主要有提高成纖高聚物的熱穩定性和纖維改性兩種方式。

1、提高成纖高聚物的熱穩定性

纖維的裂解是纖維燃燒的最重要的環節，因為裂解將產生大量的裂解產物，其中可燃性氣體或揮發性液體將作為有焰燃燒的燃料，燃燒後產生大量的熱，又作用於纖維使其繼續裂解，使裂解反應循環下去。提高成纖高聚物的熱穩定性即提高熱裂解温度，抑制可燃性氣體的產生，增加炭化程度，從而使纖維不易燃燒。可有以下幾種途徑：

（1）在大分子鏈上引入芳環或芳雜環，增加分子鏈的剛性，提高大分子鏈的密集度和內聚力來增加纖維的熱穩定性。

（2）通過纖維中線型大分子鏈間交聯反應變成三維交聯結構，從而阻止碳鏈斷裂，成為不收縮不熔融的纖維。

（3）通過大分子中的氧、氮原子與金屬離子螯合交聯形成立體網狀結構，提高熱穩定性，促進纖維大分子受熱後炭化，從而具有優異的阻燃性。

（4）將纖維在高温（200-300℃）空氣氧化爐中處理一定時間，使纖維大分子發生氧化、環化、脱氧和炭化等反應，變成一種多共軛體系的梯形結構，從而具有耐高温性能。

2、纖維改性

纖維改性有共聚法、共混法和纖維後處理法等。

（1）共聚法：在成纖聚合物的合成過程中，把含有磷、硫、鹵素等阻燃元素的化合物作為共聚單體引入到大分子鏈中，經紡絲製成阻燃纖維。

（2）共混法：將阻燃劑加入紡絲熔體或漿液中進行紡絲，即成為阻燃纖維。 （3）纖維後處理：在高聚物成纖後，用高能射線或引發劑使纖維與乙烯基形成的阻燃單體接枝共聚，或是用含有添加型阻燃劑的溶液處理濕法紡絲過程中的初生纖維，使阻燃劑滲入到纖維內部，從而使纖維獲得持久的阻燃性能。 ^[3]