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        阻燃纖維性能及其變化探析

        2014-12-31 12:18:26
        山西化工 2014年6期
        關(guān)鍵詞:氧指數(shù)阻燃性阻燃劑

        石 紅

        (江漢大學(xué)化學(xué)環(huán)境工程學(xué)院,湖北 武漢 430056)

        隨著現(xiàn)代化城市不斷的發(fā)展,人們對(duì)紡織品提出更高的難燃化要求。但是,在世界范圍內(nèi)紡織品燃燒所引起的火災(zāi)依然無(wú)法禁止。因此,對(duì)纖維阻燃性能進(jìn)行分析,觀察其各個(gè)方面的變化情況,就成為當(dāng)前阻燃纖維研究的重點(diǎn)。

        1 阻燃紡織材料

        滿足紡織材料的阻燃性能,可以通過(guò)2種方法來(lái)實(shí)現(xiàn):第一,對(duì)紡織材料進(jìn)行阻燃處理,滿足紡織材料的阻燃目的。這種操作方式不僅加工容易,而且成本低廉,但是隨著洗滌次數(shù)和使用年限的增加,其阻燃性會(huì)隨之降低,甚至消失。并且,通過(guò)部分整理,在燃燒過(guò)程中紡織材料可能產(chǎn)生有害氣體,危害人們的身體健康[1]。第二,直接生產(chǎn)阻燃纖維,使用阻燃纖維進(jìn)行織造和紡紗。這樣的產(chǎn)品就能達(dá)到永久阻燃的目的。對(duì)于直接生產(chǎn)的阻燃材料,還可分為本質(zhì)阻燃與改性阻燃2種類型。

        本質(zhì)阻燃纖維指的是纖維本身的大分子鏈就存在阻燃性基團(tuán),其阻燃性并非是改性處理之后才得到的;改性阻燃纖維主要是通過(guò)阻燃劑接枝、共聚、共混等方式,確保原始纖維特性不變的前提下,賦予纖維阻燃性。如,改性丙綸、改性滌綸等。

        部分場(chǎng)合要求紡織材料兼顧阻燃性和耐高溫性,即在200℃的高溫條件之下,紡織材料在連續(xù)使用過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)分解現(xiàn)象,保持其物理性能不變。由于其耐熱性,即使其暴露在傳導(dǎo)、熱輻射以及對(duì)流的環(huán)境之下,對(duì)材料的衡量依然可以用保持性能不變來(lái)判斷。一般而言,本質(zhì)阻燃纖維的阻燃性與耐熱性較高,可以稱之為高性能纖維。而改性阻燃纖維本身的耐熱性偏低,并且永久阻燃的阻燃性也是相對(duì)的,并非能夠阻燃一切。

        2 阻燃機(jī)理及阻燃劑類型

        可燃物的燃燒離不開氧氣與溫度,通過(guò)極限氧指數(shù)(LOI)可以表現(xiàn)出燃燒的難易程度。一般來(lái)說(shuō),空氣氧濃度為21%,如果LOI大于21%,在空氣中該物質(zhì)就難以燃燒。具體的LOI值見表1所示。

        表1 纖維LOI值 %

        阻燃原理:一方面,在熱分解逐漸減少的過(guò)程中,生成可燃?xì)怏w與阻礙氣相燃燒的基本反應(yīng)。另一方面,空氣的隔離、稀釋以及對(duì)區(qū)域內(nèi)燃燒熱量的吸收也會(huì)影響燃燒。紡織材料的可燃性可以用極限氧指數(shù)來(lái)表示。在實(shí)驗(yàn)條件下,能夠支持材料燃燒的最低極限氧濃度,就可以稱之為最低體積百分?jǐn)?shù)。計(jì)算公式如式(1)。

        其中:[O2]表示氧氣流量;[N2]表示氮?dú)饬髁俊?/p>

        氧指數(shù)實(shí)驗(yàn)方法具備良好的重現(xiàn)性,并且還可以得到相應(yīng)的數(shù)字結(jié)果,所以,其發(fā)展很快,大部分國(guó)家都將其作為聚合物材料可燃性實(shí)驗(yàn)的主要方式。如,JISK7201。國(guó)內(nèi)于1980年制定了GB2406氧指數(shù)實(shí)驗(yàn)方法,最新的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)為1997年提出的GB5454。

        國(guó)內(nèi)在研究阻燃纖維時(shí),大部分都集中在磷素和鹵素等阻燃劑上,一般來(lái)說(shuō),阻燃劑包含氯、硫銻、氮、磷等。在阻燃領(lǐng)域內(nèi),鹵系阻燃劑所具備的阻燃效率以及在材料有機(jī)合成中的相容性都是公認(rèn)的,但是在燃燒時(shí),鹵素阻燃劑會(huì)產(chǎn)生有毒氣體,并且還具有一定的腐蝕性。隨著人們使用要求的不斷提升,阻燃纖維所使用的阻燃劑也會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的調(diào)整,人們不僅要求阻燃纖維要具備阻燃性,同時(shí)還要做到無(wú)毒與消煙阻燃[2]。

        按照使用方法,阻燃劑分為添加型和反應(yīng)型2個(gè)類別。添加型是在阻燃纖維加工過(guò)程中添入的,反應(yīng)型則是在合成高分子過(guò)程中,作為一個(gè)組分參與到反應(yīng)之中,或者是能夠與高分子之間發(fā)生反應(yīng),進(jìn)而在高分子化合物中引入具備阻燃作用的基團(tuán);按照阻燃元素劃分,可以分為鹵系、磷系、硫系、鋁系等;按照阻燃的機(jī)理又可分為固相阻燃和氣相阻燃。當(dāng)鹵系阻燃劑受熱分解,就會(huì)有相應(yīng)的氣體產(chǎn)生,捕捉到火焰當(dāng)中的自由基,然后達(dá)到阻燃的目的。這屬于常見的,具備典型性特點(diǎn)的氣相阻燃機(jī)理[3]。含有氮和磷的阻燃劑,在受熱之后會(huì)有泡沫層出現(xiàn),不僅可以將空氣隔絕,還可以降低可燃?xì)怏w本身的成型速度,在燃燒時(shí),具備煙霧少、有害氣體少以及在碳層形成之后對(duì)聚合物熔滴有效防止的優(yōu)點(diǎn)。

        3 阻燃纖維梳理前、后長(zhǎng)度與強(qiáng)度的變化

        對(duì)阻燃纖維通過(guò)小型梳毛機(jī)試驗(yàn)進(jìn)行梳理之后,收集樣品,進(jìn)行檢測(cè),對(duì)阻燃纖維在梳理前、后的長(zhǎng)度與強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試。在梳理前、后,阻燃纖維具體的變化情況如表2所示。

        表2 梳理前、后阻燃纖維的強(qiáng)度與長(zhǎng)度的變化統(tǒng)計(jì)表

        從表2可以清楚地看到,在經(jīng)過(guò)梳理之后,4種材料的阻燃纖維強(qiáng)度都有所降低。其中,阻燃粘膠和芳綸的強(qiáng)度變化相對(duì)較少,而腈氯綸與阻燃維綸的強(qiáng)度變化較大,腈氯綸的變化達(dá)到25.6%,阻燃維綸的變化達(dá)到14.2%。

        雖然4種材料都是化纖,但是在梳理前、后的阻燃纖維長(zhǎng)度差異并不明顯,在梳理之后,阻燃纖維的長(zhǎng)度都有不同程度的降低,其中,阻燃維綸、芳綸、腈氯綸變化相對(duì)較小,而阻燃粘膠纖維長(zhǎng)度變化率達(dá)到16.7%。綜合表2中對(duì)強(qiáng)度與長(zhǎng)度測(cè)量的結(jié)果分析,通過(guò)梳理作用,阻燃纖維的強(qiáng)度與長(zhǎng)度都會(huì)有所變化。由于阻燃纖維生產(chǎn)方式和自身屬性的不同,其梳理的影響程度也存在一定的差異。芳綸本身強(qiáng)度較高,在梳理之后,其強(qiáng)度與長(zhǎng)度變化都不明顯;腈氯綸與阻燃維綸雖然其長(zhǎng)度沒有較大的變化,但是強(qiáng)度降低較多,說(shuō)明在進(jìn)行梳理時(shí),會(huì)對(duì)纖維產(chǎn)生影響;阻燃粘膠在梳理前、后的變化最大,這主要是因?yàn)槠浔旧韽?qiáng)度偏低,在梳理過(guò)程中容易出現(xiàn)斷裂的現(xiàn)象[4]。

        通過(guò)對(duì)表2的分析可知,梳理作用對(duì)阻燃纖維的強(qiáng)度與長(zhǎng)度或多或少都會(huì)產(chǎn)生影響,除了芳綸之外,其余的影響相對(duì)偏高,以阻燃粘膠纖維為最。這樣的操作,會(huì)增加紗線的毛羽,降低紗線的強(qiáng)度。所以,針對(duì)阻燃纖維的不同,制定相匹配的工藝對(duì)改變阻燃材料的性能是非常必要的。

        4 結(jié)語(yǔ)

        隨著綠色環(huán)保的不斷發(fā)展,阻燃纖維的應(yīng)用不僅要對(duì)火災(zāi)進(jìn)行防御,延緩火災(zāi)的蔓延速度,同時(shí),還要具備無(wú)污染、無(wú)毒的要求。隨著人們自我安全意識(shí)的不斷提升,阻燃纖維開發(fā)力度不斷增大,永久性阻燃紡織品必定會(huì)成為研究的新熱點(diǎn),并且隨著社會(huì)的發(fā)展,其應(yīng)用范圍也會(huì)越來(lái)越廣泛。所以,研究阻燃材料性能及其變化,對(duì)社會(huì)生產(chǎn)、社會(huì)大眾的安全防護(hù)有著實(shí)際意義,值得相關(guān)人員加深研究深度、拓寬研究廣度,為今后的紡織品阻燃奠定基礎(chǔ)。

        [1] 程士潤(rùn),沈妍,王紅.淺談阻燃纖維的分類和發(fā)展[J].中國(guó)纖檢,2013(1):84-86.

        [2] 杜紅麗,趙書林.阻燃纖維及其最新研究進(jìn)展[J].天津紡織科技,2008(1):24-28.

        [3] 周志華,李玉林,薛露云.阻燃纖維的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].中國(guó)纖檢,2014(11):82-83.

        [4] 周建紅.新型阻燃纖維的改性研究[J].消防科學(xué)與技術(shù),2014,33(8):949-951.

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