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纺织品的阻燃机理及方法


纺织品的阻燃按生产过程及阻燃剂的引入方法大致分为纤维的阻燃处理和织物的阻燃整理两类。

2、1纤维的阻燃处理

2、1、1阻燃机理

纤维的阻燃处理是对一些本身是可燃的原丝(如涤纶、棉纶、腈纶)加入某种阻燃剂,使其抑制燃烧过程中的游离基;或是改变纤维的热分解过程,促进脱水炭化;有些则是使阻燃剂分解释放出不燃气体覆盖在纤维表面,起隔绝空气作用。

2、1、2阻燃处理方法

1提高成纤高聚物的热稳定性

(1)在成纤高聚物的大分子链中引入芳环或芳杂环,增加分子链的刚性、大分子链的密集程度和内聚力,然后将这种高热稳定性的高聚物用湿法纺丝制成纤维。

(2)通过纤维中线形大分子链间交联反应变成三维交联结构,阻止碳链断裂,成为不收缩,不熔融的阻燃性纤维。

(3)将纤维在200-300℃的空气氧化炉中停留几十分钟或数小时使纤维大分子受热后发生炭化,成为具有阻燃性的纤维。

2、原丝阻燃改性

(1)共聚法:在成纤高聚物的合成过程中,把含有磷、卤、硫等阻燃元素的化合物作为共聚单体(反应型阻燃剂)引入到大分子链中,再把这种阻燃性强的物质加到纤维中。

(2)共混法:与共聚法同属原丝改性,是将阻燃剂加入纺丝熔体或纺制阻燃纤维的方法。

(3)接枝改性:用放射热、高能的电子束或化学引发剂使纤维(或织物)与乙烯基型的阻燃单体发生接枝共聚,是获得有效而持久的阻燃改性方法。接枝阻燃改性纤维的阻燃性与接枝单体中阻燃元素的种类及接枝部位有关,接枝部位对阻燃效果的影响次序为:芯部接枝>均匀接枝>表面接枝。

2、2织物的阻燃整理

2、2、1阻燃机理

1、覆盖层理论:阻燃剂在高温下能形成玻璃状或稳定泡沫覆盖层,具有隔热、隔氧、阻止可燃气体向外逸出,起到阻燃作用。

2、不燃气体理论:阻燃剂受热分解出不燃气体,将纤维素分解出来的可燃气体浓度冲淡到燃烧下限以下。

3、吸热理论:阻燃剂在高温下,发生吸热反应,降低温度阻止燃烧蔓延。此外,织物整理后能将热量迅速传出,致使纤维素达不到着火燃烧的温度。

4、化学反应论(催化脱水论):阻燃剂在高温下,作为路易斯酸与纤维素发生反应,使纤维催化脱水炭化,减少可燃气体的产生。

2、2、2阻燃整理方法

1、浸轧焙烘法:阻燃整理工艺中应用最广的一种工艺。工艺流程为浸轧-预烘-焙烘-后处理。浸轧液一般由阻燃剂、催化剂、树脂、润湿剂和柔软剂组成,配制成水溶液或乳液进行整理。

2、浸渍-烘燥法:又称吸尽法。是将织物在阻燃液中浸渍一定时间后,再干燥焙烘使阻燃液被纤维聚合体吸收。

3、有机溶剂法:该法是使用非水溶性的阻燃剂,其优点是阻燃整理时的能耗低。但在实际操作中,要注意溶剂的毒性和燃烧性。

4、涂布法:将阻燃剂混入树脂内,靠树脂的粘合作用使阻燃剂固着在织物上。根据机械设备的不同分为刮刀涂布法和浇铸涂布法。

3纺织品常用阻燃剂

3、1按所含阻燃元素分类

1、含卤阻燃剂:热解过程中,分解出捕获传递燃烧自由基的X·及HX,HX能稀释纤维裂解时产生的可燃气体,或隔断与空气的接触。

2、含磷阻燃剂:燃烧过程中产生磷酸酐或磷酸,促使纺织品脱水炭化,阻止或减少可燃气体产生。此外,磷酸酐在热解时形成类似玻璃状的熔融物覆盖在织物上,促使其氧化生成二氧化碳,起到阻燃作用。

3、含氮阻燃剂:氮的化合物能和纤维素作用,促进交链成炭,降低织物的分解温度,产生的不燃气体,起到稀释可燃气体的作用。

3、2按阻燃织物的耐久程度分类

1、非耐久性阻燃整理剂:暂时性阻燃整理剂。大部分为水溶性(或乳液)的无机盐。处理时先将阻燃剂溶于水,织物经浸渍烘干即可使用;也有二浴浸轧的,第二浴用氨水或纯碱,使金属氧化物沉积在织物上。该法工艺简单,价格较低,但织物的手感较差,洗涤后阻燃效果大幅度下降。

2、半耐久性阻燃整理剂:其阻燃产品能耐1-10次温和洗涤,但不耐高温皂洗。该法有尿素-磷酸法(通常称Banflam法)、磷酸尿酯法、磷酸铵-羟甲基氰铵-甲醋混合溶液法。

3、耐久性阻燃整理剂:采用化学法在纤维内部表面进行聚合或缩合反应,形成不溶于水的聚合物,一般要求耐洗程度30次以上。该法主要有汽巴(CP)法和Proban法。CP法由瑞士汽巴-嘉基公司创造,该法加工工艺容易实施,阻燃效果显著,缺点是织物强力损失较大,对服饰性能影响较大;Prban法由英国奥布赖-威尔逊有限公司创造,该法整理的织物,阻燃效果好,特别是处理后织物的手感与强力保持是任何其他整理方法所不可比拟的,但此法危险性较大,环境污染严重,推广受到限制。--阻燃透明胶,阻燃透明涂层胶--

4、我国纺织品的阻燃现状

我国纺织品阻燃技术的研究较欧美等国家起步晚,50年代才开展这一方面的研究,首先是从纯绵织物不耐洗阻燃入手。60年代,开始研制耐洗的纯棉阻燃织物。70年代,随着合成技术的发展,纺织品种从纯绵纺织品扩大到混纺纤维,合成纤维,纺织品的阻燃也从纯棉纺织品的阻燃进入难度更大的混纺和合成纤维的阻燃,开发了可用于混纺纤维和合成纤维的阻燃剂。80年代,我国对纺织品阻燃研究进入了较快、较全面、较系统的发展,除纺织部门的研究单位和生产企业外,许多大专院校、科研单位和其它产业部门,同纺织部门一道,开展了纺织阻燃技术的研究,联合开发了许多适合于纯棉及化纤织物的阻燃剂及阻燃处理技术。目前阻燃技术的发展主要表现在以下几个方面:

4、1阻燃技术研究

近年来,我国在纺织品阻燃技术的研究方面取得了较大进展。中国纺织科学研究院先后研制成功了丙纶阻燃母粒、抗燃烧抗静电复合溶料、安全无毒的毛粘混纺阻燃产品等科研成果;上海纺织科学研究院也先后研制和开发了酚醛纤维、聚酰亚胺纤维、芳砜纶纤维、阻燃粘胶纤维、耐热纤维等阻燃纺织品;上海合成纤维研究所、上海纺织研究院、中国纺织大学和山西煤化所、山西纺织研究院承担的攻关项目"预氧丝阻燃织物的配制"通过鉴定;中国纺织大学研究的高阻燃粘胶纤维及其混纺织物,氧指数(LOI)达45-50;陕西省纺织科学研究所先后完成了"防火、防水、防雾棉盖布整理工艺研究"、"防火棉布整理工艺研究"、"白磷-烧碱法防火剂的研究"、"维纶防火盖布的研究"、"涤棉混纺织物阻燃抗熔整理及阻燃剂SF-28合成"、"防火、防水消防战斗服(面料)研究"、"纯棉多功能贴墙布"、"纯棉二纺帆布及阻燃提花家具布"、"涤棉混纺织物阻燃产品开发"、"涤纶阻燃缝纫线研制"、"棉布C55/T45涤棉线阻燃整理"、"羊毛纺织品阻燃整理技术"等科研项目;辽宁抚顺阻燃集团研制成功的抗强酸、耐腐蚀、抗氧化、耐虫蛀、防静电、不易磨损等一系列优良性能,且长久使用或经多次熨烫、日晒水洗,性能仍然不变的永久性阻燃纤维及其系列织物已开始全面上市,使我国成为世界上少数可以生产永久性阻燃产品的国家。此外,我国研制成功的以回收聚酯废料瓶为主要原料,添加阻燃母粒共混纺丝,生产的阻燃短纤维,用作地毯、墙布等非织造布的原料,因价格低廉,原料充足,具有广阔的市场前景和良好的社会效益;大连华阳与日本材田嫁接设备应用瑞士公司生产的T20型减量注射器,开发的母粒注射染色法,为有色阻燃织物开拓了极为广阔的前景。

4、2阻燃剂研究

目前,我国已开发研制出一系列品种齐全、性能优异的新型阻燃剂。北京福姆斯有限公司生产的"驱火神"织物阻燃剂可用于棉麻等天然纤维素织物、毛呢丝绒、腈纶、涤纶、维纶等化纤制品及由上述纤维混纺的各类织物制品。北京昊天助剂厂的BR-1型阻燃剂,是涤纶织物阻燃整理剂,与日本阻燃剂TS-1属同类产品,广泛用于涤纶及涤棉交织纺织品(包括针织品、机织品)的阻燃整理,也可用于地毯等;BR-2型阻燃剂是溴系有机化合物及锑化合物的复配产品,产品在使用过程中在织物上有加白的作用;FR-45型阻燃剂又称聚磷酸铵,用于纤维处理(棉纤维、醋酸纤维、粘胶纤维、聚酯纤维、涤棉纤维、锦纶等),氧指数可达31以上;PFE-1型阻燃剂由Br\,P\,Sb\,N多种元素组成,处理时浸喷均可,适用于毛麻棉织物、涤纶以及混纺交织品的阻燃处理,氧指数达50以上;FR-WA、WB型阻燃剂,是由F、Ti\,Br等多种化合物经化学反应与混配而成,低毒高效,用于纯毛、纯白织物、地毯的阻燃整理,氧指数达32以上。天津市合成材料工业研究所的FR-PG-PG-842高效阻燃剂,是以氮-磷为基础的水溶性阻燃剂,并含有阻燃增效剂、渗透剂等,适用于天然纤维和合成纤维,如化纤织物、麻织物、毛织物、丝织物,并可用于牛皮纸及壁纸,处理后的阻燃装饰布,氧指数可达30以上;PRPG-888阻燃剂是以无机聚合物为主剂并含有阻燃增效剂、渗透剂、稳定剂等多组份复合而成,可用于任何具有吸收性的织物,如棉布、化纤织物、麻织物、地毯、窗帘、装饰布、无纺布,对木材、壁纸、墙纸等也有优良效果;FR-FT高效阻燃剂,使用多种含磷、含氮及含其它阻燃元素的化合物,通过化学反应导入具有特定极性官能团的高分子短键,使阻燃剂分子键合在棉纺织品的纤维素分子上或键合在化纤、合纤的大分子上,同时对高分子进行缠绕和包裹。因此,广泛用于由棉、棉涤、羊毛、人造纤维和大多数合成纤维制成的各种窗帘、沙发面料、壁布、幕布、帷幕等装饰纺织品阻燃处理或阻燃后处理。此外,吉林吉化集团公司研究所、山西省化纤所、辽宁省化工研究所也开发研制了一系列纺织品用阻燃剂。我国开发研制的纺织品用阻燃剂如纯棉耐久性TLC-512、CFR-201,相当于瑞士PyrovatexCP;纯棉耐久性阻燃剂THP相当于英国的Albright&WilsonProban;纯涤棉阻燃剂FRC-1相当于美国的Mobil公司的Antiblaze19和19T。

4、3纺织阻燃产品研究

纺织阻燃产品研究是纺织阻燃技术发展的一个重要标志。我国在科研试制及投入工业化生产方面都取得了可喜成果。北京制呢厂生产的"兰羽牌"纬编涤纶阻燃装饰呢,是高级系列阻燃产品,经国家有关检测中心及国际羊毛局英国检测中心检测,其阻燃性能及烟雾和毒性物,均符合标准的技术要求,产品花色品种丰富,适用于飞机、船舶、汽车内饰材料,也适于高级宾馆、饭店、写字楼、会议厅等高层建筑内装修用;天津市仁立毛纺厂生产?quot;天马牌"阻燃装饰布1986年已用于民航用装饰材料;燕山石化公司的燕山牌丙纶阻燃地毯,具有耐磨损、防起毛、耐酸碱、防虫蛀、防霉、弹性好、强度高等性能外,还具有耐老化、阻燃性好、抗静电等优点;周口店壁纸厂的"金巢牌"高级阻燃布基壁纸,能有效地阻隔火、烟对墙面的燃烧,氧指数可达30;公共安全专家部四川科研所经过两年多的研究,成功研制出阻燃效果理想、物理性能良好的耐久性阻燃棉装饰织物,皂洗五十次后,阻燃效果不变,氧指数大于32,手感好,各项指标达到GB8624-1997难燃材料B1级(窗帘幕布类纺织物材料)的规定,该所研究出的耐久性阻燃涤纶装饰织物,皂洗五十次,阻燃效果不变,氧指数大于42,手感好,各项指标达到了GB8624-1997难燃材料B1级(窗帘幕布类纺织物材料)的规定,达到了国内外同类产品的先进水平。抚顺阻燃集团开发的永久性阻燃系列织物,抚顺腈纶厂开发的阻燃腈纶装饰布、防护服,仪征化纤股份有限公司开发的阻燃聚酯均具有优异的阻燃性能及使用性能。

4、4法律法规、规范管理

阻燃技术的发展与法规、法令有着密切的关系,适时而可行的,有严格要求的法规对阻燃技术的发展有很大的推动作用。随着纺织品阻燃技术的发展,各国都制定了相应的法规、阻燃标准及测试方法。如欧美等发达国家对高层建筑、民航、海运、医院、影剧院、宾馆饭店及特殊行业等部门使用的纺织品都制定了相应的规范、阻燃标准。我国80年代起开展此项工作,陕西省纺研所率先承担了纺织总会下达的制定纺织品燃烧性能测试方法国家标准的研究项目,先后完成了"纺织品阻燃性能测试方法-垂直法、氧指数法、火焰蔓延性能测定","纺织品及燃烧性能词汇表","纺织织物易点燃性能测试方法","纺织织物表面燃烧性能测试方法","铺地材料纺织品燃烧性能-片剂法、辐射热源法",这些标准经国家技术监督局审定,批准为国家标准,现已在全国范围内贯彻实施。90年代开始,中国纺织科研院承担制定了测试纺织品燃烧性能的试验方法和产品标准13项,已由国家标准局批准公布。在制定阻燃纺织品测试标准和方法的同时,1995年公共安全专家部、内贸部和纺织总会联合发出《关于积极推广阻燃织物并加强生产经营监督管理工作的通知》,"对生产阻燃织物的厂家和经营单位、个人进行登记备案,对生产的阻燃产品,必须经国家检测机构检测合格方准出厂销售。"纺织总会根据联合通知的精神又发出通知,进一步提出了落实措施:

1、统一阻燃装饰织物的阻燃性能检测方法和质量评定标准。装饰织物阻燃性能统一采用GB5455-85《纺织织物阻燃性能测试垂直法》标准进行测试。装饰织物阻燃性能分级评定分为A级(不燃),B1组(难燃),B2级(可燃),B3级(易燃,或称不合格)四类。

2、指定阻燃装饰织物产品质量监督检测机构。国家棉纺织产品质量监督检测中心,国家棉印染产品质量检测中心,具备阻燃织物产品质量性能检测条件,经主管厅(局)、总会、总公司推荐和总会考核验收合格后,由中国纺织总会确认为该地区阻燃织物产品质量检测机构。

3、推荐定点阻燃装饰织物产品生产企业。凡经中国纺织总会指定阻燃装饰织物产品质量监督检测机构检测合格的并具有一定生产规模的阻燃装饰生产企业,由省、自治区、直辖市纺织(轻纺织)工业厅(局、总会、总公司)备案申报,由中国纺织总会负责确认。企业生产的阻燃装饰织物产品:一是必须具有指定的阻燃装饰织物质量检测机构的检测报告,产品检测单位应相对固定,不可随意变动;二是产品出厂必须具有详细的产品说明书,标明生产企业名称,阻燃性能,产品检测机构,适用范围等内容。

5我国纺织品阻燃的发展趋势

5、1加强阻燃纤维的开发和研究

目前,以对织物进行后整理而获得具有阻燃性持久及赋予高性能、多功能等特点的阻燃纺织品及其加工工艺是阻燃纤维发展的方向和趋势。但目前我国生产和使用最多的是阻燃整理织物,包括纯棉、纯涤纶、纯毛、涤棉和各种混纺的耐久性阻燃织物和纯棉、粘胶、纯涤纶非耐久性洗涤阻燃织物,阻燃纤维织物的生产和使用量很少,年产量只有100吨左右。随着人民生活与环境条件的不断改善,人们对阻燃纺织品性能要求越来越高,应投入力量和资金加大阻燃纤维的开发。

5、2加强阻燃纺织品多功能化的研究

目前多数阻燃纤维或织物仅具有阻燃功能,不能满足某些部门的特殊要求,如阻燃拒水、阻燃拒油、阻燃抗静电,发展阻燃多功能产品势在必行。如在生产方法上采用多种形式相结合,对阻燃纤维织物进行防水、拒油整理;采用阻燃纤维纱与导电纤维交织以生产抗静电的阻燃纤维;利用阻燃纤维与高性能纤维进行混纺交织生产耐高温织物;采用阻燃纤维与棉粘胶等纤维混纺以改善最终产品舒适性并降低成本等。

5、3开发新型低毒低烟、无污染的阻燃剂

生产阻燃聚丙烯纤维所选用的阻燃剂,是将溴系转向磷氮体系阻燃剂及膨胀型阻燃剂,利用其与聚合物相容性好、用量少,热稳定性高等特点,生产低烟、低毒无腐蚀且无滴落的阻燃聚丙烯纤维。生产阻燃腈纶所选用的阻燃剂将从卤系转向磷氮体系阻燃剂,纤维除具有阻燃特性外,还兼具抗静电功能,这种具有"双抗"功能的腈纶发烟低、毒性小,后序加工性能及使用性能良好。阻燃聚酰胺的发展方向是寻求持久高效、防滴落、毒性低、烟尘小,以及各项物理性能指标影响小的阻燃新品种,将从目前的溴系转向磷系进而向氮系发展。阻燃聚酯的生产是向具有高附加值的纤维系列方向发展,选用的阻燃剂将由溴系转向磷系化合物并增加其它复合功能,如抗静电、低起球、抗菌易染色等。

5、4制定法规标准、加大宣传力度

法律、法规的健全和完善,对推动阻燃纺织品的开发和推广应用,对因纺织品易燃引起的火灾事故的预防有着重要的实用价值。正确评价纺织品的阻燃性能,应以其使用场合的要求为准,按用途制订标准。试验方法的制定应以实际着火情况代替实验室小型实验为基准,这是纺织品阻燃标准的发展方向。此外,还应作好阻燃纺织品的宣传工作,使人们正确认识它,将制定的纺织品阻燃防火法规标准运用到实际工作中去,使防火工作落到实处。

5、5加强交流合作。

阻燃纺织品的研究开发,生产和应用应视为系统工程,涉及行业广泛,除纺织系统外,其它工业领域应配合支持。因此,应加强交流合作。目前,中国纺织科学研究院设立了"全国纺织阻燃技术协作网",现已吸收60多家成员单位,将科研、生产、经营、信息等单位组织在一起,及时交流国内外纺织品阻燃的法规、标准测试方法、最新科研成果,定期举办学术交流及编辑出版有关网员活动情况的"网讯",向go-vern-ment部门反映有关阻燃纺织品发展及应用的意见和建议。而国际间的交流合作,会促进我们学习和借鉴外国先进技术和经验,缩短我国与发达国家的差距。

6、结束语

纺织品的使用是构成火灾威胁的重要因素之一。采用阻燃化的方法对纺织品进行处理,是降低火灾危险性的重要措施,适时可行。有严格要求的技术规范是保证其阻燃措施落实的重要手段。结合纺织品阻燃要求,开发、生产阻燃、低烟、性能优异的阻燃制品,加强消防安全监督管理,可从根本上预防纺织品的火灾威胁,给人民生命财产安全提供安全保证。

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