[科普中國]-抗燃纖維

抗燃纖維是一種具有抗燃性能的特種纖維，用于耐熱材料，可以在燃燒條件下能分解出不可燃?xì)怏w，使纖維轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的化學(xué)結(jié)構(gòu)。

簡介抗燃纖維是指具有抗燃性能的特種纖維 。這一類纖維在燃燒條件下能分解出不可燃?xì)怏w，使纖維轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的化學(xué)結(jié)構(gòu)。由于這些纖維分別具有三向交聯(lián)、金屬螯合或多環(huán)結(jié)構(gòu)，在熱分解時需要的離解能極高，因此在火焰中難以燃燒，也不熔融,僅發(fā)生赤熱和炭化,纖維仍保持原形并具有一定的物理機械性能。它能在瞬間承受極高的溫度，即使在氧濃度很高的環(huán)境中也難燃燒。極限氧指數(shù)一般都在30%以上。極限氧指數(shù)(L.O.I.)是維持纖維離開火源后仍能繼續(xù)燃燒的空氣中含氧最低克分子濃度?？谷祭w維大都不溶于各種溶劑中，分離時不放出有害氣體。抗燃纖維的抗燃性與難燃性有別。有一些阻燃纖維的原絲（如滌綸、錦綸和腈綸）本身是可燃的，只是通過加入某種阻燃劑，使其在燃燒過程中抑制游離基反應(yīng)或改變可燃物的熱分解機理，促進脫水碳化反應(yīng)；有些則使分解而釋出的不可燃?xì)怏w覆蓋纖維表面，起隔絕空氣的作用，達到阻燃效果。然而這種阻燃效果是有限的，纖維在高溫下仍能熔化，極限氧指數(shù)一般在26～30%。嚴(yán)格說來，這類纖維雖較難燃燒，但仍不屬于抗燃纖維，在火焰中可燃但不延燃，移開火源后具有自熄性。無機纖維如玻璃和金屬氧化物等纖維則屬不燃纖維。

高性能纖維高性能纖維一般指強度大于17.6cN/dtex，彈性模量在440cN/dtex以上的纖維。 高性能纖維是纖維科學(xué)和工程界開發(fā)的一批具有高強度、高模量、耐高溫性的新一代合成纖維。高性能纖維具有普通纖維沒有的特殊性能，主要應(yīng)用于軍工和高科技產(chǎn)業(yè)各個領(lǐng)域。

分類高性能纖維按性能可分為耐腐蝕性纖維、耐高溫纖維、抗燃纖維、高強度高模量纖維、功能纖維和彈性體纖維等。1

①耐腐蝕纖維： 即含氟纖維。 有聚四氟乙烯纖維、四氟乙烯-六氟丙烯共聚纖維、聚偏氯乙烯纖維、乙烯-三氟氯乙烯共聚纖維等。

②耐高溫纖維：有聚間苯二甲酰間苯二胺纖維、聚酰亞胺纖維、 聚苯砜酰胺纖維、聚酰胺酰亞胺纖維、聚苯并咪唑纖維等。

③抗燃纖維：有酚醛纖維、芳香族聚酰胺表面化學(xué)處理纖維、金屬螯合纖維、聚丙烯腈預(yù)氧化纖維等。

④高強度高模量纖維：有聚苯二甲酰對苯二胺纖維、 芳香族聚酰胺共聚纖維、雜環(huán)族聚酰胺纖維、碳纖維、石墨纖維、碳化硅纖維等。

⑤功能纖維：有中空纖維半透膜、活性碳纖維、超細(xì)纖維氈、吸油纖維氈、光導(dǎo)纖維、導(dǎo)電纖維等。

⑥彈性體纖維：有聚酯型和聚醚型聚氨基甲酸酯纖維、 聚丙烯酸酯類纖維、聚對苯二甲酸丁二醇酯纖維等。

特點高性能纖維具有普通纖維沒有的特殊性能，是一種優(yōu)質(zhì)的工程材料，其特性如下：

(1)極高的機械性能。高強度、高彈性模量。纖維材料的進步使得制造先進復(fù)合材料成為了可能。彈性模量是衡量材料的一個重要指標(biāo)，如工程中常用的鋼纖維是200GPa，制造飛機的鈦合金是106GPa，鋁合金為71 GPa，而PPTA纖維的模量是132GPa，PBO纖維更高達280GPa。

(2)高性能纖維具有耐高溫性，具有高溫下尺寸穩(wěn)定，熱收縮率很低，因此在耐熱防護材料上有特殊用途。

(3)高性能纖維的另一優(yōu)點是密度低，有利于制品的輕量化。

(4)有機高性能纖維加工簡便，容易成型。

(5)有機和無機高性能纖維耐腐蝕。

缺點抗燃纖維的缺點是耐光性和耐磨性較差。

制法抗燃纖維的制法有：

①制備體型結(jié)構(gòu)的纖維，先把分子量較低的熱固性線型樹脂紡制成纖維，然后在催化劑和固化劑的作用下加熱固化，形成三向交聯(lián)，如酚醛、脲醛和三聚氰胺甲基等纖維。交聯(lián)度越高，纖維的抗燃性越好。現(xiàn)已工業(yè)化生產(chǎn)的有酚醛纖維，美國商品名為基諾爾Kynol，可以耐瞬間2500℃的高溫火焰,絕緣性和隔音性良好。還可用以進一步制成碳?xì)帧⒒钚蕴坷w維和離子交換纖維。

②通過高溫?zé)崽幚砘虮砻孀冃蕴幚?，如將某些芳香族聚酰胺纖維（如聚間苯二甲酰間苯二胺及其共聚纖維）在高溫下或同時含有鹵素或鹵化物的情況下進行化學(xué)變性處理，使纖維表面具有一層交聯(lián)結(jié)構(gòu)或引入鹵素取代基而具備抗燃性。這種纖維可用作密封和防護材料。

③金屬螯合，對苯二甲酰氯與草酰雙脒腙的縮聚纖維(簡稱PTO纖維)或某些芳酰肼纖維,都可以與某些金屬離子螯合。螯合的金屬離子不同，纖維的顏色和極限氧指數(shù)也不相同。螯合度越高，彈性模量、熱穩(wěn)定性和極限氧指數(shù)也越高。用鉛離子螯合的纖維不具有抗燃性，但具有耐輻射特性。

④在某些耐高溫或有機高強度高模量纖維的芳環(huán)上引入鹵素或磷化物等取代基，或加入抗燃劑，也可以提高纖維的抗燃性。加入鹵素的抗燃性強弱順序為溴>氯>氟。

用途抗燃纖維主要用途是作防火耐熱服、簾子布、絕熱材料以及濾材等。2

本詞條內(nèi)容貢獻者為:

石季英 - 副教授 - 天津大學(xué)