硅氮系阻燃纤维的阻燃机理
阻燃粘胶纤维的研究进展及应用
阻燃粘胶纤维的研究进展及应用赖小旭;郭荣辉【摘要】综述了具有防火阻燃性能的粘胶纤维,介绍了阻燃粘胶纤维的常用阻燃剂种类、阻燃粘胶纤维的制备方法、阻燃机理及其应用.【期刊名称】《成都纺织高等专科学校学报》【年(卷),期】2016(033)003【总页数】7页(P192-198)【关键词】阻燃粘胶纤维;阻燃剂;制备方法;阻燃机理;应用【作者】赖小旭;郭荣辉【作者单位】四川大学轻纺与食品学院,四川成都610065;四川大学轻纺与食品学院,四川成都610065【正文语种】中文【中图分类】TS102随着防火知识的宣传普及，防火安全观念也逐渐走进了千家万户。
纺织品，作为与人类生活息息相关的商品，其是否具有阻燃性成为了人们关注的话题。
2007年，我国出台并实施国家强制性阻燃标准——《公共场所阻燃制品及组件燃烧性能要求和标识》，对公共场所使用的六大类制品，包括织物、建筑制品、家具及组件、塑料/橡胶等的燃烧性能，提出严格要求。
其中，三大类制品都涉及阻燃纤维，对纤维的阻燃性有更高要求。
阻燃纤维主要分两类，一类是对纤维(如涤纶、维纶、腈纶等)改性处理，使其达到阻燃效果。
这类纤维燃烧后有潜在危害性，易熔融滴落，可能引燃其他的易燃物品，且燃烧时产生的大量浓烟，增大救援难度。
另一类是自身具有阻燃性的纤维，如芳族聚酰胺纤维、PBI，PBO纤维等，这类纤维的阻燃性能十分优异，然而价格昂贵，不适合大规模工业生产。
所以，耐熔滴、生产价格低的阻燃纤维成为研究重点。
粘胶纤维原料为天然纤维素，来源丰富，可生物降解，价格低廉，制备工艺成熟，力学性能优异，除此之外，燃烧时不熔融滴落。
然而，粘胶纤维是再生纤维素纤维，其结构为碳水化合物，极限氧指数为19%，极易燃烧，分解温度270℃～350℃，燃烧温度320℃～350℃。
因此研发阻燃粘胶纤维成为当今研究热点[1]，研究粘胶纤维阻燃性、新型阻燃粘胶纤维，应用前景广阔。
阻燃粘胶纤维用阻燃剂的种类繁多，按阻燃剂与被阻燃基材之间的关系，可分为反应型和添加型，前者以化学交联方法发生反应，留在纤维中，用于热固性材料；后者以物理形式分散于纤维中，适用于热塑性材料。
硅酮系阻燃剂及其阻燃技术
阻燃材料的冲击强度 , 同时 , 材料的耐热性 、 成型性 以及再循环加工性俱佳 。 由 N EC 和住友・ 道公司共同开发的 、 据称代表 着当今无卤化阻燃 PC 最高水平的新型阻燃 PC “ ” ,即是 应用新型硅酮系阻燃剂的成功范 例 。其艾佐德冲击强度 ( 缺口) 高达 441J / m ,为溴系 阻燃 PC 的 3 倍左右 , 阻燃性达 UL94 V - O 级 , 循 环回收特性亦优 ,见表 1 [ 5 ] 。
表4 硅树脂对 EVA - Mg ( OH) 2 共混物性能的影响
应用于芳香族 PC 或其合金 、 ABS 、 PS 等树脂中 的硅树脂 ,其分子结构 ( M 、 D、 T、 Q 四种结构单元的 比例) 以及分子量的大小均对阻燃材料的性能产生 举足轻重的影响 。因此 ,通过科学的分子设计 ,以保 证其与基础树脂的适度相溶性和适宜的迁移 、 表面 富集性 ,是获得高性能硅酮系阻燃材料的关键 。 【实例 3】 有机硅化合物既是阻燃 ( 增效 ) 剂 , 又 是一 种 良 好 的 加 工 助 剂 和 分 散 剂 。将 其 应 用 于 EVA2Mg ( O H) 2 阻燃体系 , 不但能改善 Mg ( O H) 2 在 EVA 树脂中的分散性 ( 使阻燃材料的力学性能降低 较少) ,而且能够改善加工性能 , 同时还使共混体系 [ 16 ] 的阻燃性能明显提高 ( 表 4) 。
构 ( 芳基含量 、 分子量和功能端基的反应性 ) 进行科 学设计 ,以达到最佳水平 。与聚甲基硅氧烷相比 ,它 在树脂 ( 如 PC) 中有十分良好的分散性 , 对 PC 、 PC/
ABS 合金不但具有高效阻燃性 , 而且能大幅度提高
逸 ,又抑制了高分子材料的热分解 , 达到高阻燃化 、 低发烟量 、 低有害性的目的 。 以新型硅酮系阻燃剂 “XC99 - B5654 ” 为例 , 因 其与 PC 相溶性良好 ,故能均匀分散于基体树脂中 。 ) 则呈熔融态 , 由于阻燃剂的粘度 燃烧时 ( 约 800 ℃ 比 PC 小 ,从而产生相分离 ,硅酮向树脂表面适度迁 移、 富集 ,形成均质的阻燃炭化层 [ 5 ] 。 鉴于硅酮的阻燃作用与其表面富集特性有关 , 所以 ,硅酮阻燃剂与基体树脂的相溶化程度 、 硅酮的 分子结构和分子量大小决定了被阻燃材料的阻燃性 能 。阻燃 PC 材料的氧指数与硅酮化合物的结构和 分子量的关系见图 2 。
纤维织物阻燃测试方法和标准
4.2 纤维织物阻燃测试及评价标准
纤维织物燃烧测试标准（中国）
国别
标准编号
标准名称
中国
GB/T 5454-1997 纺织品燃烧性能试验氧指数法
适用范围
适用于各种类型的纺织品（包括单组分或多组分），如机织 物、针织物、非织造布、涂层织物、层压织物、复合织物、 地毯类等（包括阻燃处理和未经处理的）
聚合物/切片 纤维
共聚：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引入 到大分子链中，然后再把这种阻燃性成纤高聚物用熔融纺或湿纺制成阻燃纤维
共混：纺丝时将阻燃剂加入到纺丝熔体中直接纺丝。阻燃剂熔融温度要 低于纤维的纺丝温度，且熔点之间相差不能太大；分解温度高于纺丝温 度而要低于所纺纤维的分解温度；与所纺纤维相容性好
• 目前纱线及织物还未测过氧指数或者其他燃烧测试，可以考虑送样检测
• 针对具体用途或场所选择接近真实环境的测试方法测定
聚合物的燃烧净热， 即聚合物燃烧热与 相邻聚合物加热到 燃烧状态所需的能 量之差≥0时，聚 合物持续燃烧
2.2 燃烧及阻燃机理
阻燃机理：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。从阻燃过程看，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
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、脱卤化氢等吸热反应，降低了纤维材料面 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;
2.3 燃烧及阻燃机理
4) 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，增加炭化残渣，减少可燃性气体的产生;
谨防火灾-阻燃纤维
阻燃纤维摘要：火灾频发，阻燃纤维更受关注，本文整理通过阅读文献和新闻，从阻燃纤维的阻燃机理，纤维阻燃改性方法和各种技术及国内外新型阻燃纤维成品举例，向本文读者介绍阻燃纤维的各种情况和其想法。
关键词：火灾阻燃纤维机理改性方法技术新型举例最近国内火灾频发，引起了国家领导和广大群众的高度关注，我也看了和听了一些有关阻燃纤维的东西，虽说随着人民生活水平的提高和以人为本的安防意识的增强纤维制品的阻燃‘性能越来越受到人们的关注。
已经有很多国家和地区制定产品标准，规定交通工具，公共场所、老人、儿童使用的某些纤维制品必须具备阻燃性能。
目前已经有芳纶1313等多种本质阻燃纤维应用于需要耐高温和阻燃的工作环境但通过阻燃剂共混共聚、接枝改性等方法制取的常规阻燃纤维原材料易得，生产简便，价格相对低廉，仍是一般阻燃产品最常用的纤维原料应用于民用阻燃纺织品。
但根据有关数据表明，2010年单上半年就有70000多起火灾（不含森林、草原、军队、矿井地下部分），特别是最近的上海1115特大火灾引起的反思，由于大部织品不阻燃而引起的潜在火灾也进一步增大，证明阻燃纤维的发展和应用还有带大幅提高。
下面是一些有关阻燃纤维的内容：一、阻燃纤维的阻燃机理:可燃物燃烧需要足够的温度和氧气，燃烧难易程度可通过极限氧指数(LOI)来表征。
通常情况下，空气氧浓度为21％。
因此。
当LOI>21％时即表明该物质在空气中难以燃烧。
各种纤维的LOI值见表I。
表I 各种纤维的LOI值(％)【1】阻燃的基本原理是减少热分解过程中可燃气体的生成和阻碍气相燃烧过程中的基本反应。
其次，吸收燃烧区域中的热量，稀释和隔离空气对阻止燃烧也有一定的作用。
1 表面覆盖理论有些物质(如硼纱、硼酸等)加热时熔融，在纤维表面形成一层玻璃状的膜，阻碍氧的提供；或像磷化物那样，主要在固相产生作用，促进碳化，阻止可燃性气体的放出。
有的阻燃剂也可能受热分解，产生不燃性气体浮在纤维表面隔离空气或稀释可燃性气体。
硅系阻燃剂
SFR-100+APP+季戊四醇
• SFR-100与APP及季戊四醇并用时，能改善 PP的阻燃性，使之能达到UL94V-0阻燃级， 而且即使阻燃剂用量较低时，材料氧指数也较 高。 • APP通常作用具有自熄性材料的阻燃剂或膨胀 型阻燃涂料的添加剂。尽管APP的阻燃性甚佳， 但由于它的热稳定性较低，故塑料在熔融状态 甚至在较低温度下加工时，它即能在塑料中产 生泡沫。所以它在阻燃材料中应用受到限制。
SFR-100+氢氧化铝（ATH）
在乙烯共聚物中，例如乙烯-醋酸乙烯酯共聚 物（EVA）中，SFR-100作为阻燃剂可以与 ATH并用。 对于那些阻燃要求特别严格的场所，可采用 SFR-100阻燃ATH含量很高（超过60%）的 EVA，此时材料仍可熔融加工。
ATH是一个非卤无机填料，通常作用价廉的阻 燃剂，且广泛用于热塑性弹性体。当ATH含量 很高时，EVA是一个比PE较优的基材，因为 前者中所含 的VA能较好地与ATH粘结。 以SFR-100及ATH改性的聚合物，可用于制造 对阻燃要求十分苛刻的构件，也适用于注塑加 工。此外，SFR-100+ATH也可用于阻燃电线 及电缆包覆层。
SFR-100树脂的应用
• SFR-100+硬脂酸镁 • SFR-100+氢氧化铝（ATH） • SFR-100+APP+季戊四醇
SFR-100+硬脂酸镁
• SFR-100与硬脂酸镁相结合，可提高PP、 LDPE及HDPE的抑烟性及阻燃性。 • 硬脂酸镁是一种有机金属皂，通常用作聚烯烃 的润滑剂，但不与PP或PE互溶。不过，在 SFR-100存在下，硬酯酸镁能均匀分散于聚烯 烃基材中，并与之形成均相结构，为了防止熔 滴，还可在配方中加入滑石粉。
硅系阻燃剂
1.阻燃剂1.1我国阻燃剂需求介绍我国阻燃剂工业随着我国总体经济的持续、快速发展，迎来了一个大发展的机遇，同时，也面临严峻的挑战。
我国阻燃剂的生产和消费形势持续发展，年均消费增长率超过20％。
从2002年开始，国内阻燃剂消费量急剧上升，增加的市场份额主要来源于电子电器、汽车市场两个方面。
阻燃剂发展趋势则是在提高阻燃性能的同时，更加注重环保与生态安全，在这种背景下，一些传统的溴系阻燃剂已受到日益严格的环保和阻燃法规的压力，迫使用户寻找溴系阻燃剂的代用品，同时也将促进新阻燃材料的问世。
这些新的阻燃材料将具有低放热率、低生烟性和低毒性，而且阻燃效率不会降低。
由于人们对使用溴系阻燃剂十分审慎，给其发展前景蒙上了一层阴影。
但由于溴系阻燃剂在阻燃领域的历史地位，而且在很多应用领域还很难找到合适的代用品，所以溴系阻燃剂在欧洲等国仍然是无可替代的选择。
但寻找溴系阻燃剂(特别是十溴二苯醚)的代用品，以逐步实现阻燃剂的无卤化和生态化将是明显的发展趋势之一。
今后全球溴系阻燃剂消费量增速缓慢，而代用品将会继续增多。
预计未来5年内，我国阻燃剂消费量年均增长率可达到15％。
目前我国阻燃剂无论在品种上还是用量上均与发达国家存在较大差距。
随着国家对阻燃技术要求力度的加强，我国阻燃剂的开发和发展将出现更好的广阔前景。
我们应该提高开发创新能力，推动阻燃剂工业朝着环保化、低毒化、高效化、多功能化的方向发展。
1.2常用的阻燃剂1.2.1卤系阻燃剂卤系阻燃剂主要是含溴和含氯阻燃剂。
含溴阻燃剂包括脂肪族、脂环族、芳香族及芳香一脂肪族的溴化合物，常用的有十溴二苯醚、十溴二苯乙烷、溴化环氧树脂、四溴双酚A、六溴环十二烷、八溴醚等，这中间尤以十溴二苯醚、十溴二苯乙烷、四溴双酚A使用量较大。
含氯阻燃剂主要是氯化石蜡。
溴系阻燃剂的优点在于对复合材料的力学性能几乎没有影响，根据阻燃机理能显著降低燃气中溴化氢的含量，而且该类阻燃剂与基体树脂相容性好。
即使在苛刻的条件下也无析出现象。
高性能阻燃纤维的特性与应用
高性能阻燃纤维的特性与应用杨琳;王中珍;丁帅【摘要】文章简述了聚苯硫醚、聚酰亚胺、聚四氟乙烯、芳纶1313、芳砜纶和连续玄武岩纤维六种高性能阻燃纤维的基本特性及在相关产业的应用,并对高性能阻燃纤维的发展进行了展望.【期刊名称】《山东纺织科技》【年(卷),期】2016(057)003【总页数】3页(P50-52)【关键词】高性能阻燃纤维;特性;应用;展望【作者】杨琳;王中珍;丁帅【作者单位】山东省纺织科学研究院,山东青岛266032;山东省特种纺织品加工技术重点实验室,山东青岛266032;山东省纺织科学研究院,山东青岛266032;山东省特种纺织品加工技术重点实验室,山东青岛266032;山东省纺织科学研究院,山东青岛266032;山东省特种纺织品加工技术重点实验室,山东青岛266032【正文语种】中文【中图分类】TS102为满足国防、航空航天、核能、冶金、地矿等特种行业对工程材料耐高温、耐辐射、高强度、绝缘性和热稳定性等性能的高要求，各国都致力于高性能纤维的开发研究。
高性能阻燃纤维作为其中的研究热点，受到越来越多的关注。
通常情况下，根据极限氧指数(LOI)，将纺织品分为易燃(LOI≤20%)、可燃(LOI=20%～26%)、难燃(LOI=26%～34%)和不燃(LOI≥34%)四个等级[1],而高性能阻燃纤维的极限氧指数普遍在26%以上，阻燃性优异，同时又具有良好的热稳定性、耐化学性和力学性能等，使其在特种工业领域应用广泛[2]。
聚苯硫醚、聚酰亚胺、聚四氟乙烯、芳纶1313、芳砜纶和连续玄武岩纤维是目前应用较多的高性能阻燃纤维，其主要特性见表1。
由表1可知，除芳纶1313与芳砜纶外，其余四种纤维的极限氧指数都等于或大于34%，达到了不燃(LOI≥34%)的等级，阻燃性能十分优异。
同时这六种纤维的热稳定性较好，可在高温下持续工作，能应对极端的工作环境。
3．1 聚苯硫醚纤维聚苯硫醚纤维由聚苯硫醚树脂(PPS)采用常规的熔融纺丝方法，在高温下进行后拉伸、卷曲和切断制得。
阻燃剂及其阻燃机理的研究现状
阻燃剂及其阻燃机理的研究现状一、本文概述阻燃剂是一种广泛应用于各类材料中的化学助剂，旨在提高材料的阻燃性能，降低火灾风险。
随着全球对安全问题的日益关注，阻燃剂的研究和应用日益受到人们的重视。
阻燃剂的研究现状反映了人类对材料科学、化学以及火灾科学的深入理解和应用。
本文旨在全面概述阻燃剂及其阻燃机理的研究现状，分析阻燃剂的主要类型、应用领域以及阻燃机理的最新研究进展，以期为未来阻燃剂的发展提供理论支持和实践指导。
本文首先将对阻燃剂的定义、分类及其在各领域的应用进行简要介绍，以明确阻燃剂的重要性和应用范围。
然后，重点阐述阻燃剂的阻燃机理，包括阻燃剂在材料燃烧过程中的作用方式、阻燃效果的评估方法以及阻燃机理的最新研究进展。
在此基础上，对阻燃剂的研究现状进行深入分析，探讨阻燃剂的发展趋势和存在的问题，提出相应的解决策略和建议。
对阻燃剂的未来发展方向进行展望，以期推动阻燃剂技术的不断创新和应用拓展。
通过本文的阐述，我们期望能够为读者提供一个全面、深入的阻燃剂及其阻燃机理的研究现状概览，为阻燃剂的研究、开发和应用提供有益的参考和启示。
二、阻燃剂分类及其特点阻燃剂按照其作用方式和化学结构可以分为多种类型，每一种都有其独特的特点和应用领域。
卤系阻燃剂：卤系阻燃剂是最早被广泛应用的阻燃剂之一，主要包括溴系和氯系阻燃剂。
它们主要通过捕捉自由基、生成不燃或难燃的卤代烃气体来发挥阻燃作用。
卤系阻燃剂具有阻燃效果好、添加量小、不影响材料物理性能等优点，但也存在烟雾大、释放有毒气体等缺点。
磷系阻燃剂：磷系阻燃剂主要包括无机磷阻燃剂和有机磷阻燃剂。
它们主要通过凝聚相阻燃和气相阻燃两种方式发挥作用。
磷系阻燃剂具有低烟、低毒、耐水洗等优点，因此在许多领域得到广泛应用。
氮系阻燃剂：氮系阻燃剂主要包括三聚氰胺、双氰胺等。
它们主要通过在燃烧过程中释放氨气、氮气等不燃气体来稀释可燃气体，从而起到阻燃作用。
氮系阻燃剂具有无卤、无磷、环保等优点，但在某些应用中阻燃效果可能略逊于卤系和磷系阻燃剂。
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硅氮系阻燃纤维的阻燃机理
摘要硅氮系阻燃再生纤维素纤维是一种新型环保材料。
该种阻燃纤维采用新型硅氮系阻燃剂添加到纤维素溶液中然后在凝固浴中纺丝成型，再经过二次交联反应成为成品，除了具有阻燃性能好、永久阻燃、可纺织和舒适性好等特性以外，还具有独特的发烟量小、烟气无毒、具有屏蔽层和环保的特点。
该阻燃纤维主要用于消防服、军队服装、石化、冶炼、电力等行业工作服、交通工具内饰、公共场所需阻燃卧具、装饰物及儿童、老人服装和其他特殊产业用阻燃纺织品，是一种新型的高端阻燃纤维产品具有广泛的应用领域。
再生纤维素纤维是碳基高分子，遇热或明火，引发相态和化学变化，导致自由基链式反应，分解释放可燃气体，在氧气存在条件下，产生阴燃或火焰，形成火灾的连续过程。
硅氮系阻燃剂在阻燃纤维中，以氢键或其他范德华力与纤维素接枝、结合，或者部分以纳米形态分散于纤维素非结晶区域，其作用就是阻断碳基高分子的各个引燃过程。
其阻燃机理可以归纳为以下几方面：
1、吸热作用：硅氮系阻燃剂在纤维中总含量较高，达到 30%左右，本身又具有高热容量，在高温下发生相变、脱水等吸热反应，降低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。
2、覆盖保护作用：硅氮系阻燃剂，本身在 800-1200 ℃高温中大部分能保持硅、钛、钙的聚合态不会气化，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。
既隔绝氧气、阻止可燃性气体的扩散，又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；
3、气体稀释作用：阻燃剂吸热分解释放出氮气、二氧化碳和氨等不燃性气体，使纤维材料裂解处的可燃性气体浓度被稀释到燃烧极限以下。
或使火焰中心处部分区域的氧气不足，阻止燃烧继续。
此外，这种不燃性气体还有散热降温作用。
它们的阻燃作用大小顺序是:N2>CO2>NH3；
4、凝聚相阻燃：通过阻燃剂的作用，在凝聚相反应区（150—200 ℃），改变纤维大分子链的热裂解反应历程，促使发生脱水、缩合、环化、交联等反应，直至炭化，以增加炭化残渣，减少可燃性气体的产生，使阻燃剂在凝聚相发挥阻燃作用。
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；
5、气相阻燃：添加少量抑制剂，在火焰区大量捕捉轻质自由基和氢自由基，降低自由基浓度，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材料的化学结构并不敏感；
6、微粒的表面效应：部分以纳米形态镶嵌、分散在纤维表面的阻燃剂，在可燃气体中形成惰性微粒，它不仅能吸收燃烧热，降低火焰温度，而且，会如同容器的壁面那样，在微
粒的表面上，将气相燃烧反应中大量的高能量氢自由基，转变成低能量的氢过氧基自由基，从而抑制气相燃烧。