硅氮系阻燃纤维的阻燃机理

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。