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阻燃纤维:一丝一缕 织就安全屏障

   日期:2021-06-08     浏览:374    评论:0    
核心提示:纺织品作为高分子材料最重要的应用领域之一,其应用范围包括人们的日常生活以及工业、农业、航天航空、交通运输、军事、医疗卫生
 纺织品作为高分子材料最重要的应用领域之一,其应用范围包括人们的日常生活以及工业、农业、航天航空、交通运输、军事、医疗卫生等诸多领域。但是,随着应用领域的扩大,纤维制品也成为引发各类室内外火灾的主要隐患之一。由纺织品引燃或助燃给人们的生命和财产安全带来了巨大的损失,面对这一严重的社会问题,阻燃纺织品担当起了防火阻燃的重任。近年来,阻燃纤维的发展推动了纺织品阻燃技术的进步。阻燃纤维由于其独特的性能,在民用、军用及产业用等领域具有广阔的应用前景,它不仅可用于汽车、火车、飞机用阻燃纺品,而且还可以应用于航天航空阻燃复合料,宾馆、饭店等公共场所的装饰纺织品,医院、军队、森林救火服务队的防护服及家纺产品等。国内外关于阻燃纤维及其纺织品进行了大量的研究工作,欧盟、美国、日本等很多国家都已通过严格的法律、法规,要求在某些特定场所必须使用具有阻燃功能的纤维或织物。随着我国环保安全、阻燃法规和标准的颁布与实施,环保无毒型和永久高阻燃性纤维及其制品的研究、开发与应用将得到进一步推动。
 
为了更好地了解阻燃纤维的发展现状以及未来的发展趋势,本刊记者采访了北京服装学院材料科学与工程学院院长王锐。
 
 
 
北京服装学院材料科学与工程学院院长 王锐
 
改性阻燃纤维技术发展现状喜人
 
王锐,作为北京服装学院材料学科带头人、中国纺织学术带头人,是北京市有突出贡献科学、技术管理人才,享受国务院政府特殊津贴专家。投身纺织行业几十年来,王锐在教书育人的同时,在科研方面锐意进取不断创新,斩获了多项荣誉:国家科学技术进步二等奖、中国纺织工业协会科学技术进步一等奖、光华工程科技奖(青年奖)、香港桑麻纺织科技奖一等奖、改革开放三十年推动纺织产业技术升级重大技术进步奖等等。改性阻燃纤维是王锐主要的科研方向之一,截至目前她已申请相关研究成果发明专利15项,并有7项获得授权。
 
王锐介绍说,阻燃纤维主要包括本征阻燃纤维与改性阻燃纤维。本征阻燃纤维主要有无机纤维和有机高性能纤维,其中无机纤维包括玄武岩纤维、玻璃纤维、石英纤维、硼纤维、陶瓷纤维等;有机高性能纤维包括芳纶、聚酰亚胺纤维、聚苯硫醚纤维、芳砜纶和聚四氟乙烯纤维等。改性阻燃纤维主要是指通过物理或化学改性后而获得的具有良好阻燃性能的纤维,如阻燃涤纶、锦纶、维纶及纤维素纤维等,其主要制备方法包括共聚切片纺丝法、共混纺丝法、复合纺丝法及涂覆法等。针对阻燃聚酯纤维、阻燃聚酰胺纤维、阻燃再生纤维素纤维和阻燃维纶等目前主流的改性阻燃纤维,王锐简要介绍了其科研进展与产业化发展现状。
 
阻燃聚酯早在20世纪80年代就已经工业化,90年代中期,由塞拉尼斯开发的磷系阻燃单体,成功用于传统纺织品。杜邦、赫斯特、东洋纺等公司以有机、无机阻燃剂及复配阻燃体系,采用共聚、共混法相继实现阻燃聚酯纤维产业化。东丽纤维研究所(中国)有限公司以共聚共混相结合工艺制得了阳离子可染阻燃聚酯纤维。德国巴斯夫欧洲公司采用共聚合的方法获得的阻燃聚酯可用于生产纤维,杜拉纤维技术公司、意大利Ital Match Chemicals、荷兰帝斯曼及日本ADEKA公司均有阻燃聚酯纤维的相关专利报道。近年来我国阻燃聚酯纤维发展迅速,从科研角度看,四川大学、青岛大学、北京服装学院及东华大学等科研院所均有阻燃聚酯纤维的研究报道或授权专利;从产业角度看,四川东材科技集团股份有限公司纤维级阻燃聚酯切片,江苏盛虹集团、上海石化、仪征石化、上海德福伦化纤有限公司的阻燃聚酯长丝或短纤维均实现了规模化生产,并实现了出口创汇。其中,四川东材科技集团股份有限公司与浙江海利得新材料有限公司合作生产的阻燃聚酯工业丝断裂强度达到7.0cN/dtex以上。但是,目前阻燃聚酯纤维的抗熔滴、抑烟等性能仍有待进一步提高。
 
阻燃聚酰胺研究多集中于树脂领域,且以共混阻燃为主,巴斯夫、罗地亚、帝斯曼等公司均有代表性阻燃塑料产品。但阻燃聚酰胺纤维因制备技术难度高,仅有瑞士EMS公司宣布研发出共聚阻燃聚酰胺纤维,却未有市售产品。东华大学与新会美达锦纶公司合作开发出阻燃聚酰胺6纤维,然而长效耐水洗性受限。国内中国神马集团有限责任公司的B890UN牌号,以及其他公司有少数阻燃聚酰胺产品,该类产品通过机械共混的方式加入磷系或其他无卤阻燃剂,其阻燃性能均能达到UL94 V—0等级,上海安凸塑料添加剂公司也有皮芯型阻燃聚酰胺6纤维的报道。我国共聚型阻燃聚酰胺纤维研究主要集中在高校和研究所,尚未实现产业化。
 
国外阻燃纤维素纤维及其制品的研究领先于国内,且早已实现再生纤维素纤维的产业化。奥地利Lenzing公司、芬兰Kemira公司、日本旭化成等公司采用共混法实现了阻燃再生纤维素纤维的产业化,其纤维在防护服、针织物及家用纺织品得到了广泛的应用。国内有关研究院所和企业也相继开展了阻燃再生纤维素纤维研究,青岛大学、天津工业大学及恒天海龙股份有限公司采用自主研发的硅系、磷系及磷氮系阻燃剂,制备了性能良好的阻燃粘胶纤维;河北唐山三友集团化纤有限公司、吉林化纤股份有限公司采用磷系阻燃剂,开发出磷系阻燃粘胶纤维;北京赛欧兰阻燃纤维有限公司,研发出新一代环保型硅—氮系阻燃粘胶纤维。但目前阻燃粘胶纤维的强度、阻燃耐久性等仍有待进一步提高。
 
阻燃维纶目前只有中国、日本和朝鲜有工业化生产,但是日本和朝鲜均无阻燃维纶产品。我国的阻燃维纶主要是由四川大学(以下简称“川大”)在20世纪80年代与中国石化集团四川维尼纶厂(以下简称“川维”)合作研发的。21世纪初原解放军总后勤部军需装备研究所(以下简称“原军需所”)开始组织川大和川维研制高强维纶,在此基础上,原军需所继续组织四川大学和上海全宇生物科技遂平有限公司自主研发了集酸源、碳源和气源为一体的高效无卤低烟无毒的阻燃剂,并开发出阻燃维纶制备成套工艺技术,成功制得极限氧指数达29,纤维强度≥7.5cN/dtex,且可染色的高强阻燃维纶。阻燃维纶与其他阻燃纤维混纺面料,已应用于武警雪豹突击队、猎鹰突击队、武警航空作战大队、武警救援部队、火箭军作战服、解放军维和部队;并研发了公安阻燃战训服即将装备,并为厂矿、外军提供了含高强阻燃维纶的阻燃面料。这种阻燃维纶面料不仅性能优于美国杜邦公司的NomexIIIA面料,还可以印制迷彩图案,且价格仅为杜邦对标产品的2/3~1/2。
 
阻燃纤维未来发展5大趋势
 
王锐认为,随着人类安全意识的不断增加和阻燃法规的不断健全,阻燃纺织品的开发力度将会得到不断增大,特别是环保耐久、复合功能、安全舒适的阻燃纤维及其纺织品将会成为市场的新热点。阻燃纤维的研究可能呈现出如下的发展趋势。
 
第一,长效环保高品质阻燃纤维是未来的发展趋势。目前阻燃纤维的阻燃效能、耐久性、发烟量、抗熔滴、环保等方面无法满足高端阻燃防护要求。因此,未来开发环保长效阻燃、抗熔滴、抑烟一体化的熔纺纤维;高强环保长效阻燃的湿法纺纤维。阻燃聚合物可加工性、阻燃性、抗熔滴性、抑烟性及力学性能的平衡是未来阻燃纤维研发方向。
 
第二,在阻燃功能的基础上,复合其他功能是阻燃纤维发展的主要方向之一。目前多数阻燃纤维仅具有阻燃功能,不能满足其他一些特殊要求,如阻燃阻燃拒水拒油,阻燃吸湿,阻燃抗静电,阻燃抑菌等。随着纤维功能化技术和阻燃剂功能复合化的发展,现在各国学者都正关注在阻燃纤维制备的不同阶段赋诸于所需功能,并开发具有双功能和多功能的阻燃剂,希望通过加入一种复合阻燃剂就可以起到阻燃抗菌、阻燃抗静电、防紫外、吸湿等性能。
 
第三,绿色环保型阻燃纤维将是持久的发展方向。绿色环保是永恒的主题,也是可持续发展的保障,开发阻燃纤维的前提必须保证绿色环保。首先要开发环保型阻燃剂,并在阻燃聚合物、纤维及其制品生产过程中不破坏生态环境,使用过程中保证无毒无害,可环保回收等。从环保和安全的角度出发,开发高效、无毒、低烟、抑熔滴的阻燃纤维是未来的发展趋势。
 
第四,舒适型阻燃纤维及其织物是未来主要发展方向。在某些特殊作业环境中,如高温、湿热、高辐射等条件下,对阻燃服装具有特殊功能需求。开发具有安全防护性,兼具热湿舒适性阻燃纺织品,对满足特殊作业环境的需求具有重要意义。
 
第五,高性能阻燃纤维是未来重要发展趋势之一。高性能阻燃纤维通常指本征性阻燃纤维,无须添加阻燃剂改性,本身就具耐高温阻燃的性能,且具有较高的附加值和良好的经济效益,是未来阻燃纤维的发展方向。这类纤维在航空航天、交通运输及信息、能源等领域具有广阔的应用前景,是未来重要发展方向之一。
 
阻燃纤维的市场需求量将日益增加
 
对于阻燃纤维的发展前景,王锐肯定地表示,随着我国环保安全、阻燃法规和标准的颁布与实施,市场对阻燃纤维的需求量将日益增加。她说,既要加大力度开发新型阻燃纤维,又要改进技术与装备,提高现有阻燃纤维的综合品质,才能更好地满足民用、军用和产业用对高端阻燃纺织品的要求。
 
王锐介绍说,近年来,北京服装学院在改性阻燃聚酯纤维及其织物等方面进行了大量的研发工作,取得了突出的科研成就、较好的经济效益和社会效益。王锐团队开发的阻燃聚酯具有良好的可纺性,纺丝满卷率达95%以上,所得纤维的断裂强度≥3.5cN/dtex;阻燃织物的极限氧指数可达36以上,抑烟、防熔滴性能明显提高,在高温喷灯下无燃烧现象;织物上染率及染色的均匀性极佳,染色色牢度可达4级,可以满足多个领域对阻燃聚酯纤维的应用。此外,针对阻燃聚乳酸纤维及阻燃聚酰胺纤维的阻燃机理和制备技术,王锐团队近年来开展了创新性的研究工作,取得了重要进展。
 
王锐坦言,我国改性阻燃纤维在发展过程中还存在一系列问题尚需攻克:纤维专用新型环保阻燃剂缺乏;熔纺阻燃纤维的抗熔滴、抑烟性能需进一步提高;阻燃再生纤维素纤维的力学性能和阻燃耐久性有待提高;阻燃聚酰胺纤维的规模化产业化关键技术亟待突破。为此,王锐呼吁,相关部门应加快制定推出分类阻燃纺织品应用的法令法规,行业应完善相关类别阻燃纤维及纺织品的标准,同时进一步加大阻燃纤维及阻燃纺织品在国内的推广应用力度。她相信,在业界的共同参与和推动下,阻燃纤维及其纺织品将会更好地胜任防火卫士这一角色。
 
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