難燃纖維機理

纖維的阻燃由燃燒過程可以看出，就是設(shè)法阻礙纖維的熱分解，抑制可燃性氣體生成和稀釋可燃性氣體，改變熱分解反應(yīng)機理(化學機理)，阻斷熱反饋回路，以及隔離空氣和熱環(huán)境，來達到消除或減輕燃燒三要素(可燃物質(zhì)、溫度、氧氣)的影響，而達到阻燃目的的。通常纖維阻燃的機理主要有以下幾種，阻燃效果較理想的是這些作用機理的復合。阻燃作用的機理有物理的，也有化學的，根據(jù)現(xiàn)有的研究結(jié)果，可歸納為以下幾種:

(1)吸熱作用。具有高熱容量的阻燃劑，在高溫下發(fā)生相變、脫水或脫鹵化氫等吸熱反應(yīng)，降低纖維材料表面和火焰區(qū)的溫度，減慢熱裂解反應(yīng)的速度，抑制可燃性氣體的生成。

(2)覆蓋保護作用。阻燃劑受熱后，在纖維材料表面熔融形成玻璃狀覆蓋層，成為凝聚相和火焰之間的一個屏障。既隔絕氧氣、阻止可燃性氣體的擴散，又可阻擋熱傳導和熱輻射，減少反饋給纖維材料的熱量，從而抑制熱裂解和燃燒反應(yīng)。

(3)氣體稀釋作用。阻燃劑吸熱分解釋放出氮氣、二氧化碳、二氧化硫和氨等不燃性氣體，使纖維材料裂解處的可燃性氣體濃度被稀釋到燃燒極限以下。或使火焰中心處部分區(qū)域的氧氣不足，阻止燃燒繼續(xù)。此外，這種不燃性氣體還有散熱降溫作用。它們的阻燃作用大小順序是:N2>CO2>SO2>NH3。

(4)凝聚相阻燃。通過阻燃劑的作用，在凝聚相反應(yīng)區(qū)改變纖維大分子鏈的熱裂解反應(yīng)歷程，促使發(fā)生脫水、縮合、環(huán)化、交聯(lián)等反應(yīng)，直至炭化，以增加炭化殘渣，減少可燃性氣體的產(chǎn)生，使阻燃劑在凝聚相發(fā)揮阻燃作用。凝聚相阻燃作用的效果，與阻燃劑同纖維在化學結(jié)構(gòu)上的匹配與否有密切關(guān)系。

(5)氣相阻燃。添加少量抑制劑，在火焰區(qū)大量捕捉輕質(zhì)自由基和氫自由基，降低自由基濃度，從而抑制或中斷燃燒的連鎖反應(yīng)，在氣相發(fā)揮阻燃作用。氣相阻燃作用對纖維材料的化學結(jié)構(gòu)并不敏感。

(6)微粒的表面效應(yīng)。若在可燃氣體中混有一定量的惰性微粒，它不僅能吸收燃燒熱，降低火焰溫度，而且，會如同容器的壁面那樣，在微粒的表面上，將氣相燃燒反應(yīng)中大量的高能量氫自由基，轉(zhuǎn)變成低能量的氫過氧基自由基，從而抑制氣相燃燒。

(7)熔滴效應(yīng)：某些熱塑性合成纖維，如聚酰胺、聚酯，在加熱時發(fā)生收縮熔滴，與空氣的接觸面積減少，甚至發(fā)生熔滴下落而離開火源，使燃燒受到一定的阻礙。

阻燃纖維是在國家“863”計劃研究成果基礎(chǔ)上開發(fā)的一種具有阻燃抗熔滴性能的高技術(shù)纖維新材料。該產(chǎn)品采用新一代纖維阻燃技術(shù)——溶膠凝膠技術(shù)，使無機高分子阻燃劑在粘膠纖維有機大分子中以納米狀態(tài)或以互穿網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)存在，既保證了纖維優(yōu)良的物理性能，又實現(xiàn)了低煙、無毒、無異味、不熔融滴落等特性。該纖維及紡織品同時具有阻燃、隔熱和抗熔滴的效果，其應(yīng)用性能、安全性能和附加值大大提高，可廣泛應(yīng)用于民用、工業(yè)以及軍事等領(lǐng)域。

賦予纖維阻燃性能的方法主要有提高成纖高聚物的熱穩(wěn)定性和纖維改性兩種方式。

1、提高成纖高聚物的熱穩(wěn)定性

纖維的裂解是纖維燃燒的最重要的環(huán)節(jié)，因為裂解將產(chǎn)生大量的裂解產(chǎn)物，其中可燃性氣體或揮發(fā)性液體將作為有焰燃燒的燃料，燃燒后產(chǎn)生大量的熱，又作用于纖維使其繼續(xù)裂解，使裂解反應(yīng)循環(huán)下去。提高成纖高聚物的熱穩(wěn)定性即提高熱裂解溫度，抑制可燃性氣體的產(chǎn)生，增加炭化程度，從而使纖維不易燃燒?？捎幸韵聨追N途徑：

（1）在大分子鏈上引入芳環(huán)或芳雜環(huán)，增加分子鏈的剛性，提高大分子鏈的密集度和內(nèi)聚力來增加纖維的熱穩(wěn)定性。

（2）通過纖維中線型大分子鏈間交聯(lián)反應(yīng)變成三維交聯(lián)結(jié)構(gòu)，從而阻止碳鏈斷裂，成為不收縮不熔融的纖維。

（3）通過大分子中的氧、氮原子與金屬離子螯合交聯(lián)形成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，提高熱穩(wěn)定性，促進纖維大分子受熱后炭化，從而具有優(yōu)異的阻燃性。

（4）將纖維在高溫（200-300℃）空氣氧化爐中處理一定時間，使纖維大分子發(fā)生氧化、環(huán)化、脫氧和炭化等反應(yīng)，變成一種多共軛體系的梯形結(jié)構(gòu)，從而具有耐高溫性能。

2、纖維改性

纖維改性有共聚法、共混法和纖維后處理法等。

（1）共聚法：在成纖聚合物的合成過程中，把含有磷、硫、鹵素等阻燃元素的化合物作為共聚單體引入到大分子鏈中，經(jīng)紡絲制成阻燃纖維。

（2）共混法：將阻燃劑加入紡絲熔體或漿液中進行紡絲，即成為阻燃纖維。 （3）纖維后處理：在高聚物成纖后，用高能射線或引發(fā)劑使纖維與乙烯基形成的阻燃單體接枝共聚，或是用含有添加型阻燃劑的溶液處理濕法紡絲過程中的初生纖維，使阻燃劑滲入到纖維內(nèi)部，從而使纖維獲得持久的阻燃性能。 2100433B

正在生長的植物、粗大的倒木、腐朽木、腐殖質(zhì)、泥炭等不易引燃、燃燒緩慢的可燃物。