阻燃纖維特性

1.線形芳香族耐高溫阻燃纖維

（1）聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺纖維（PPTA）

PPTA在我國(guó)稱為芳綸1414或?qū)ξ环季]，國(guó)外如杜邦的KEVLAR，日本帝人的TWARON等，是一種高強(qiáng)、高模的高性能特種合成纖維，同時(shí)也是一種優(yōu)秀的耐高溫阻燃纖維，其極限氧指數(shù)（LOI）可達(dá)30左右，玻璃化溫度為345℃左右，高溫不熔融，分解溫度高達(dá)560℃。Kevlar可單獨(dú)使用，更多的應(yīng)用于復(fù)合材料領(lǐng)域。雖然Kevlar性能極其優(yōu)越，但是產(chǎn)量少，價(jià)格昂貴，主要應(yīng)用于宇航和國(guó)防工業(yè)，少量作為防彈衣之類的防護(hù)用。國(guó)內(nèi)尚未實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。

（2）聚間苯二甲酰間苯二胺纖維（MPTA），我國(guó)成為芳綸1313或間位芳綸，最早是杜邦公司生產(chǎn)的一種間位芳族聚酰胺纖維，其商品名為Nomex。MPTA是以間苯二胺（MPD）和間苯二甲酸氯（ICI）為單體，以界面縮聚法或低溫溶液縮聚后經(jīng)干法紡絲而制得。Nomex的玻璃化溫度為270℃左右，熱分解溫度高達(dá)430℃，在200℃條件下工作時(shí)間長(zhǎng)達(dá)20000h，強(qiáng)度保持原來(lái)的90%，260℃熱空氣中連續(xù)工作1000h，強(qiáng)度保持原來(lái)的70%左右，MPIA纖維不熔融，LOI為32左右。Nomex能耐大多數(shù)的酸，但是長(zhǎng)期受強(qiáng)酸或強(qiáng)堿的作用，強(qiáng)度會(huì)有所下降。而且，Nomex在高溫水蒸汽下能緩慢脆化，且分散時(shí)放出少量可燃性一氧化碳?xì)怏w。芳綸1313國(guó)內(nèi)這幾年發(fā)展很快，已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，以煙臺(tái)氨綸股份有限公司生產(chǎn)的“NEWSTAR”牌為最優(yōu)，其年產(chǎn)量已超過(guò)4000噸。

（3）含雜原子的芳香族纖維

在芳香族纖維分子鏈中引入一種或數(shù)種特定的雜原子，可以進(jìn)一步提高纖維的耐試劑性能或提高耐熱阻燃性。聚苯硫醚纖維（PPS）就屬于該種類型。 聚苯硫醚纖維是菲利浦石油公司于1973年開(kāi)發(fā)生產(chǎn)出來(lái)的，PPS樹(shù)脂在空氣中加熱至接近熔點(diǎn)，聚合物將發(fā)生鏈的伸展和交聯(lián)作用，相對(duì)分子質(zhì)量得到進(jìn)一步的提高。PPS樹(shù)脂用熔融紡絲方法可制成短纖維產(chǎn)品。LOI可達(dá)35左右，能耐絕大多數(shù)化學(xué)試劑，在強(qiáng)酸、強(qiáng)堿和有機(jī)溶劑中的強(qiáng)度穩(wěn)定性，僅次于聚四氮乙烯纖維。具有罕見(jiàn)的熱穩(wěn)定性，在200℃下，54天后，其斷裂強(qiáng)度基本上沒(méi)有損失，在260℃下，48h后，纖維強(qiáng)度保持原來(lái)的60%。

（4）芳香族雜環(huán)類纖維在芳香類纖維分子結(jié)構(gòu)上引入雜環(huán)基團(tuán)，限制分子構(gòu)象的伸張自由度，增加主鏈上的共價(jià)鍵結(jié)合能，就有可能大幅度提高纖維的模量、強(qiáng)度和耐熱性。

①PBI PBI纖維具有高度的絕緣性及良好的耐熱性，分散溫度為660℃，具有較好的熱穩(wěn)定性和較低的熱收縮性。PBI高溫?zé)o煙低毒，LOI高達(dá)48。但PBI耐光性差，在太陽(yáng)光作用下，強(qiáng)度和相對(duì)分子質(zhì)量下降顯著，且對(duì)化學(xué)試劑穩(wěn)定性差，此外，用于合成樹(shù)脂的胺類單體具有致癌性，限制了PBI的推廣。

②PBO PBO不同于PBI，不僅是一種耐高溫阻燃纖維，還是一種高強(qiáng)、高模的高性能纖維，機(jī)械力學(xué)性能甚至比Kevlar更好。PBO是采用2，4-二氨基間苯二酚鹽酸鹽和對(duì)苯二甲酸為單體，經(jīng)由液晶紡絲而得。PBO的LOI為68，熱分散溫度為650℃。

2.石墨化碳纖維

碳纖維指纖維化學(xué)組成中碳元素占總質(zhì)量90%以上的纖維。按原料分碳纖維可分為：聚丙烯腈基碳纖維、瀝青基碳纖維和纖維素基碳纖維。以特殊的PAN纖維為原絲，在200-300℃的空氣氧化爐中預(yù)氧化，形成一種共軛體系的梯形結(jié)構(gòu)的預(yù)氧化絲，隨后，于惰性氣體中在1200-1600℃下碳化數(shù)分鐘至數(shù)10分鐘，可得碳纖維，碳纖維于惰性氣體中2000-3000℃下石墨化數(shù)秒至數(shù)10秒，即得石墨化碳纖維。在2000℃的高溫下，纖維形成了一種石墨狀六方晶體結(jié)構(gòu)，而且晶體結(jié)構(gòu)越完善，纖維性能越好。

3.熱固性三維交聯(lián)纖維

該纖維的特點(diǎn)是，纖維單體中至少有一種單體具有3個(gè)或3個(gè)以上的官能團(tuán)，以使纖維分子鏈最終能形成三維立體交聯(lián)結(jié)構(gòu)，并且交聯(lián)結(jié)構(gòu)對(duì)纖維的耐高溫阻燃性能有著直接的影響。酚醛纖維和三聚氰胺縮甲醛纖維都是熱固性三維交聯(lián)纖維。

（1）酚醛樹(shù)脂纖維（Kynol）

酚醛樹(shù)脂纖維是第一具有三維交聯(lián)結(jié)構(gòu)的纖維，打破了熱固性樹(shù)脂不能成纖的傳統(tǒng)概念，是以相對(duì)分子質(zhì)量為300-2000的熱塑性純線型聚酚醛（Novolac型）為原料，經(jīng)熔融紡絲后在酸和甲醛存在下進(jìn)行交聯(lián)而制得。由于酚醛樹(shù)脂纖維高度交聯(lián)，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，LOI可達(dá)34左右，酚醛樹(shù)脂纖維高溫下不溶融，也不燃燒，即使碳化成玻璃狀結(jié)構(gòu)也不收縮，碳化過(guò)程無(wú)可烯性氣體和有毒氣體產(chǎn)生。酚醛樹(shù)脂纖維在實(shí)際應(yīng)用上，卻存在較多缺陷，如纖維發(fā)脆且耐磨強(qiáng)度低，強(qiáng)度僅為0.882-1.323cN/dtex，纖維染色性差，在陽(yáng)光下易變色。

（2）三聚氰胺縮甲醛纖維（MF）

三聚氰胺甲醛纖維俗稱密胺纖維，是以三聚氰胺和甲醛在特定的溶劑中縮聚成一定相對(duì)分子質(zhì)量的預(yù)聚體，經(jīng)由離心紡絲高溫固化成纖。LOI高達(dá)37以上，遇火時(shí)，不收縮，不溶滴，至400℃仍能基本保持原有形狀，在更高溫度下碳化，基本無(wú)毒氣產(chǎn)生，發(fā)煙量也很小，纖維白度高，色澤穩(wěn)定，染色性良好，耐酸堿和絕大多數(shù)化學(xué)試劑。

4.聚四氟乙烯纖維（PTFE）

聚四氟乙烯纖維是耐高溫阻燃纖維中發(fā)展最早的品種。任何溶劑都不能溶解它，而其熔點(diǎn)又與分解點(diǎn)相近，因此不能用傳統(tǒng)的溶液或溶融紡絲方法成纖，可由乳液聚合而得的樹(shù)脂經(jīng)載體紡絲、膜裂紡絲或糊狀擠壓而制得。PTFE長(zhǎng)期使用溫度為-120-250℃，強(qiáng)力失效溫度為310℃，加熱至390℃以上時(shí)，開(kāi)始發(fā)生解聚，LOI高達(dá)95。是高氧環(huán)境中最難燃的有機(jī)纖維。

5.Visil

Visil纖維是一種新興耐高溫阻燃粘膠纖維，是以纖維素和硅酸鹽組成的共混纖維，短期耐熱溫度為1300℃，長(zhǎng)期使用溫度為320℃，LOI為31左右。

6.其他類型的耐高溫阻燃纖維近年來(lái)，世界上開(kāi)發(fā)出幾種新型耐高溫阻燃樹(shù)脂原料和纖維品種，這些新品種除了具有優(yōu)良的耐高溫阻燃性能外，在力學(xué)性能方面更加接近或達(dá)到高性能纖維的水平（如PK和PEEK），而且和傳統(tǒng)的高性能纖維相比生產(chǎn)工藝流程更簡(jiǎn)單，成品纖維的成本更低2100433B