阻燃面料网,提供专业阻燃面料资讯和知识!

阻燃纺织品综述

 阻燃纺织品综述

当今社会,随着科技的发展和纺织工业的进步,纺织品种类日益增多,其应用范围已然扩展到人们生产、生活的各个方面。然而,当前使用的纺织材料大部分为易燃或可燃性材料,很容易造成火灾事故。据统计,每年发生的火灾事故,20%以上是由纺织品燃烧引起或扩大的,由此而造成的人员伤亡和经济损失不计其数。因此,对纺织品进行阻燃功能上的改进,对于消除火灾隐患,阻碍火势蔓延,降低生命财产损失有着重要的意义。近年来,阻燃技术领域的研究逐渐引起人们的关注与重视,阻燃纺织品的相关标准和应用法规等亦日趋完善。
1.纺织品阻燃机理
阻燃并不是指经阻燃处理后的织物在接触火源时不能燃烧,而是降低织物在火焰中的可燃性,减缓蔓延速度,不形成大面积燃烧,而在离开火源后,织物能够很快自熄,不再续燃或阴燃。阻燃剂主要通过吸热作用、覆盖作用、抑制链反应、气体稀释作用等机理来产生阻燃的效果。
1.1阻燃机理
1.1.1吸热作用
在燃烧的过程中,短时间内产生的热量是较为有限的,如果能够在短时间内将火源产生的部分热量吸收,就能够降低火焰温度,从而令辐射到燃烧表面和作用于自由基的热量减少,进而一定程度上抑制燃烧的过程。因此,在高温环境下,通过阻燃剂大量吸收燃烧所放出的热量,令可燃物表面的温度得到控制,即可有效地抑制燃烧反应,阻止火焰的扩大与蔓延。
1.1.2覆盖作用
在高温环境下,织物中的阻燃剂能够在聚合物表面形成一层玻璃状或稳定泡沫覆盖层,以隔绝热量和空气的流动,起到阻止热传递、减少可燃性气体释放和隔绝氧气的效果,达到阻燃目的。目前,阻燃剂形成隔离层的方式有两种,一是阻燃剂的降解产物促进纤维表面脱水炭化,产生具有稳定结构的交联状固体物质或炭化层,阻止聚合物进一步热裂解,并防止其内部的热分解产物进入气相之中参与燃烧过程。磷系阻燃剂对含氧聚合物的阻燃即为此机理。二是阻燃剂在高温下分解成不挥发的玻璃状物质包覆在聚合物表面,起到隔离层的作用。硼系和卤化磷类阻燃剂多采用此机理。
1.1.3自由基控制作用
根据燃烧的链反应理论,维持燃烧的是自由基。阻燃剂在气相燃烧区捕捉燃烧反应中的自由基,阻止火焰传播,并使燃烧区域中火焰密度下降,最终使燃烧反应速度下降直至终止。含卤阻燃剂的挥发温度和聚合物分解温度相同或接近,则当聚合物受热发生分解时,阻燃剂也同时挥发,且与热分解产物同处于气相燃烧区,如此,卤素便能够捕捉燃烧反应中的自由基,抑制火焰传播,直至燃烧过程终止。
1.1.4气体稀释作用
阻燃剂吸热分解释放出氮气、二氧化碳等不燃性气体,使纤维燃烧所分解出的可燃性气体浓度被稀释到能够发生燃烧的极限以下,并同时降低了火焰中心处部分区域氧气的浓度,且可通过气体流动带走一部分热量,从而对燃烧过程起到抑制作用。
1.1.5催化脱水作用
在高温环境下,织物中添加的阻燃剂生成具有脱水能力的羧酸、酸酐等物质,与纤维基体反应促进脱水炭化,减少可燃性气体的生成,从而抑制燃烧过程的持续。
1.2阻燃剂
阻燃剂是一种能够赋予易燃聚合物难燃性的功能性助剂,通常是针对高分子材料的阻燃而设计的,是重要的精细化工产品和合成材料的主要助剂之一。近年来,随着对火灾隐患的重视以及相关防火安全标准的日益严格,全球阻燃剂用量不断上升,近年来阻燃剂需求量年均增长率可达4%~5%。
能起到阻燃作用的元素在周期表的第三、第五、第六和第七主族,此外镁、钡、锌、锡、钛、铁、锆和钼的一些化合物在阻燃领域也有应用。根据阻燃剂化合物类型分类,可分为无机阻燃剂和有机阻燃剂。
1.3.1无机阻燃剂
目前常用的无机阻燃剂包括三氧化二锑、氢氧化镁、氢氧化铝以及硅系化合物等阻燃体系,其主要机理是吸热作用,具有稳定性高、不易挥发、毒副作用小和成本低廉等优点。然而由于无机阻燃剂大多具有较强的极性与亲水性,导致其耐洗性较差,且与非极性织物之间兼容性不佳。今后的无机阻燃剂将向超精细颗粒方向发展。
1.3.2有机阻燃剂
1.3.2.1卤系阻燃剂
卤系阻燃剂包括单一卤系阻燃剂和卤/锑协同阻燃系统,目前投入使用的以协同系统为主。卤系(多为溴系和氯系)阻燃剂主要在气相发挥作用,高温下产生比空气重的卤化氢沉积在燃烧物的外层,稀释并隔绝空气,抑制燃烧的持续;此外,卤化氢能够捕捉氢氧自由基,使火焰密度减小。然而,卤系阻燃剂在燃烧时会产生大量有毒烟雾和腐蚀性气体,可能导致对金属器件的腐蚀,对人体呼吸道等生理器官的危害则更为严重。目前,五溴苯醚(PBDPE)和八溴二苯醚(OBDPE)等在国际上已被禁止使用。今后的卤系阻燃剂的研究方向,应以降低毒害效应为主。
1.3.2.2有机磷阻燃剂
较之于无机阻燃剂,磷系阻燃剂对织物的机械物理性能影响较小。目前大多数磷系阻燃剂主要是在凝聚相发挥阻燃作用,包括卤磷系和非卤磷系。其中,卤-磷阻燃剂分子中兼有溴和磷或溴、磷、氮原子,较之于非卤磷系,添加一定量的溴可改善常规磷酸酯类阻燃剂挥发性强、抗迁移性和抗热老化性差等缺点,在阻燃性能方面起协同增效作用,其主要产品有二溴辛戊二醇(DBNPG)、二溴辛戊二醇磷酸酯以及二溴辛戊二醇磷酸酯氰胺盐等。此外,卤磷系由于同时含有卤素和磷,可在气相和凝聚相同时发挥作用,阻燃效果更佳,具有挥发性低、无色、无臭、耐水解等优点,但耐热性尚待改进。
2.纺织品阻燃整理技术
2.1传统阻燃方法
2.1.1阻燃纤维
阻燃纤维的制造方法有共聚法、共混法和接枝改性。共聚法是在成纤高聚物的合成过程中,将含磷、卤素、硫等阻燃元素的阻燃剂化合物作为共聚单体接到大分子链上,再引入纤维中。共混法是将阻燃剂加入纺丝熔体或纺制阻燃纤维的方法。接枝改性是通过放射热、高能电子束或化学引发剂,使纤维(或织物)与乙烯基型阻燃单体发生接枝共聚反应,是获得有效而持久阻燃改性的方法。
2.1.2阻燃整理
阻燃整理是指纺织品后整理过程中对织物进行的一系列赋予阻燃性能的处理,即通过吸附沉积、化学键合、非极性范德华力结合及粘合等作用,令阻燃剂附着在织物上,从而获得阻燃效果。阻燃整理多为织物表面处理,其加工形式主要有以下几类:
(1)浸轧烘焙法:工艺流程为浸轧、预烘、焙烘、后处理。浸轧液为阻燃剂溶液,由阻燃剂、交联剂、催化剂、渗透剂等成分配制成水溶液或乳液进行整理。
(2)浸渍烘燥法:工艺流程为浸渍、干燥、后处理。将织物放在阻燃液中浸渍一定时间,取出烘干即可。在一些情况下,阻燃整理可与染色过程同浴进行。
(3)涂层法:将阻燃剂混入树脂内进行加工。根据所使用的加工机械设备的不同,可分为刮刀涂层法、浇铸涂布法和压延涂层法。
(4)喷雾法:对于无法用普通设备加工的厚幕布、大型地毯等织物,可在最后一道工序进行手工喷雾法的阻燃整理。对于表面有花纹、簇绒、绒头起毛的织物,用浸轧法会使表面绒毛花纹受到损伤,一般采用连续喷雾法。
(5)有机溶剂法:用有机物溶解阻燃剂后进行阻燃整理,能使整理时间缩短,但会影响织物的模量、手感和色光等物理性能,且阻燃耐久性不如原丝改性。在操作过程中,须防范有机溶剂的毒性。
2.2新型阻燃方法
2.2.1纳米阻燃
纳米粒子有着极小的尺寸和极大的比表面积,所表现出的表面效应、体积效应、量子尺寸效应及宏观量子隧道效应,为设计和制备高性能新材料提供了新的思路和途径。某些纳米材料具有阻燃效果,将其加入到易燃材料中,利用纳米材料特殊的尺寸和结构效应,可改变易燃材料的燃烧性能,从而提高其阻燃性。以聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料为例,在聚合物基体中以纳米尺寸分散的层状硅酸盐片层能够明显限制聚合物分子链的活动性,导致其热解温度比完全自由的分子链更高。此外,分布于聚合物基体中的层状硅酸盐片层具有良好的气液阻隔性能,当聚合物/层状硅酸盐(PLS)纳米复合材料燃烧时,位于燃烧表面的层状硅酸盐片层可以阻隔热解产生的可燃性小分子向燃烧界面移动,同时延缓外界氧气向燃烧界面内部迁移的速度,从而抑制燃烧过程。
2.2.2微胶囊阻燃
将阻燃剂研碎分散成微粒后,用有机物或无机物进行包裹,可制备成微胶囊阻燃剂。或者以比表面积很大的无机物作载体,将阻燃剂吸附在无机载体的空隙中,可制成蜂窝式微胶囊阻燃剂。其制备方法有分散包裹法、凝聚法及载体包裹法。阻燃剂微胶囊化能够改善阻燃剂的稳定性,提高阻燃剂与树脂的相容性,减小材料物理机械性能的变化幅度,以及改良阻燃剂的多种性能,扩大其应用范围。
2.2.3超细化
如上文所述,无机阻燃剂与合成材料的相容性较差,大量添加会导致织物的力学性能和耐热性能下降。因此,对无机阻燃剂进行改性,增强其与纺织品的相容性成为无机阻燃剂的发展趋势之一。等质量阻燃剂,其粒径越小则比表面积越大,相应也有着更优秀的阻燃效果。从亲和性方面考虑,阻燃剂的超细化增强了界面间的相互作用,可更均匀地分散在基体树脂中,有效改善共混料的力学性能。
2.2.4表面改性
无机阻燃剂具有较强的极性与亲水性,而与非极性聚合物纤维的相容性较差,界面难以形成良好的结合和粘接。为改善其与聚合物间的粘接力和界面亲和性,可采用偶联剂对其进行表面处理。目前已有研究将氢氧化铝应用于聚丙烯中,经改性后的聚丙烯纤维熔融现象明显改善,具有较好的阻燃效果,织物的力学性能也有所提高。
2.2.5消烟
织物燃烧过程中,除高温带来的危害外,所产生的窒息性烟雾不仅造成严重的大气污染和生命健康隐患,也给扑火带来极大困难。因此,优秀的阻燃剂必须兼顾阻燃与抑烟效果。卤系阻燃剂和锑类化合物在高温下会产生大量的烟尘。鉴于此,阻燃剂的非卤化是目前的趋势。此外,在含卤高聚物中添加消烟剂,也是避免发烟的一种方法。
2.2.6交联
交联高聚物的阻燃性能通常优于线型高聚物。目前应用的方法之一是通过辐射使阻燃体系发生交联,例如对HDPE/EPDM阻燃体系进行γ辐射处理,可减少燃烧时可燃性熔体的滴落,改变共混高聚物的表面结构及界面结构,改善其物理性能。
2.2.7大分子技术
大分子技术是阻燃研究中的新技术之一。溴系阻燃剂的主要缺点是会降低被阻燃基材的抗紫外线稳定性,且燃烧时产生较多的烟、腐蚀性气体以及有毒气体,故而应用受到限制。一些公司和研究部门正通过大分子技术来改变这种状况。目前的一些研究中,经大分子技术改性后的阻燃剂在迁移性、相容性、热稳定性、阻燃性等方面均优于许多常用的小分子阻燃剂,有可能成为更新换代产品。今后此领域的发展方向应为提高溴含量和增大分子质量。
3.织物的阻燃性能测试
阻燃处理后的纺织品可通过点火性和燃烧性能来测试其阻燃性。点火性即着火点对应温度的高低,表征纺织品起火的难易程度。燃烧性能即在特定条件下沿着样品燃烧的速率,表征纺织品燃烧的幅度和程度。
3.1燃烧实验法
燃烧实验法主要测定试样的燃烧广度(炭化面积和损毁长度)、续燃时间以及阴燃时间。将标准试样在规定的实验条件下点燃12秒,移去火源后测定试样的续燃和阴燃时间。待阴燃停止后,按规定方法测量损毁长度。根据试样与火焰的相对位置,可分为垂直法、倾斜法和水平法。垂直法是目前最常用的测定方法,垂直燃烧试验又分为损毁长度法、火焰蔓延性能测定法、试样易点燃性测定法和表面燃烧性能测定法。
3.2极限氧指数法
极限氧指数法是指在规定的实验条件下,测试材料在氧、氮混合气体中刚好能保持燃烧状态所需的最低氧浓度。刚好能支撑试样燃烧时氧气的体积分数浓度称为极限氧指数(LOI),氧指数越高则说明维持燃烧所需要的氧气浓度越高,即表示越难燃烧。按照氧指数的大小,可将纺织品分为易燃(LOI<20%)、可燃(LOI=20%~26%)、难燃(LOI=26%~34%)和不燃(LOI>35%)4个等级。通常而言,几乎所有未经阻燃处理的常规纺织材料都属易燃或可燃的范围。
3.3发烟性实验法
在火灾之中,燃烧产生的烟雾和有毒气体的危害性比燃烧时产生的火焰和热量更为严重,通常是致人死亡的主要原因。目前对于发烟性多采用光透过法进行测试,通过烟密度测出透过率和时间曲线,从而计算出光密度、最大烟密度、平均发烟速度以及透光率等参数,以此较全面地评价阻燃纺织材料的发烟性。
3.4阻燃整理热分析
阻燃测试常用热重分析法(TG)和差示扫描量热法(DSC)。利用热重分析法可测定纤维的热失重变化,进而比较织物的阻燃效果;差示扫描量热法可用于分析纤维的分解温度变化,进而分析阻燃前后裂解方式的变化。此外还可利用色谱-质谱法来研究纤维的热裂解产物。
3.5锥形量热仪测试法
锥形量热计能模拟真实燃烧时的各种参数,采用氧消耗原理来测量织物燃烧时单位面积的热释放速率、点燃时间、质量损失速率、烟密度、有效燃烧热、有害气体含量等。近年来,锥形量热仪测试法已在许多国家投入使用,我国也已引进并应用于研究工作。
4.阻燃纺织品的发展趋势
4.1研发新型阻燃纤维
阻燃纤维在衣用、室内装饰、交通运输、防护工业等诸多领域有着广泛的应用。如今阻燃纤维的研发不仅要考虑阻燃性能,还应兼顾可纺性及功用性。此外,从环境保护、人类安全和阻燃效果的角度出发,研发无卤、高效、低烟、低毒的环保型阻燃纤维将会是阻燃领域将来的发展趋势。
4.2研发多功能化阻燃纺织品
随着阻燃功能纺织品应用领域的扩大,仅具有阻燃功能的织物已不能满足一些特殊场合的需要。除早期的阻燃防热辐射、阻燃抗静电以外,近年来根据纺织品应用场所不同提出了新的要求,如用于浴室等潮湿环境下的窗帘、帷幕,除阻燃外,还要求防霉和拒水;用于服用、家私等面料要求除阻燃外还需具有卫生保健功能。此外,在军事领域,作战服和军事装备的伪装材料不仅要求具有阻燃性,还要求具有防伪功能。在我国,阻燃抗静电纺织品研究较成熟,对阻燃拒水和拒油产品也有一定研究。多功能阻燃产品的研发势在必行。
4.3研发环保型阻燃剂
目前,全球对于阻燃剂的需求量越来越大,传统阻燃剂所带来的一些环境问题也日益彰显。从环境保护、人类安全和阻燃效率的角度出发开发无卤、高效、低烟、低毒的环境友好型阻燃剂是未来的发展趋势。有机硅系和胺系阻燃剂作为典型的无卤阻燃剂,具有高效、无毒、低烟、无污染的特点,且能够改善分散性和加工性能。国内目前已开始这一系列新型阻燃剂的研发工作,力求在不影响纺织品本身性能的前提下,做到绿色环保。zJxkrb
<#TEMPLATE_INCLUDE_PLUGIN_ART_BOTTOM_AD#>
标签:阻燃纺织品综述
分类:阻燃面料技术| 发布:clsrich| 查看: | 发表时间:2019-05-17
阻燃面料网发布的有些文章部分内容来源于互联网。如有侵权,请联系我们,我们会尽快删除。
本文链接:http://www.china-fire-retardant.com/post2303/

相关文章

◎欢迎参与讨论,请在这里发表您的看法、交流您的观点。