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阻燃纖維研發(fā)進展與5大發(fā)展趨勢

嘉峪檢測網(wǎng)        2021-04-21 14:02

紡織品作為高分子材料最重要的應(yīng)用領(lǐng)域之一,其應(yīng)用范圍包括人們的日常生活以及工業(yè)、農(nóng)業(yè)、航天航空、交通運輸、軍事、醫(yī)療衛(wèi)生等諸多領(lǐng)域。但是,隨著應(yīng)用領(lǐng)域的擴大,纖維制品也成為引發(fā)各類室內(nèi)外火災(zāi)的主要隱患之一。由紡織品引燃或助燃給人們的生命和財產(chǎn)安全帶來了巨大的損失,面對這一嚴(yán)重的社會問題,阻燃紡織品擔(dān)當(dāng)起了防火阻燃的重任。近年來,阻燃纖維的發(fā)展推動了紡織品阻燃技術(shù)的進步。阻燃纖維由于其獨特的性能,在民用、軍用及產(chǎn)業(yè)用等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景,它不僅可用于汽車、火車、飛機用阻燃紡品,而且還可以應(yīng)用于航天航空阻燃復(fù)合料,賓館、飯店等公共場所的裝飾紡織品,醫(yī)院、軍隊、森林救火服務(wù)隊的防護服及家紡產(chǎn)品等。國內(nèi)外關(guān)于阻燃纖維及其紡織品進行了大量的研究工作,歐盟、美國、日本等很多國家都已通過嚴(yán)格的法律、法規(guī),要求在某些特定場所必須使用具有阻燃功能的纖維或織物。隨著我國環(huán)保安全、阻燃法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)的頒布與實施,環(huán)保無毒型和永久高阻燃性纖維及其制品的研究、開發(fā)與應(yīng)用將得到進一步推動。

 

為了更好地了解阻燃纖維的發(fā)展現(xiàn)狀以及未來的發(fā)展趨勢,本刊記者采訪了北京服裝學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院院長王銳。

 

1、改性阻燃纖維技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀喜人

 

王銳,作為北京服裝學(xué)院材料學(xué)科帶頭人、中國紡織學(xué)術(shù)帶頭人,是北京市有突出貢獻科學(xué)、技術(shù)管理人才,享受國務(wù)院政府特殊津貼專家。投身紡織行業(yè)幾十年來,王銳在教書育人的同時,在科研方面銳意進取不斷創(chuàng)新,斬獲了多項榮譽:國家科學(xué)技術(shù)進步二等獎、中國紡織工業(yè)協(xié)會科學(xué)技術(shù)進步一等獎、光華工程科技獎(青年獎)、香港桑麻紡織科技獎一等獎、改革開放三十年推動紡織產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級重大技術(shù)進步獎等等。改性阻燃纖維是王銳主要的科研方向之一,截至目前她已申請相關(guān)研究成果發(fā)明專利15項,并有7項獲得授權(quán)。

 

王銳介紹說,阻燃纖維主要包括本征阻燃纖維與改性阻燃纖維。本征阻燃纖維主要有無機纖維和有機高性能纖維,其中無機纖維包括玄武巖纖維、玻璃纖維、石英纖維、硼纖維、陶瓷纖維等;有機高性能纖維包括芳綸、聚酰亞胺纖維、聚苯硫醚纖維、芳砜綸和聚四氟乙烯纖維等。改性阻燃纖維主要是指通過物理或化學(xué)改性后而獲得的具有良好阻燃性能的纖維,如阻燃滌綸、錦綸、維綸及纖維素纖維等,其主要制備方法包括共聚切片紡絲法、共混紡絲法、復(fù)合紡絲法及涂覆法等。針對阻燃聚酯纖維、阻燃聚酰胺纖維、阻燃再生纖維素纖維和阻燃維綸等目前主流的改性阻燃纖維,王銳簡要介紹了其科研進展與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展現(xiàn)狀。

 

阻燃聚酯早在20世紀(jì)80年代就已經(jīng)工業(yè)化,90年代中期,由塞拉尼斯開發(fā)的磷系阻燃單體,成功用于傳統(tǒng)紡織品。杜邦、赫斯特、東洋紡等公司以有機、無機阻燃劑及復(fù)配阻燃體系,采用共聚、共混法相繼實現(xiàn)阻燃聚酯纖維產(chǎn)業(yè)化。東麗纖維研究所(中國)有限公司以共聚共混相結(jié)合工藝制得了陽離子可染阻燃聚酯纖維。德國巴斯夫歐洲公司采用共聚合的方法獲得的阻燃聚酯可用于生產(chǎn)纖維,杜拉纖維技術(shù)公司、意大利Ital Match Chemicals、荷蘭帝斯曼及日本ADEKA公司均有阻燃聚酯纖維的相關(guān)專利報道。近年來我國阻燃聚酯纖維發(fā)展迅速,從科研角度看,四川大學(xué)、青島大學(xué)、北京服裝學(xué)院及東華大學(xué)等科研院所均有阻燃聚酯纖維的研究報道或授權(quán)專利;從產(chǎn)業(yè)角度看,四川東材科技集團股份有限公司纖維級阻燃聚酯切片,江蘇盛虹集團、上海石化、儀征石化、上海德福倫化纖有限公司的阻燃聚酯長絲或短纖維均實現(xiàn)了規(guī)?;a(chǎn),并實現(xiàn)了出口創(chuàng)匯。其中,四川東材科技集團股份有限公司與浙江海利得新材料有限公司合作生產(chǎn)的阻燃聚酯工業(yè)絲斷裂強度達到7.0cN/dtex以上。但是,目前阻燃聚酯纖維的抗熔滴、抑煙等性能仍有待進一步提高。

 

阻燃聚酰胺研究多集中于樹脂領(lǐng)域,且以共混阻燃為主,巴斯夫、羅地亞、帝斯曼等公司均有代表性阻燃塑料產(chǎn)品。但阻燃聚酰胺纖維因制備技術(shù)難度高,僅有瑞士EMS公司宣布研發(fā)出共聚阻燃聚酰胺纖維,卻未有市售產(chǎn)品。東華大學(xué)與新會美達錦綸公司合作開發(fā)出阻燃聚酰胺6纖維,然而長效耐水洗性受限。國內(nèi)中國神馬集團有限責(zé)任公司的B890UN牌號,以及其他公司有少數(shù)阻燃聚酰胺產(chǎn)品,該類產(chǎn)品通過機械共混的方式加入磷系或其他無鹵阻燃劑,其阻燃性能均能達到UL94 V—0等級,上海安凸塑料添加劑公司也有皮芯型阻燃聚酰胺6纖維的報道。我國共聚型阻燃聚酰胺纖維研究主要集中在高校和研究所,尚未實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

 

國外阻燃纖維素纖維及其制品的研究領(lǐng)先于國內(nèi),且早已實現(xiàn)再生纖維素纖維的產(chǎn)業(yè)化。奧地利Lenzing公司、芬蘭Kemira公司、日本旭化成等公司采用共混法實現(xiàn)了阻燃再生纖維素纖維的產(chǎn)業(yè)化,其纖維在防護服、針織物及家用紡織品得到了廣泛的應(yīng)用。國內(nèi)有關(guān)研究院所和企業(yè)也相繼開展了阻燃再生纖維素纖維研究,青島大學(xué)、天津工業(yè)大學(xué)及恒天海龍股份有限公司采用自主研發(fā)的硅系、磷系及磷氮系阻燃劑,制備了性能良好的阻燃粘膠纖維;河北唐山三友集團化纖有限公司、吉林化纖股份有限公司采用磷系阻燃劑,開發(fā)出磷系阻燃粘膠纖維;北京賽歐蘭阻燃纖維有限公司,研發(fā)出新一代環(huán)保型硅—氮系阻燃粘膠纖維。但目前阻燃粘膠纖維的強度、阻燃耐久性等仍有待進一步提高。

 

阻燃維綸目前只有我國、日本和朝鮮有工業(yè)化生產(chǎn),但是日本和朝鮮均無阻燃維綸產(chǎn)品。我國的阻燃維綸主要是由四川大學(xué)(以下簡稱“川大”)在20世紀(jì)80年代與中國石化集團四川維尼綸廠(以下簡稱“川維”)合作研發(fā)的。21世紀(jì)初原解放軍總后勤部軍需裝備研究所(以下簡稱“原軍需所”)開始組織川大和川維研制高強維綸,在此基礎(chǔ)上,原軍需所繼續(xù)組織四川大學(xué)和上海全宇生物科技遂平有限公司自主研發(fā)了集酸源、碳源和氣源為一體的高效無鹵低煙無毒的阻燃劑,并開發(fā)出阻燃維綸制備成套工藝技術(shù),成功制得極限氧指數(shù)達29,纖維強度≥7.5cN/dtex,且可染色的高強阻燃維綸。阻燃維綸與其他阻燃纖維混紡面料,已應(yīng)用于武警雪豹突擊隊、獵鷹突擊隊、武警航空作戰(zhàn)大隊、武警救援部隊、火箭軍作戰(zhàn)服、解放軍維和部隊;并研發(fā)了公安阻燃戰(zhàn)訓(xùn)服即將裝備,并為廠礦、外軍提供了含高強阻燃維綸的阻燃面料。這種阻燃維綸面料不僅性能優(yōu)于美國杜邦公司的NomexIIIA面料,還可以印制迷彩圖案,且價格僅為杜邦對標(biāo)產(chǎn)品的2/3~1/2。

 

2、阻燃纖維未來發(fā)展5大趨勢

 

王銳認(rèn)為,隨著人類安全意識的不斷增加和阻燃法規(guī)的不斷健全,阻燃紡織品的開發(fā)力度將會得到不斷增大,特別是環(huán)保耐久、復(fù)合功能、安全舒適的阻燃纖維及其紡織品將會成為市場的新熱點。阻燃纖維的研究可能呈現(xiàn)出如下的發(fā)展趨勢。

 

第一,長效環(huán)保高品質(zhì)阻燃纖維是未來的發(fā)展趨勢。目前阻燃纖維的阻燃效能、耐久性、發(fā)煙量、抗熔滴、環(huán)保等方面無法滿足高端阻燃防護要求。因此,未來開發(fā)環(huán)保長效阻燃、抗熔滴、抑煙一體化的熔紡纖維;高強環(huán)保長效阻燃的濕法紡纖維。阻燃聚合物可加工性、阻燃性、抗熔滴性、抑煙性及力學(xué)性能的平衡是未來阻燃纖維研發(fā)方向。

 

第二,在阻燃功能的基礎(chǔ)上,復(fù)合其他功能是阻燃纖維發(fā)展的主要方向之一。目前多數(shù)阻燃纖維僅具有阻燃功能,不能滿足其他一些特殊要求,如阻燃阻燃拒水拒油,阻燃吸濕,阻燃抗靜電,阻燃抑菌等。隨著纖維功能化技術(shù)和阻燃劑功能復(fù)合化的發(fā)展,現(xiàn)在各國學(xué)者都正關(guān)注在阻燃纖維制備的不同階段賦諸于所需功能,并開發(fā)具有雙功能和多功能的阻燃劑,希望通過加入一種復(fù)合阻燃劑就可以起到阻燃抗菌、阻燃抗靜電、防紫外、吸濕等性能。

 

第三,綠色環(huán)保型阻燃纖維將是持久的發(fā)展方向。綠色環(huán)保是永恒的主題,也是可持續(xù)發(fā)展的保障,開發(fā)阻燃纖維的前提必須保證綠色環(huán)保。首先要開發(fā)環(huán)保型阻燃劑,并在阻燃聚合物、纖維及其制品生產(chǎn)過程中不破壞生態(tài)環(huán)境,使用過程中保證無毒無害,可環(huán)?;厥盏?。從環(huán)保和安全的角度出發(fā),開發(fā)高效、無毒、低煙、抑熔滴的阻燃纖維是未來的發(fā)展趨勢。

 

第四,舒適型阻燃纖維及其織物是未來主要發(fā)展方向。在某些特殊作業(yè)環(huán)境中,如高溫、濕熱、高輻射等條件下,對阻燃服裝具有特殊功能需求。開發(fā)具有安全防護性,兼具熱濕舒適性阻燃紡織品,對滿足特殊作業(yè)環(huán)境的需求具有重要意義。

 

第五,高性能阻燃纖維是未來重要發(fā)展趨勢之一。高性能阻燃纖維通常指本征性阻燃纖維,無須添加阻燃劑改性,本身就具耐高溫阻燃的性能,且具有較高的附加值和良好的經(jīng)濟效益,是未來阻燃纖維的發(fā)展方向。這類纖維在航空航天、交通運輸及信息、能源等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景,是未來重要發(fā)展方向之一。

 

3、阻燃纖維的市場需求量將日益增加

 

對于阻燃纖維的發(fā)展前景,王銳肯定地表示,隨著我國環(huán)保安全、阻燃法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)的頒布與實施,市場對阻燃纖維的需求量將日益增加。她說,既要加大力度開發(fā)新型阻燃纖維,又要改進技術(shù)與裝備,提高現(xiàn)有阻燃纖維的綜合品質(zhì),才能更好地滿足民用、軍用和產(chǎn)業(yè)用對高端阻燃紡織品的要求。

 

王銳介紹說,近年來,北京服裝學(xué)院在改性阻燃聚酯纖維及其織物等方面進行了大量的研發(fā)工作,取得了突出的科研成就、較好的經(jīng)濟效益和社會效益。王銳團隊開發(fā)的阻燃聚酯具有良好的可紡性,紡絲滿卷率達95以上,所得纖維的斷裂強度≥3.5cN/dtex;阻燃織物的極限氧指數(shù)可達36%以上,抑煙、防熔滴性能明顯提高,在高溫噴燈下無燃燒現(xiàn)象;織物上染率及染色的均勻性極佳,染色色牢度可達4級,可以滿足多個領(lǐng)域?qū)ψ枞季埘ダw維的應(yīng)用。此外,針對阻燃聚乳酸纖維及阻燃聚酰胺纖維的阻燃機理和制備技術(shù),王銳團隊近年來開展了創(chuàng)新性的研究工作,取得了重要進展。

 

王銳坦言,我國改性阻燃纖維在發(fā)展過程中還存在一系列問題尚需攻克:纖維專用新型環(huán)保阻燃劑缺乏;熔紡阻燃纖維的抗熔滴、抑煙性能需進一步提高;阻燃再生纖維素纖維的力學(xué)性能和阻燃耐久性有待提高;阻燃聚酰胺纖維的規(guī)?;a(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)亟待突破。為此,王銳呼吁,相關(guān)部門應(yīng)加快制定推出分類阻燃紡織品應(yīng)用的法令法規(guī),行業(yè)應(yīng)完善相關(guān)類別阻燃纖維及紡織品的標(biāo)準(zhǔn),同時進一步加大阻燃纖維及阻燃紡織品在國內(nèi)的推廣應(yīng)用力度。她相信,在業(yè)界的共同參與和推動下,阻燃纖維及其紡織品將會更好地勝任防火衛(wèi)士這一角色。

 

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來源:新材料產(chǎn)業(yè)

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