來源：發(fā)布時間：2021-09-06
眾所周知，火在人類進化和社會進步的過程中，起到了極其重要的作用。然而，它也給人們的生活帶來不少的麻煩。據(jù)歐洲阻燃劑協(xié)會（FERA）的調(diào)查表明，單單在歐洲，每年就有5000多人由于火災而喪失生命，而且這些數(shù)字中，還沒有包括由火災造成的大量受傷者人數(shù)，這些受傷人員還需要進行多年的生理、心理治療，由此可見，火災給人類造成的傷害可想而知。除了對人類生命的傷害外，火災還造成嚴重的經(jīng)濟損失。在德國，火災造成的經(jīng)濟損失每年就達65億德國馬克。在歐盟其他成員國，由火災造成的經(jīng)濟損失總計高達國民生產(chǎn)總值的1%。在我國，近幾十年來，平均每年發(fā)生的火災次數(shù)為3至4萬起，死亡人數(shù)2至3千人，火災損失折合人民幣2至3億元，而且有上升趨勢。據(jù)美、英、日等國對火災起因的調(diào)查，由紡織品引起的火災占火災總數(shù)的一半。所以防止由紡織品引起的火災問題引起世界各國人們的重視。
雖然人們很早就認識到了紡織品火災危害的嚴重性，開始研究防止火災的對策，并於十七世紀六十年代就有了阻燃紡織品，但直至本世紀三十年代以前，它的進展是相當緩慢的。早期主要是不耐久的暫時性的阻燃整理，限制了它的發(fā)展速度和向更廣泛的領(lǐng)域推廣應用。此后，隨著科學技術(shù)的迅速發(fā)展，特別是第二次世界大戰(zhàn)的發(fā)生，美國使用了大量的經(jīng)FWWMR整理的棉細帆布軍營帳篷，它不僅具有耐久性阻燃效果，而且有拒水、耐氣候老化和防霉的功能。但它并不適宜用于服裝和室內(nèi)裝飾。
隨著各類民用和產(chǎn)業(yè)用紡織品的消費量迅速增加，特別是各種室內(nèi)裝飾、艙內(nèi)裝飾織物（窗簾、帷幕、墻布、地毯、家具布）和床上用品（睡衣、床罩、床單、枕芯等）的需求量日益增加，由紡織品引起的火災也不斷增加。本世紀60年代日本、歐美等發(fā)達國家對紡織品的阻燃整理提出了要求，并制定了各類紡織品的阻燃標準，從紡織品的種類和適用場所限制非阻燃織物。例如，美國已對窗簾、床單、睡衣、童裝、汽車用織物、野營帳篷、玩具等各種紡織品，制定了有關(guān)可燃性的法令、州法令、都市條令，以及各行業(yè)自行制定的標準和規(guī)定。日本規(guī)定31米以上的高層建筑、地下街道、劇場、旅館、會場、酒吧、幼兒園、托兒所等公共設(shè)施所使用的窗簾、帷幕、地毯、以及老弱幼者使用的床上用品及服裝必須達到規(guī)定的阻燃標準。另外，飛機、船舶、汽車上使用的各類紡織品在國際上都有明確的阻燃法規(guī)。這些阻燃法規(guī)的制定推動了阻燃紡織品的發(fā)展。
根據(jù)國際標準化組織的規(guī)定,阻燃性(或抗燃性)是指材料所具有的減慢、終止或防止有焰燃燒的特性。它可以是材料的一種固有特性,也可以通過一定的處理,賦予材料這種特性。紡織品阻燃技術(shù)正是建立在后一種理論基礎(chǔ)上的應用性研究?，F(xiàn)代燃燒機理研究表明,織物燃燒是一個封閉的鏈式反應過程,而阻燃的目的就是要打破鏈式反應,即:在放熱階段阻燃劑為強吸熱劑;在熱降解階段,阻燃劑作為改變纖維熱降解方式的催化劑,使其向著可燃性氣體減少,固體增多的方向反應;在火焰區(qū),阻燃劑通過釋放自由基的阻斷劑、捕捉劑切斷鏈式反應,使活性自由基鈍化,從而達到阻燃的目的。
大量研究證明阻燃紡織品所具有的優(yōu)越性。阻燃織物允許有更長的逃逸時間(增加10倍～15倍),燃燒釋放的熱量只有未阻燃織物的25%，可使火災造成的損失減少一半， 燃燒釋放的有毒氣體與未阻燃織物相比，只有后者的1/3(用CO值表示)，并且不產(chǎn)生劇烈濃煙，能保護人的生命。有人做了兩個裝飾性的椅子的比較試驗,一個椅子的椅套經(jīng)過阻燃整理,一個未經(jīng)阻燃整理,在完全等同的條件下與火源接觸,試驗發(fā)現(xiàn)經(jīng)阻燃整理的椅套允許有22min的逃逸時間,而未經(jīng)阻燃整理的椅套只有2min的逃逸時間。許多其他紡織品，如窗簾、地毯、床單等經(jīng)過阻燃整理后亦可達到良好效果。由此可見，通過恰當?shù)淖枞颊?可使紡織品發(fā)生火災的機率大大降低，因而阻止危及人生命的情況發(fā)生,明顯降低火勢蔓延的危險,逃逸時間也可以顯著增加。應用于紡織品的阻燃劑成本相對于紡織品的銷售價格要低很多；另一方面，阻燃整理對人的生命財產(chǎn)安全的保護作用是無法估量的，遠遠超過它的商業(yè)意義。
第二節(jié)． 國內(nèi)外部分國家的紡織品燃燒性能技術(shù)法規(guī)
（一）美國
美國早在 1953年就通過了《易燃織物法》（FFA），在1954年和1967年又先后對其進行了修訂，由美國國會頒布，美國消費者產(chǎn)品安全委員會（CPSC）強制執(zhí)行。該法案主要包含了服裝和室內(nèi)裝飾用紡織品的燃燒性技術(shù)規(guī)范，禁止進口、生產(chǎn)和銷售具有高度易燃性的紡織品服裝 。據(jù)此CPSC還制訂了以下相關(guān)標準。
1．服裝紡織品的可燃性能標準（16C.F.R1610）
該標準主要針對服用紡織品（帽子、手套、鞋子例外），將服用紡織品的易燃性能分為3類。1級：常規(guī)可燃性，通常指表面平坦織物通過規(guī)定的方法測試時，其火焰蔓延時間≥3.5S，或者表面起絨織物通過規(guī)定方法測試時，起火焰蔓延時間≥7S，此類紡織品適合用來制衣。2級：中等易燃，通常指表面起絨織物通過規(guī)定的方法測試時，其火焰蔓延時間為4-7S，此類紡織品也可用于服裝，但須謹慎；3級：快速劇烈燃燒，通常指表面起絨織物通過規(guī)定的方法測試時，其火焰蔓延時間<4S，此類紡織品不適合用來制衣。如果被檢測認為是高度易燃的，那么根據(jù)該法規(guī)，這種服用紡織品是不允許被交易與買賣的。該標準中的測試方法類似于美國材料與試驗協(xié)會標準ASTMD1230（45度傾斜法），每次測試需要5份尺寸為5.08CM（2英寸）×15.24CM（6英寸）的試樣，分別在干洗和清洗前后進行測試。
2．聚乙烯塑料膜可燃性標準：（16C.F.R1611）
該標準使用于非剛性、無支撐的聚乙烯塑料膜（包括透明的、半透明的和不透明的，表面平整的、不平整的、鑄模的或經(jīng)過其他表面平整的），以及厚度≤0.33MM的聚乙烯塑料膜。要求其縱向和橫向各5個試樣的平均燃燒速率不超過3CM/S，按照該標準中具體規(guī)定的測試程序進行測試（45度傾斜法），使用SPI燃燒測試儀。
3．兒童睡衣可燃性標準：0-6X號（16C. F. R.1615）和7-14號（16C.F.R1616）
兒童睡衣可燃性標準（0-6X號）與兒童睡衣可燃性標準（7-14號）分別適用于0-6X號與7-14號的兒童睡衣，包括睡衣和類似服裝，但尿布、內(nèi)衣褲、嬰兒服（小于9個月的）、緊身服不認為是兒童睡衣（但它們應該滿足16C.F.R1610和16C.F.R1611的要求）。兩項標準所規(guī)定的測試方法和阻燃性能要求基本相同，要求按照法規(guī)中所具體規(guī)定的測試方法（垂直法），對5個8.9CM×25.4CM的樣本進行檢測，樣本的平均炭長不超過17.8CM（7英寸），單個樣本的炭長不超過25.4CM（10英寸）。此外，法規(guī)還要求在兒童睡衣的永久性標簽上表明防護要求的所有條款。
4．地毯類產(chǎn)品表面可燃性能標準：（16C.F.R1630）；小地毯類產(chǎn)品表面可燃性能標準（16C.F.R1631）
這2項標準適用于各種地毯及小地毯。地毯（CARPET）指用于家庭、辦公室或賓館的，單向尺寸>1.83M，表面積>2.23平方米的地毯。兩項標準的要求基本相同，要求在8個給定進行測試的地毯或墊子中至少有7個滿足該標準的要求，單個樣本在測試中炭化的部分的尺寸在2.54CM范圍以內(nèi)才算合格。測試方法和程序在法規(guī)中有具體的規(guī)定，測試報告須給零售商或分銷商。如果地毯或其纖維經(jīng)過阻燃整理，則其標簽上應注明“T”。
5．床墊的燃燒性能標準（16C.F.R1632）
該標準中的床墊包括成人用、青少年用、嬰兒用便攜式、雙層、裝有芯子的水床及氣墊床、沙發(fā)床等，但睡袋、枕墊、充液體或氣體的床、睡椅等棉絮的套子除外。按照該標準中規(guī)定的方法進行測試（香煙法），如果在香煙范圍任何方向上的炭長都不超過50.8MM（2英寸），則該單支香煙實驗部分屬合格。一般要求點燃18支香煙進行測試，只要有一個部位不符合該標準，則該床墊不合格。此外，法規(guī)還規(guī)定經(jīng)阻燃劑整理過的床墊產(chǎn)品在其標簽上要注明“T”。
以上皆為美國強制性的技術(shù)標準，所有進入美國市場銷售的相關(guān)紡織產(chǎn)品服裝都必須據(jù)此進行檢測，并要達到其規(guī)定的阻燃性能要求。
表1 美國紡織品的阻燃標準或法規(guī)
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類別
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規(guī)定標準 |
試驗方法 |
制定單位 |
實施或修訂日期（年） |
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服用織物 |
可燃性織物法 |
45傾斜法 |
CPSC |
1976 |
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一般衣料 |
GC191-53 |
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CPSC |
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兒童睡衣
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DOC FF3-71 DOC FF5-74 |
垂直法 |
CPSC |
1978 |
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地毯
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DOC FF1-70 DOC FF2-70 |
水平煙蒂法 烏洛托品法 |
CPSC |
1971 |
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床上用品 |
DOC FF4-72 |
水平法 |
CPSC |
1973 |
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窗簾 |
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垂直法 |
各州、市政府 |
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飛機內(nèi)裝飾織物 汽車內(nèi)裝飾織物 |
FMVSS 302 |
垂直法 水平法 |
運輸部 運輸部 |
1961 1972 |
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玩具類 |
Mattel公司法 |
水平法 |
行業(yè)會 |
1969 |
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野營睡袋
野營帳篷 |
CPAI 75
CPAI 84 |
水平法 烏洛托品法 垂直法 水平法 |
行業(yè)會 市政府 市政府 行業(yè)會 |
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（二）加拿大
加拿大關(guān)于紡織品和服裝阻燃性能的規(guī)定包含在危險物品法規(guī)和條例中，加拿大立法議會首先制定了《危險產(chǎn)品法規(guī)》，然后在此基礎(chǔ)上又批準通過了《危險產(chǎn)品（兒童睡衣）條例》、《危險產(chǎn)品（地毯）條例》、《危險產(chǎn)品（帳篷）條例》、《危險產(chǎn)品（玩具）條例》和《危險產(chǎn)品（床墊）條例》，這些條例都必須嚴格遵守《危險產(chǎn)品法規(guī)》的規(guī)定，但《危險產(chǎn)品法規(guī)》也要依靠這些條例來具體實施，加拿大衛(wèi)生部負責派檢查員強制執(zhí)行危險產(chǎn)品法規(guī)和條例。
1． 《危險產(chǎn)品（兒童睡衣）條例》
《危險產(chǎn)品（兒童睡衣）條例》對兒童睡衣的阻燃性能，測試方法和阻燃說明標簽做了規(guī)定。按照條例所規(guī)定測試方法測試后其結(jié)果應該符合下列要求：1）5樣本的平均炭長不超過178CM，2）最多一個樣本的炭長等于樣本整體長度（254MMM）。
經(jīng)阻燃處理的兒童睡衣應該附有一個永久性標簽，清楚地注明阻燃劑（FLAME RETARDANT），產(chǎn)品說明書應用英語和法語2種文字，要特別說明清洗過程，保證產(chǎn)品提供給代理商或使用后不會降低產(chǎn)品的阻燃性。
2． 《危險產(chǎn)品（地毯）條例》
《危險產(chǎn)品（地毯）條例》中對地毯的阻燃性能沒有專門的規(guī)定，但要求地毯類紡織品標簽上應該有易燃性警示。如果地毯尺寸>2.16平方米或長度>1.8米或是組合地毯，起標簽上應標明：“注意-易燃-不能在有明火或高溫地方使用”。若是非室內(nèi)使用的地毯，在標簽上注明：“注意-易燃-不能在有明火或高溫地方使用，也禁止在室內(nèi)使用”》。用英文和法文表示，字體要清楚顯著。
3． 《危險產(chǎn)品（帳篷）條例》對帳篷的紡織材料的阻燃性能做了規(guī)定說明。該條例采用了國際產(chǎn)業(yè)用織物協(xié)會在1980年發(fā)布的標準CPAI-84，它是對用于帳篷的阻燃性能材料的規(guī)定的說明。根據(jù)CPAI-84對帳篷材料進行測試，其阻燃性能要求為：1）地面材料的損毀長度不超過25MM；2）墻上和頂上材料的單個樣本的續(xù)燃時間不超過4S，樣本的平均續(xù)燃時間不超過2S；單個樣本損毀長度不超過225MM，樣本的平均損壞長度則依樣本的平方米重不同而有不同的規(guī)定范圍。
此外，條例中還規(guī)定在帳篷類產(chǎn)品的永久性標簽上應該注明所規(guī)定的易燃性警示語言，字體清晰顯著，并用英語和法語表達。
4．《危險產(chǎn)品（玩具）條例》
《危險產(chǎn)品（玩具）條例》對用紡織纖維材料制作的毛絨玩具的阻燃性能要求及其測試方法都作了具體規(guī)定。按照條例中規(guī)定的測試程序?qū)颖具M行測試，其火焰蔓延的時間應該大于7S。每次需要測試5個試樣，如果有1個不合格，再測另5個試樣，若 10個試樣中有2個不合格，說明該產(chǎn)品沒有達到該法規(guī)要求。
5．《危險產(chǎn)品（床墊）條例》
《危險產(chǎn)品（床墊）條例》規(guī)定床墊類產(chǎn)品在進入市場出售前必須要按照加拿大標準CAN/CGSB-4.2NO27.7-M89進行檢測（香煙法），香煙周圍任何方向上的炭化或燒焦長度不能超過50MM，并且在香煙熄滅后，樣本繼續(xù)燃燒時間不超過10MIN。
（三）日本
日本對服裝類產(chǎn)品沒有特別規(guī)定其阻燃性能要求，但對多數(shù)商業(yè)性建筑物內(nèi)的地毯和窗簾等紡織品規(guī)定了阻燃性能，具體規(guī)定包含在消防法中。消防法要求在公共建筑內(nèi)以及需要防火的場所中使用的窗簾和地毯類紡織品必須具有一定的阻燃性能，而且規(guī)定2平米或以上的地毯必須經(jīng)過日本阻燃協(xié)會的測試認證。法規(guī)還規(guī)定凡具有阻燃性能的地毯或窗簾必須要有規(guī)定的“防火標簽”。
表2 日本紡織品的阻燃標準或法規(guī)
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類別 |
規(guī)定標準 |
試驗方法 |
制定單位 |
實施或修訂日期（年） |
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窗簾、帳幕、工程用罩布 |
消防法實施令第4條（3） 消防廳告示第11號 |
45°傾斜法、水洗、干洗 |
防衛(wèi)廳 |
1968
1973 |
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家庭用紡織品（窗簾、床單） |
家庭用品品質(zhì)表示法 |
JIS L 1091A、B 法 |
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1972 |
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臥具、睡衣 |
消防65號 |
45°傾斜法耐洗性、口服毒性、皮膚過敏 |
消防廳 |
1974 |
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墻布 |
建筑標準法告示第1271號、3415號 |
煙、發(fā)熱量、燃燒氣毒性 |
建設(shè)廳 |
1971 1976 |
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飛機內(nèi)裝飾織物 |
航空法實施規(guī)則附屬書第一條 |
水平法、垂直法 |
運輸廳、航空局 |
1969 |
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輪渡船等船舶內(nèi)裝飾織物 |
船 第367號、481號 |
JIS L 1091A、B 法 |
運輸廳、航空局 |
1971 |
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汽車內(nèi)裝飾織物 |
JIS D 1201 |
FMVSS302 |
行業(yè)會 |
1973 |
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火車客車內(nèi)裝飾織物及臥具 |
鐵路監(jiān)督局行政指令第81號 |
JIS Z 2150、 45°傾斜法 |
運輸廳、鐵路局 |
1969 |
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玩具類 |
玩具燃燒標準 |
水平法 |
玩具協(xié)會 |
1973 |
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軍用紡織品 |
防衛(wèi)廳規(guī)格 |
JIS L 1091B法 |
防衛(wèi)廳 |
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（四）澳大利亞
澳大利亞的各個州都有自己的技術(shù)法規(guī)，關(guān)于紡織服裝阻燃性能方面，西澳大利亞州（WESTERN AUSTRALIA）頒布了《公平貿(mào)易法令1987》和《公平貿(mào)易（兒童晚裝和產(chǎn)品信息標準）條例1988》；塔斯馬尼亞洲（TASMANIA）頒布了《可燃性衣服法令1973》和《可燃性衣服條例2002》；新南威爾士州（NEW SOUTH WALES）頒布了《公平貿(mào)易（一般性要求）條例2002》。這些技術(shù)法規(guī)中主要對尺寸在00-14之間的兒童晚裝的阻燃性能和測試方法進行規(guī)定。兒童晚裝包括兒童睡衣褲、睡袍、浴衣和嬰兒睡袋，依照AS/NZS 1249中所規(guī)定的方法進行測試，并要求達到該標準中對兒童晚裝的安全要求。
（五）英國
英國對晚裝的阻燃安全性要求比較嚴格，于1985年頒布了《晚裝（安全性）條例》，取代了以前的《女睡衣（安全）規(guī)定》，又于1987年頒布了《晚裝（安全性）（修訂本）條例，該條例適用于所有穿作晚裝的衣服。
條例要求兒童晚裝（3個月-13歲之間兒童的衣服）的阻燃性能必須要滿足英國標準BS5722中的要求，并和成人晚裝上必須有永久性的標簽說明其是否滿足燃燒標準。如果晚裝用阻燃劑整理過，那么它必須帶有合適的警告標簽，說明其洗滌性或適用的洗滌劑。測試燃燒性前必須按照BS5651中的清洗程序進行洗滌。
這項規(guī)定是在1987年消費者安全法令總則下制定的，如果提供違反此安全性法規(guī)的貨物，將被認為是違法。
（六）我國紡織品服裝的燃燒技術(shù)法規(guī)
我國對織物的阻燃整理在二十世紀五十年代初就已開始研究，1954年已有產(chǎn)品批量生產(chǎn)，主要是用于軍事和工業(yè)用品的棉織物。但其發(fā)展比較緩慢，到60年代才出現(xiàn)耐久性阻燃紡織品，70年代開發(fā)了PyrovatexCP型阻燃劑，并開始了對合成纖維及混紡織物阻燃技術(shù)的研究。80年代以后，隨著科技的大發(fā)展、我國對外開放、對外貿(mào)易日益頻繁，我國的阻燃織物研究和生產(chǎn)進入了新的發(fā)展時期，1985年在原紡織工業(yè)部及其所屬單位印染技術(shù)開發(fā)中心等單位組織下，對紡織品阻燃整理展開了全國性的科研和生產(chǎn)工作。許多科研單位、大專院校與化工和紡織部門聯(lián)合開發(fā)了許多棉、滌和混紡織物的阻燃劑及整理技術(shù)，合成纖維研究生產(chǎn)單位還研制了多種阻燃纖維，使我國紡織品的阻燃技術(shù)進入了較快的發(fā)展時期。自1987年以來，我國多次參加了國內(nèi)和國際阻燃學術(shù)研討會，并與國外的紡織品阻燃技術(shù)專家進行了深入、廣泛地學術(shù)交流。從而紡織品阻燃領(lǐng)域的工作和生產(chǎn)推向了一個新的階段。
該標準規(guī)定了阻燃機織物的產(chǎn)品分類、技術(shù)要求、試驗方法、檢驗規(guī)則及包裝和標志。標準將阻燃機織物的阻燃性能分為2個級別：1）B1級：損毀長度≤150MM，續(xù)燃時間≤5S，陰燃時間≤5S；2）B2級：損毀長度≤200MM，續(xù)燃時間≤15S，陰燃時間≤10S。阻燃性能的測試方法按照GB/T5455。根據(jù)產(chǎn)品用途或由供需雙方協(xié)商確定考核級別，一般B1級適用于服用和特殊需要的裝飾用布，B2級適用于各種裝飾布。
2. GB8965《阻燃防護服》
該標準規(guī)定了阻燃防護服的技術(shù)要求、試驗方法、檢驗規(guī)程、標志、包裝、運輸和儲存，只適用于勞動者從事有明火、散發(fā)火花、在熔融金屬附近操作和在易燃物質(zhì)并有發(fā)火危險的場所穿用的阻燃服。其衣料的阻燃性能應根據(jù)GB/T5455進行測試，并達到GB17591中所規(guī)定的B1級要求。
3．GB50222《建筑內(nèi)部裝修設(shè)計防火規(guī)范》
該標準對家庭內(nèi)裝飾織物（如窗簾、帷幕、床罩、家具包布等）的阻燃要求以及測試方法都做了相關(guān)規(guī)定。根據(jù)GB/T5455垂直法進行測試，地下民用建筑中的裝飾織物都必須達到B1級要求，高層民用建筑中的裝飾織物都必須達到B1級要求，高層民用建筑中的住宅和旅館的床罩都要達到B1級要求，而窗簾、帷幕和家具包布根據(jù)建筑物和場所的不同也要達到B1級或B2級要求。
現(xiàn)根據(jù)紡織品的不同用途，針對各種紡織用布介紹一下具體的性能要求：
(1)服裝用布
服裝用布如煉鋼等冶金部門工人、消防人員嚴寒地區(qū)居民在室內(nèi)生火環(huán)境下穿著的工作服和防護服,老人和兒童的服裝,兒童睡衣,玩具用布等,燃燒性能要求見表3。
表3 服裝燃燒性能要求
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服裝類別 |
損毀長度(mm) |
續(xù)燃時間(s) |
陰燃時間(s) |
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防護服 |
150 |
5 |
5 |
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老人服裝、兒童睡衣 |
150 |
5 |
無要求 |
(2) 裝飾材料
如家庭用防火地毯、地毯底布、家用裝飾布、貼墻布、家具覆蓋布等,為了防止帶有火星的火柴、香煙頭、靜電火花或其他火源點燃釀成火災, 其用布必須進行阻燃整理。不同建筑物室內(nèi)對裝飾材料燃燒性能有不同的要求,見表4。
表4 家庭用非織造裝飾材料燃燒性能的要求
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住宅級別 |
家具包布 |
窗簾 |
帷幕 |
其他裝飾 |
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高級住宅 |
B2 |
B2 |
無要求 |
B2 |
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普通住宅 |
B2 |
無要求 |
無要求 |
無要求 |
(3) 交通工具用布
飛機、火車、輪船、汽車的內(nèi)裝飾材料和內(nèi)襯材料、帷簾、窗簾、椅靠墊、車頂呢、特殊軍用紡織品等,對阻燃性能要求見表5。
表5 交通工具用非織造材料阻燃性能要求
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交通工具 |
損毀長度(mm) |
續(xù)燃時間(s) |
陰燃時間(s) |
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輪船 |
150 |
5 |
無要求 |
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民用飛機(機艙) |
203 |
15 |
無要求 |
(4) 公共場合用布
主要指醫(yī)院、戲院、劇院、賓館、飯店、舞廳、卡拉OK娛樂場所等公共場合用布,如床單、床罩\臺布、帷幕、貼墻布、舞臺紡織物等。根據(jù)建筑面積和規(guī)模的差異對燃燒性能有不同的要求,見表。
表6 單層、多層民用建筑內(nèi)部非織造材料燃燒性能要求
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建筑物及場所 |
建筑規(guī)模和性質(zhì) |
非織造材料燃燒性能等級 |
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家具包布 |
窗簾 |
帷幕 |
其他裝飾材料 |
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候機樓的候機大廳、商店、餐廳、貴賓候機室、售票廳等 |
建筑面積>10000m2候機樓 |
B1 |
B1 |
|
B1 |
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建筑面積≤10000mW2候機樓 |
B2 |
B2 |
|
B2
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汽車站、火車站、輪船客運站的候車(船)室、餐廳、商場等 |
建筑面積>10000mW2車站、碼頭 |
B2 |
B2 |
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B1 |
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建筑面積≤10000mW2車站、碼頭 |
B2 |
B2 |
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B2 |
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影院、會堂、禮堂、劇院、音樂廳 |
>800座位 |
B1 |
B1 |
B1 |
B1 |
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≤800座位 |
B2 |
B1 |
B1 |
B2 |
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體育館 |
>3000座位 |
B1 |
B1 |
B1 |
B2 |
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≤3000座位 |
B2 |
B2 |
B1 |
B2 |
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商場營業(yè)廳 |
每層建筑面積>3000m2或總建筑面積>9000m2的營業(yè)廳 |
B1 |
B1 |
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B2 |
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每層建筑面積1000m2～3000m2或總建筑面積3000m2～9000m2的營業(yè)廳 |
B2 |
B1 |
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每層建筑面積<1000m2或總建筑面積<3000m2的營業(yè)廳 |
B2 |
B2 |
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飯店、旅館的客房及公共活動用房 |
設(shè)有中央空調(diào)系統(tǒng)的飯店、旅館 |
B2 |
B2 |
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B2 |
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其他飯店、旅館 |
B2 |
B2 |
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歌舞廳、餐館等娛樂餐飲建筑 |
營業(yè)面積>100m2 |
B2 |
B1 |
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B2 |
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營業(yè)面積≤100m2 |
B2 |
B2 |
|
B2 |
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幼兒園、托兒所、醫(yī)院病房樓、療養(yǎng)院、養(yǎng)老院 |
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B2 |
B1 |
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B2 |
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紀念館、展覽館、博物館、圖書館、檔案館、資料館等 |
國家級、省級 |
B2 |
B1 |
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B2 |
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省級以下 |
B2 |
B2 |
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B2 |
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辦公樓、綜合樓 |
設(shè)有中央空調(diào)系統(tǒng)的辦公樓、綜合樓 |
B2 |
B2 |
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B2 |
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其他辦公樓、綜合樓 |
B2 |
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表 7 高層民用建筑內(nèi)部裝修材料燃燒性能的要求
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建筑物 |
建筑規(guī)模和性質(zhì) |
非織造材料燃燒性能等級 |
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窗簾 |
帷幕 |
床罩 |
家具包布 |
其他裝飾材料 |
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高級旅館 |
>800座位的觀眾廳、會議廳;頂層餐廳 |
B1 |
B1 |
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B1 |
B1 |
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≤800座位的觀眾廳、會議廳 |
B1 |
B1 |
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B2 |
B1 |
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其他部位 |
B1 |
B2 |
B1 |
B2 |
B1 |
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商業(yè)樓、展覽樓、綜合樓 |
一類建筑 |
B1 |
B1 |
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B2 |
B1 |
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商住樓、醫(yī)院病房樓 |
二類建筑 |
B2 |
B2 |
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B2 |
B2 |
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電信樓、財貿(mào)金融樓、郵政 樓、廣播電視樓、電力調(diào)度樓、防災指揮調(diào)度樓 |
一類建筑 |
B1 |
B1 |
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B2 |
B1 |
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二類建筑 |
B1 |
B2 |
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B2 |
B2 |
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教學樓、辦公樓、科研樓、檔案樓、圖書館 |
一類建筑 |
B1 |
B1 |
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B1 |
B1 |
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二類建筑 |
B1 |
B2 |
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B2 |
B2 |
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住宅、普通旅館 |
一類普通旅館、高級住宅 |
B1 |
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B1 |
B2 |
B1 |
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二類普通旅館、高級住宅 |
B2 |
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B2 |
B2 |
B2 |
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表 8 地下民用建筑內(nèi)部材料的燃燒性能要求
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建筑物及場所 |
非織造材料燃燒性能等級 |
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家具包布 |
裝飾織物 |
其他裝飾材料 |
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休息室和辦公室等、旅館的客房及公共活動用房等 |
B1 |
B1 |
B2 |
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娛樂場所、旱冰場、舞廳展覽廳、醫(yī)院的病房、醫(yī)療用房等 |
B1 |
B1 |
B2 |
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電影院的觀眾廳、商場的營業(yè)廳 |
B1 |
B1 |
B2 |
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停車庫、人行通道、圖書資料庫、檔案庫 |
A |
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第三節(jié)．紡織品的熱裂解
紡織品的種類很多，其結(jié)構(gòu)也不盡相同，因此，其燃燒情況也各異。從燃燒的難易程度可分為：不燃、阻燃、難燃(準阻燃)、可燃、易燃等形態(tài)。紡織品的燃燒也和其他物質(zhì)一樣，必須具備三個條件：熱、空氣和可燃物。紡織品的燃燒，都是由外來熱源引起的，當熱源的溫度達到一定的高度時，使其分解或裂解產(chǎn)生可燃性氣體，與空氣中的氧氣混合而使其著火。其間，在氣相、液相和固相中發(fā)生的物理的和化學的反應十分復雜，同時受到種種因素的影響，所以，至今仍難對它進行定量分析。對紡織品燃燒的定性說明也還不很完善。
紡織品燃燒的過程包括加熱、熔融、裂解和分解、氧化和著火等步驟。在各個步驟進行的速度還受到許多因素的影響。紡織品加熱后，首先是水分蒸發(fā)、軟化和熔融這樣的物理變化，繼之才是裂解和分解等化學變化。物理變化與紡織纖維的比熱、熱導率、熔融熱和蒸發(fā)潛熱等有關(guān)；化學變化又決定于纖維的分解和裂解溫度、分解潛熱的大小。另外，紡織品的種類、組織結(jié)構(gòu)、表面形態(tài)等對其燃燒也是有影響的。對于紡織品的燃燒性的劃分，有不同的表述，表9是日本東洋紡公司和田有義提出的一種分類方法。
表9 纖維從燃燒形態(tài)分類
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纖維品種 |
燃燒形態(tài) |
燃燒性 |
纖維品種 |
燃燒形態(tài) |
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玻璃纖維、石棉、碳纖維 |
非熔融 |
阻燃 |
阻燃聚酯 |
熔融 |
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阿拉明特、諾波拉依特 |
非熔融 |
難燃（準阻燃） |
羊毛 |
非熔融 |
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阻燃整理棉、羊毛、富纖 |
非熔融 |
可燃 |
聚酯、耐綸、丙綸 |
熔融 |
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波來克勒爾、阻燃聚丙稀腈、改性聚丙稀腈、氯乙烯 |
收縮 |
易燃 |
棉、聚丙稀腈、醋纖 |
非熔融
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(一).纖維素纖維的熱裂解
纖維的熱裂解在紡織品的燃燒過程中是一個至關(guān)重要的步驟，它決定裂解產(chǎn)物的組成和比例，對能否續(xù)燃關(guān)系極大。了解紡織品的熱裂解及熱裂解的產(chǎn)物，可以幫助我們研制阻燃劑和制定紡織品的阻燃整理工藝。
1.纖維素纖維的熱裂解過程
纖維素纖維是天然高分子材料，其主要成分是纖維素，纖維素是由許多脫水的β一葡萄糖(C12H10O5)以l，4甙鍵聯(lián)接的多糖類。
纖維素纖維受熱不熔融，遇火焰后燃燒較快。纖維素受熱后產(chǎn)生熱裂解，裂解產(chǎn)物為固態(tài)、液態(tài)物質(zhì)和揮發(fā)性氣體。纖維的燃燒可分為有焰燃燒和無焰燃燒(陰燃)。有焰燃燒主要是纖維受熱裂解時產(chǎn)生的可燃性氣體或揮發(fā)性液體的燃燒，而陰燃則是固體殘渣(主要是碳)的氧化，有焰燃燒所需溫度比陰燃要低得多。纖維素的裂解是纖維燃燒最重要的環(huán)節(jié)，因為裂解將產(chǎn)生大量裂解產(chǎn)物，其中可燃性氣體和揮發(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，使裂解反應循環(huán)進行。
一般認為，纖維素纖維的裂解反應分為纖維素脫水炭化，產(chǎn)生水、二氧化碳和固體殘渣；纖維素通過解聚生成不揮發(fā)的液體左旋葡萄糖，而后左旋葡萄糖進一步裂解，產(chǎn)生低分子量的裂解產(chǎn)物，并形成二次焦炭。在氧的存在下，左旋葡萄糖的裂解產(chǎn)物發(fā)生氧化，燃燒產(chǎn)生大量熱，又引起更多纖維素發(fā)生裂解。這兩個反應相互競爭，始終存在于纖維素裂解的整個過程中[1]。
1. CO+CO2+C
纖維素
2.焦油（左旋葡萄糖）→ 可燃性氣體
通過試驗發(fā)現(xiàn)，纖維素纖維的熱裂解可以分為三個階段[2，3]：初始裂解階段、主要裂解階段和殘渣裂解階段。
溫度低于370℃的裂解屬于初始裂解階段，這個階段是纖維素裂解的開始，主要表現(xiàn)為纖維物理性能的變化及少量失重。纖維素纖維的初始裂解階段主要與纖維素纖維中的無定形部分有關(guān)[2]。
溫度在370℃至430℃的裂解屬于主要裂解階段。這一階段失重速率很快，失重量很大。裂解的大部分產(chǎn)物是在這一階段產(chǎn)生的，左旋葡萄糖是主要中間裂解產(chǎn)物，再由它分解成各種可燃性氣體產(chǎn)物?？梢哉J為，纖維素纖維的主要裂解階段發(fā)生在纖維的結(jié)晶區(qū)[4]。
溫度高于430℃時，纖維素纖維的裂解屬于殘渣裂解階段。在纖維素的裂解過程中，脫水、炭化反應與生成左旋葡萄糖的裂解反應始終相互競爭，存在于整個裂解過程中。到了殘渣裂解階段后，脫水、炭化裂解反應的方向更加明顯，纖維素燃燒殘渣繼續(xù)脫水、脫羧，放出水和二氧化碳等，并進行重排反應，形成雙鏈、羰基和羧基產(chǎn)物，殘渣中碳含量越來越高[4]。
由于纖維素纖維種類不同或?qū)嶒灄l件的差異，纖維素纖維裂解的三個階段溫度范圍會有所變化，但纖維素纖維裂解的階段性總是存在的，這是由纖維素纖維微結(jié)構(gòu)的特點所決定的。從初始裂解階段到主要裂解階段，其實質(zhì)就是纖維從無定形區(qū)到結(jié)晶區(qū)的一個裂解過程。
2. 纖維素纖維的裂解產(chǎn)物
纖維素纖維的裂解是決定纖維(織物)燃燒性能的關(guān)鍵。纖維素纖維的裂解產(chǎn)物，大部分是纖維燃燒的燃料。研究纖維阻燃前后裂解產(chǎn)物的變化及裂解產(chǎn)物的認定，對研究纖維素纖維的燃燒及阻燃機理是非常有意義的。
纖維素纖維裂解產(chǎn)物的研究，前人做了許多工作。國外有文獻[5，6]介紹，纖維素纖維裂解產(chǎn)物確認的有12種，主要是醛、酮、呋喃、糠醛和核葡聚糖等。國內(nèi)有人[4]作出裂解氣相色譜圖后，認定棉纖維有45個色譜峰，人工檢出的裂解產(chǎn)物有21個峰，含28個裂解產(chǎn)物，其中有2個為可能裂解產(chǎn)物；阻燃棉纖維檢出24個裂解產(chǎn)物，其中有2個為可能裂解產(chǎn)物。近年有人[7]利用PY-GC-MS色質(zhì)聯(lián)用儀研究棉纖維的熱裂解產(chǎn)物，其結(jié)果與以前的結(jié)果有所不同，裂解產(chǎn)物及含量示于表4。在所有的裂解產(chǎn)物中，只有水、二氧化碳是不燃燒的，而醇、醛、醚、酮、酯、呋喃、苯環(huán)都是易燃的。這在研究阻燃整理和阻燃劑時都是非常重要的。通過阻燃整理使這些易燃物質(zhì)減少或?qū)⑵浞忾]，以達到阻燃的目的。
（二）滌綸纖維的熱裂解
滌綸纖維是應用較廣的合成纖維之一，它的燃燒與其他合成高分子材料一樣，和高溫熱源接觸，吸收熱量后發(fā)生熱裂解反應，熱裂解反應生成易燃氣體，易燃氣體在空氣（氧）存在的條件下，發(fā)生燃燒，燃燒產(chǎn)生的熱量被纖維吸收后，又促進了纖維繼續(xù)熱裂解和進一步燃燒，形成一個循環(huán)[8]。合成纖維持續(xù)燃燒，必需具備下列條件：①高聚物分解，能產(chǎn)生可燃氣體：②燃燒產(chǎn)生的熱量，足以加熱高聚物，使之連續(xù)不斷地產(chǎn)生可燃氣體；②產(chǎn)生的可燃氣體能與氧氣混合，并擴散到已點燃的部分；④燃燒部分蔓延到可燃氣體與氧氣的混合區(qū)域中。針對這四個條件，人們提出了阻燃的基本原理：減少(或者基本沒有)熱分解氣體的生成，阻礙氣相燃燒的基本反應，吸收燃燒區(qū)域的熱量，稀釋和隔離空氣。
表10 棉纖維裂解產(chǎn)物的含
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類別 裂解產(chǎn)物 峰面積百分比% 合計% |
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不燃性物質(zhì)制 水 18.33 二氧化碳 31.48 49.81 醇類物質(zhì) 丙醇（含甲酸甲酯） 17.10 丙烴-1-羥基乙醚 0.13 2-醛丁醚 0.21 17.44 醛類物質(zhì) 丙醚 0.96 戊醇 0.28 1.24 酮類物質(zhì) 羥基丙酮 4.18 1-烯-3-戊酮 1.15 2-丁酮 0.58 羥基丙酮 0.49 環(huán)己酮 0.70 2-羥基-2-烯-3-甲醛戊酮 0.34 1-烯-2-甲基-3-戊酮 0.16 2，4-二辛酮 1.39 8.99 呋喃類物質(zhì) 二甲基二氫呋喃 0.33 糠醛 0.86 二甲基二氫呋喃 0.53 5-甲基糠醛 0.52 2-乙基-5-羰基二甲基二氫呋喃 0.18 2-羥基-二甲基-二甲基二氫呋喃 0.22 5-羥甲基糠醛 2.99 2，5-二甲基-4-羥基二甲基二氫呋喃 0.02 5.65 酯類物質(zhì) 2-烯-丁基乙酯 0.58 0.58 醚類物質(zhì) 2，3-丙二酮甲醚 1.72 1-烯-1，5-環(huán)戊醚 0.16 乙烯基乙醚 0.16 1-甲基-4-羥基環(huán)戊醚 0.52 2-甲基-5-乙基-1，4-戊二醚 2.27 4.83 其他類物質(zhì) 核葡聚糖 5.02 5.02 未知物質(zhì) 6.44 |
第四節(jié). 阻燃劑及其阻燃機理
材料的阻燃性，常通過氣相阻燃、凝聚相阻燃及中斷熱交換阻燃等機理實現(xiàn)。抑制促進燃燒反應鏈增長的自由基而發(fā)揮阻燃功能的屬氣相阻燃；在固相中延緩或阻止高聚物熱分解起阻燃作用的屬凝聚相阻燃；將聚合物燃燒產(chǎn)生的部分熱量帶走而導致的阻燃，則屬于中斷熱交換機理類的阻燃。但燃燒和阻燃都是十分復雜的過程，涉及很多影響和因素，將一種阻燃體系的阻燃機理嚴格劃分為某一種是很難的，實際上很多阻燃體系同時以幾種阻燃機理起作用。
( 一 )紡織品的阻燃機理
熔融理論（表面覆蓋理論）
有些物質(zhì)如硼砂、硼酸，加熱時熔融，于纖維表面形成一層玻璃狀的膜，起到隔離空氣的作用。如磷化物，在固相產(chǎn)生作用，促進炭化阻止可燃性氣體的放出。如溴化物，在氣相起作用，受熱分解產(chǎn)生不燃性氣體浮在纖維表面，隔離空氣或稀釋可燃性氣體，從而產(chǎn)生阻燃效應。
吸熱作用
通過阻燃劑發(fā)生吸熱脫水、相變、分解、其他吸熱反應、降低聚合物表面和燃燒區(qū)域的溫度，從而減慢高聚物的熱分解速度。
脫水理論
磷系阻燃劑在與火焰接觸時，會生成偏聚磷酸，而偏聚磷酸有強力的脫水作用，纖維炭化，而炭化膜則起到了隔絕空氣的作用。這種作用是和覆蓋理論同時起作用的。
凝聚相阻燃
這是指在凝聚相中延緩或中斷阻燃材料熱分解而產(chǎn)生的阻燃作用。下述幾種情況均屬于凝聚相阻燃。
氣相阻燃
在材料受熱燃燒過程中，生成大量的自由基加快氣相燃燒反應。如能設(shè)法捕捉并消滅這些自由基，就可控制燃燒，起到阻燃效果。氣相燃燒反應的速度與燃燒過程中產(chǎn)生的自由基H0·和H·的濃度有密切關(guān)系。氣相阻燃劑的作用主要是將這類高活潑性的自由基轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定的自由基，抑制燃燒過程的進行，達到阻燃目的。
塵?；虮诿嫘?nbsp;
自由基與器壁或塵粒表面接觸，可能失去活性，在塵?；蛉萜鞅诿婵砂l(fā)生下述反應：
H·十02·→H02·，在塵粒表面生成大量活性比H·和H0·等低得多的自由基H02·，從而達到抑制燃燒。
7. 熔滴效應
某些熱塑性纖維，加熱時發(fā)生收縮熔融減少了與空氣的接觸面，甚至發(fā)生熔滴下落而離開火焰，使燃燒受到一定的阻礙。
為了獲得最佳阻燃效果，應使這些理論盡可能共同其作用，比如利用協(xié)同效應。協(xié)同效應指兩種物質(zhì)共同作用比它們單獨作用的總和貢獻要大。
（二）各種阻燃劑的阻燃原理
阻燃劑的種類眾多，可分為鹵系、磷酸酯類和無機阻燃劑，不同的阻燃劑其阻燃機理也不相同，有些阻燃劑的阻燃劑機理目前尚不清楚。阻燃劑是通過物理效應和化學效應兩個方面來發(fā)揮阻燃作用的；就其物理效應來看主要有稀釋可燃物和氧含量的作用、吸熱和隔離氧的作用；其化學效應主要是消除游離基和形成致密炭質(zhì)膜的作用。
鹵系阻燃劑的阻燃機理
鹵系阻燃劑在受熱時分解放出不可燃性氣體鹵化氫，覆蓋在材科表面隔絕外界氧的進入，同時對材料表面的環(huán)化反應有催化作用，迅速形成能夠隔離空氣和熱量的固相表面層，而發(fā)揮其阻燃作用。鹵化氫還能與高活性的自由基HO·和H·及O·反應，生成活性較低的鹵自由基，致使燃燒減緩或終止。鹵系阻燃劑的阻燃效果的順序為：I>Br>CL>F,這是因為H-X鍵的解離能的大小不同，溴化物的阻燃效果是氯化物的二倍，這不僅因為H-Br鍵的解離能比H-Cl小，而且與碳鍵的解離能的大小有關(guān)，C-Br226.087KJ/mol，C-C1280.52 KJ/mol ,從化合物的結(jié)構(gòu)來看脂肪族類比芳香族類阻燃效果大。鹵原子的位置不同效果也不同，溴化物溴原子α位的H原子的數(shù)目越少，熱穩(wěn)定性、阻燃效果越好。
△
RX→R·+ X·
△
R + X·→R·+ HX
HX捕獲自由基HO·和H·
HX + H·→ H2 + X·
HX + O·→HO·+ X·
HX + HO·→ H2O + X·
X·繼續(xù)和自由基HO·與H·反應
X·+ HO·→ HX +·O·
X·+ H·+ M → HX + M
(M：其它載能體)
生成的HX重復進行反應[12] 。
此類阻燃劑（主要是溴系阻燃劑）還可以與其他一些化合物（如三氧化二銻）復配使用，通過協(xié)同效應得到明顯提高。所以此類阻燃劑的適用范圍非常廣泛，可以大量應用于阻燃多種塑料、橡膠、纖維及涂料等，是目前世界上產(chǎn)量最大的有機阻燃劑之一，溴系阻燃劑的主要產(chǎn)品有十溴二苯醚、四溴雙酚A、四溴二季戊四醇、溴代聚苯已烯、五溴甲苯和六溴環(huán)十二烷等。溴系阻燃劑的主要缺點是降低被阻燃基材的抗紫外線穩(wěn)定性，燃燒時生成較多的煙、腐蝕性的HXO和有毒氣體,造成二次公害。因此，其使用受到一定的限制。
我國北京潔爾爽高科技有限公司和山東巨龍化工有限公司生產(chǎn)的阻燃劑ATF就是含溴有機化合物。
無機磷酸鹽的阻燃機理
無機磷酸鹽阻燃劑最主要的產(chǎn)品有紅磷阻燃劑、磷酸銨鹽、聚磷酸銨鹽等。磷系阻燃劑起阻燃作用的步驟在于高聚物初期分解時的脫水而炭化。而脫水炭化必須依賴被阻燃物本身的含氧基團，與這些含氧基團反應，生成磷的含氧酸，磷的含氧酸可催化含羥基化合物的脫水成炭。在高溫時（大于400。C）磷酸鹽可發(fā)生縮合生成環(huán)狀聚磷酸鹽以及高聚合度的多聚偏磷酸鹽玻璃體，生成的聚磷酸鹽可將材料表面與氧隔絕。
鉀、鈉、鈣、鎂、鋁、鋅等金屬的酸性磷酸鹽及其與氯化物的混合物可以與蛋白質(zhì)大分子表面的氨基結(jié)合，形成離子對固定在材料表面。用離子對理論可較合理地解釋一些實驗現(xiàn)象。如毛織品的阻燃整理。
毛織品的阻燃劑是由不同的磷酸鹽與氯化物混合，其組成通式為：
Ax·By[MCz]
A: H十、Na+、K+、NH4+;
B：C1—、H2PO4-；
C：C1—、H2PO4-；
M：Mg2+ 、 Ca2+、 Zn2+、 A13+
x、y、z、是l一5的整數(shù)。
這類混合物是酸性的、H+和蛋白質(zhì)分子鏈上裸露著的氨基一NH2，結(jié)合形成一NH3+離子，然后與[Ca(H2PO4) 4 -]2-、[Zn(H2P04)4]2- 等配合陰離子或H2P0-、CL-等酸根陰離子結(jié)合形成離子對。將這些陰離子基團牢固地吸附在蛋白質(zhì)大分子鏈上，如下圖所示；
K[Zn(H2PO4)4]- K[Zn(H2PO4)4]-
NH3+ NH3+Cl- NH3+
NH3+Cl- NH3+ NH3+Cl-
K[Zn(H2PO4)4]-
3．磷酸酯類阻燃劑的阻燃機理
磷酸酯類阻燃劑受熱時和氧作用生成非揮發(fā)性磷的含氧酸和磷酸。含氧酸能催化含羥基化合物的脫水成炭，降低材料的質(zhì)量損失和可燃物的生成量；磷酸受熱生成偏磷酸，最后生成多聚磷酸玻璃體。非揮發(fā)性磷的氧化物和聚合磷酸玻璃體能嚴密地覆蓋在材料表面使其與空氣隔絕。以質(zhì)譜分析經(jīng)三苯基氧化膦處理的聚合物的產(chǎn)物，證實了氣態(tài)產(chǎn)物中含有P0·，它可以捕獲自由基OH·和H·，在氣相抑制燃燒鏈式反應。
H3PO4 → HPO2 + P0·
P0·+ H·→HPO
HPO + H·→H2 + P0·
P0·+ OH·→HPO + 0·
4．三氧化二銻對鹵系阻燃劑的協(xié)同效應：[14、15]
三氧化二銻單獨使用不是有效的阻燃劑，它和鹵代化合物混合使用具有協(xié)同阻燃作用，生成的SbOX能使空氣與火焰分開，同時SbOX可以在很寬的溫度范圍內(nèi)繼續(xù)分解為SbX3氣體．而吸收大量的熱量,降低材料表面溫度。并與氣相中的自由基反應，改變氣相中的反應模式，減少反應放熱量，起到阻燃的作用。
HX十Sb2O3→SbOX + H2O
HX十SbOX→SbX3 + H2O
同時，釋放出的SbX3可以吸收自由基H·和HO·并生成可以捕獲自由基的HX 。
SbX3十H·→SbX2·十HX
SbX2·+ H·→SbX十HX
SbX十H·→Sb·十HX
Sb·十HO·→SbOH
SbX3 的分解也緩慢地放出X·，X·又按如下反應式與氣相中的自由基結(jié)合，因而能較久的維持阻燃功能。
X·+ CH3·→ CH3X
X·+ H·→ HX
X·+ HO2·→ HX + O2
HX + H·→ H2 + X·
X·+ X·+ M →X2 +M
X2 + CH3·→ CH3X + X· (M為吸收能量的物質(zhì))
在燃燒區(qū)中，O·可與Sb反應生成SbO·，SbO·可捕獲氣相中的H·和OH·，產(chǎn)物水的生成，也有助于使燃燒停止。
Sb + O +M →SbO·+ M
SbO·+ H·→ SbOH
SbOH + OH·→SbO·+ H2O
在鹵系阻燃劑中加入Sb：X＝1：7(物質(zhì)的量之比)時，協(xié)同阻燃效應最明顯。
磷-氮系阻燃劑又稱為膨脹型阻燃劑，它不含鹵素，也不采用氧化銻為協(xié)效劑，含這類阻燃劑的高聚物受熱時 ，表面能夠生成一層均勻的碳質(zhì)泡沫層，起到隔熱、隔氧、抑煙的作用，并防止產(chǎn)生熔滴現(xiàn)象，所以具有良好的阻燃性能。膨脹型阻燃體系一般由三個部分組成：氣源(氮源、發(fā)泡源)、酸源(脫水劑)和碳源(成碳劑)。膨脹型阻燃劑主要通過形成多孔泡沫碳層在凝聚相起阻燃作用，此碳層主要按以下幾步形成：(1)在較低溫度(150℃左右，視酸源和其它組分性質(zhì)而定)下，由酸源放出能酯化多元醇和可作為脫水劑的無機酸；(2)在稍高于釋放酸的溫度下，無機酸與多元醇(碳源)進行酯化反應，而體系中的胺則作為酯化反應的催化劑，使酯化反應加速進行；(3)體系在酯化反應前或酯化過程中熔化；(4)反應過程中產(chǎn)生的水蒸氣和由氣源產(chǎn)生的不燃氣體使已處于熔融狀態(tài)的體系膨脹發(fā)泡，與此同時多元醇和酯脫水碳化，形成無機物及碳殘余物，且體系進一步膨脹發(fā)泡；(5)反應接近完成時，體系胺化和固化，最后形成多孔泡沫碳層。我國北京潔爾爽高科技有限公司和山東巨龍化工有限公司生產(chǎn)的阻燃劑SC-968、阻燃劑CP都是含磷氮有機化合物。
此類阻燃劑因生煙量低、產(chǎn)生的腐蝕性氣體少而受到重視。尤其磷酸酯三聚氰胺鹽籠狀結(jié)構(gòu)研制成功，使它具有更豐富的碳源和酸源，改善了碳源、酸源和氣源的比例，提高了阻燃性能。北京大學的歐育湘教授等也合成了一系列環(huán)狀或籠狀磷酸酯阻燃劑[17]。
（三） 阻燃劑的新發(fā)展
目前，所用阻燃劑主要有含鹵化合物、含磷化合物、鹵一磷化合物、無機添加劑及膨脹型阻燃劑。其中含鹵阻燃劑是目前世界產(chǎn)量最大的有機阻燃劑之一，但由于鹵系阻燃劑在燃燒時會產(chǎn)生有毒、腐蝕性氣體及煙霧，造成二次公害，引起了人們的普遍關(guān)注。阻燃劑無鹵化呼聲日益高漲，2003年11月歐盟國家已經(jīng)明令禁用五溴二苯醚和十一溴二苯醚等含鹵素阻燃劑。而無機添加型阻燃劑由于添加量大，對材料（高聚物）性能，尤其是力學性能影響嚴重，也不是理想的阻燃劑。
在無鹵阻燃體系中，膨脹阻燃劑是重要的一類。膨脹阻燃劑優(yōu)于含鹵阻燃劑之處在于其燃燒時煙霧小，而且放出的氣體無害。另外，膨脹阻燃劑生成的炭層可以吸附熔融、著火的聚合物,防止其滴落傳播火災，因此，是比較有發(fā)展前途的阻燃劑。而無機水合物的阻燃劑如Mg(0H)2、A1(0H)3等將向微細化及納米化方向發(fā)展[16]，而且單一阻燃劑將被復合型具有協(xié)同效應的阻燃劑所替代。其中納米復合材料將作為阻燃的一種新途徑。北京潔爾爽高科技有限公司和山東巨龍化工有限公司生產(chǎn)的羊毛阻燃劑AFW是鋯、鈦鹽的復合物。
氮系阻燃劑
磷酸氫二銨[(NH4)2HP04]、氯化銨[NH4Cl]、硫酸銨[(NH4)2SO4]等銨鹽目前已經(jīng)很少使用，近期開發(fā)成功了三聚氰胺基聚合物，可用于聚氨酯和聚酰胺的阻燃，其作用較為明顯。這種阻燃劑不需添加其它任何助劑，且添加量少，可用于多種聚合物，因此具有良好的經(jīng)濟效益。
膨脹型石墨阻燃劑[l8]
膨脹型石墨(EG)是一種近期發(fā)展起來的無鹵無機膨脹型阻燃劑，它資源豐富、制造簡單、價格低廉、無毒、低煙，當將其與某些協(xié)效劑共同使用時，阻燃效果良好?？捎米鯡G阻燃協(xié)效劑的有：(1)磷化合物，如紅磷，聚磷酸銨，三聚氰胺磷酸鹽，磷酸胍；(2)金屬氧化物，如三氧化二銻，五氧化二銻，氧化鎂，硼酸鋅(2Zn0·3B203·3H20，4zn0·6B203·7H20)，八鉬酸銨等。
超細化
目前，AL(0H)3、Mg(0H)2的超細化、納米化是主要研究開發(fā)方向。AL(0H)3、Mg(0H)2的大量添加會降低材料的機械性能，然而填充微細化AI(0H)3、Mg(0H)2，反而會起到剛性粒子增塑增強的效果。特別是納米級材料。由于阻燃作用的發(fā)揮是由化學反應所支配的，而等量的阻燃劑，其粒徑愈小，比表面積就愈大，阻燃效果就愈好。超細化也是從親和性方面考慮的，正因為AL(0H)3、Mg(0H)2與聚合物的極性不同，從而才導致以其為阻燃劑的復合材料的加工工藝和物理機械性能的下降，超細納米化的AL(0H)3、Mg(0H)2，由于增強了界面的相互作用，可以更均勻地分散在基體樹脂中，從而能更有效地改善共混料的力學性能。例如，在EEA樹脂中添加等量(100分)AL(0H)3時，AL(0H)3的平均粒徑越小，共混料的拉伸強度就越高。
表面改性
無機阻燃劑具有較強的極性與親水性，同非極性聚合物材料相容性差，界面難以形成良好的結(jié)合和粘接。為改善A1(0H)3、Mg(0H)2與聚合物間的粘接力和界面親和性，采用偶聯(lián)劑對AL(0H)3、Mg(0H)2阻燃劑進行表面處理是最為有效的方法之一。
AL(0H)3、Mg(0H)2常用的偶聯(lián)劑是硅烷和鈦酸酯類。經(jīng)硅烷處理后的AL(0H)31Mg(0H)2，阻燃效果好，能極有效提高聚酯的彎曲強度和環(huán)氧樹脂的拉伸強度；經(jīng)乙烯一硅烷處理的AL(0H)3、Mg(0H)2，可用于提高交聯(lián)乙烯一醋酸乙烯共聚物的阻燃性、耐熱性和抗?jié)裥浴?nbsp;
鈦酸酯類偶聯(lián)劑和硅烷偶聯(lián)劑可以并用，能產(chǎn)生協(xié)同效應。經(jīng)過表面改性處理后的AL(0H)3、Mg(0H)2表面活性得到了提高，增加了與樹脂之間的親和力，改善了制品的物理機械性能，增加了樹脂的加工流動性，降低了AL(0H)3＼Mg(0H)2表面的吸濕率，提高了阻燃制品的各種電氣性能，而且可將阻燃效果由FV—1級提高到FV—0級。
5.大分子鍵合處理
用大分子鍵合方式處理氫氧化鋁、氫氧化鎂的效果優(yōu)于鋁酸酯類偶聯(lián)劑。改性后的AL(0H)3、Mg(0H)2的表面張力均明顯下降，其中表面張力有極性分量大幅度下降而色散分量稍有提高。且非極性液體與處理過的AL(0H)3、Mg(0H)2的接觸角度小，接觸角度小，而極性液體與它的接觸角一般明顯增大。因而可改善填充后聚合物的機械性能。
6.泡沫整理法
泡沫整理法是將阻燃劑以泡沫的形式施加到織物上，是一種節(jié)水、節(jié)能有益于環(huán)境保護的新方法?？蛇m用于紡織品的各種后整理。如Autofoam泡沫整理系統(tǒng)，通過特殊的施加裝置，對地毯、絨類織物的阻燃整理還可以取得其它方法無法達到的良好效果。
7.阻燃增效劑
有些阻燃劑特別是無機阻燃劑單獨使用時，阻燃效果并不是很好，總有些不足的地方，克服的方法是添加與阻燃劑有協(xié)同效應的所謂增效劑。通常選用銻-磷、磷-氮等協(xié)同體系。
紅磷阻燃效率高、用量少、適用面廣，微膠囊化的紅磷克服了紅磷吸濕、易著色、易爆炸等缺點。微膠囊化技術(shù)是一種新穎的工藝，國外始于20世紀70年代初期，20世紀80年代后期國內(nèi)才有少數(shù)應用的報道。微膠囊化是一種直徑0.1-100um的微小“容器”通常是用于天然高分子膜或合成高分子膜來制這種“容器”的器壁(囊皮)。膜的厚度因微膠囊化制法及膜素材而異，一般在1—0．01μ的范圍內(nèi)。囊皮是由各種高分子化合物制成，如聚酰胺、聚酯、纖維素和膠類等，由于囊皮很薄，用溫度或壓力即能破壞而放出囊皮內(nèi)的有效物，因此可達到保護有效物的目的。由于阻燃劑微膠囊化能夠提高阻燃劑的熱穩(wěn)定性及強度，因此很有發(fā)展?jié)摿ΑＮ⒛z囊紅磷是主要的阻燃協(xié)效劑之一，它對A1(0H)3、Mg(0H)2、氮等阻燃體系都有協(xié)同作用。
硼酸鋅(2Zn0·3B203·3.5H20)和A1(0H)3、Mg(0H)2有較好的協(xié)同作用，它具有促進材料燃燒時的磷化和抑煙作用。單獨使用時也是一種阻燃劑，實驗發(fā)現(xiàn)，在EVA體系中，硼酸鋅部分代替A1(0H)3后，成炭量可以增加10倍，而且使陰燃方式轉(zhuǎn)為有焰燃燒方式。
有機硅化合物也是A1(0H)3、Mg(0H)2等的有效阻燃增效劑，它的阻燃作用主要在于燃燒時生成硅碳化物，形成燃燒進展的屏障，阻止生成揮發(fā)性物質(zhì)而增強了阻燃性。如美國通用公司開發(fā)的SFR-100，它對PE等材料具有良好的阻燃效果和抑煙效果，它與材料的相容性很好，使材料加工性能優(yōu)良。SFR-100的加入不僅提高了無鹵阻燃材料的阻燃性，而且較大地減少了無機阻燃劑的添加量，還提高了聚合物的沖擊性、熱穩(wěn)定性和表面光潔度、甚至在高填充條件下，流變性能仍很好。由于有機硅系阻燃劑的獨特性能，它們將在不能使用含鹵阻燃劑的場所獲得更廣泛的應用，以硅系化合物阻燃的高聚物將開拓新的阻燃材料市場。同時，新的硅系阻燃劑及以硅阻燃劑為基礎(chǔ)的復合物將問世。
隨著工業(yè)技術(shù)發(fā)展的不斷進步，國內(nèi)外對阻燃劑工業(yè)的需求已經(jīng)越來越高。發(fā)達國家對阻燃劑工業(yè)相當重視，新的阻燃劑層出不窮。相比之下，我國的阻燃劑工業(yè)在開發(fā)新產(chǎn)品方面有待于進一步提高，大部分都停留在仿制國外產(chǎn)品階段。目前我國的科學家正在積極開展新一代的阻燃劑的研究工作。隨著加工設(shè)備的改進以及研究力量的日益增強，各項性能更好的阻燃劑將會供應市場。。綜合說來，今后阻燃劑的發(fā)展大致有以下幾種趨勢：
1、開發(fā)高效、無毒、對材料性能影響小的阻燃劑。從而導致反應型阻燃劑的開發(fā)以及具有良好的相溶性的添加型阻燃劑的開發(fā)。
2、開發(fā)具有協(xié)同作用的阻燃劑，如磷P、氮N、溴Br、在分子或分子間的結(jié)合。
3、具有不同應用范圍的系列阻燃劑的開發(fā)
4、開發(fā)各種混紡織物用耐久阻燃劑
第五節(jié).阻燃纖維與阻燃織物的生產(chǎn)途徑
纖維及紡織品的阻燃方法大致分為兩種:纖維的阻燃改性和阻燃整理。對于棉、毛、麻等天然纖維,只有采用后整理的阻燃方法,即通過吸附沉積、化學鍵合、非極性范德華力結(jié)合及粘合等作用,使阻燃劑固著在織物或紗線上,從而獲得阻燃效果。對于滌綸、腈綸、維綸等合成纖維,則可在紡絲過程中加入阻燃劑,然后通過共聚或共混改性的方法使纖維具有阻燃性。當然,合成纖維也可以通過阻燃后整理來獲得阻燃性能。兩種方法相比而言,阻燃后整理方法工藝簡單,投資少,見效快,比較適合開發(fā)新產(chǎn)品。但后整理技術(shù)對織物的強力、手感和色光有一定的影響,且阻燃耐久性不如原絲改性。
一.阻燃纖維
有以下幾種方法可以制得阻燃（主要是合成）纖維：
共聚法：將含有阻燃元素，主要是磷、鹵、硫，或同時含有這些元素的化合物，作為共聚單體，引入纖維高聚物分子鏈中，以提高難燃性。該法的優(yōu)點是纖維具有耐久的阻燃性，缺點是：阻燃改性單體在聚合物合成的高溫條件下易分解，或伴有副反應發(fā)生[19]，而且對纖維的性能造成一定的不良影響。
共混法：將阻燃劑加入紡絲熔體或紡絲液中，紡制阻燃纖維。該法要求阻燃劑能經(jīng)受熔體紡絲的高溫，并要求與聚合物的相容性好，不影響紡絲和后處理的正常進行，不使纖維及其制品的主要性能發(fā)生較大變化，無毒，耐久性好。
接枝共聚：采用高能輻射或化學方法接枝，使含有磷、鹵的化合物單體成為纖維高聚物的支鏈。
阻燃劑吸收法：類似分散性染料染色，使阻燃劑被纖維吸收。缺點是阻燃劑的吸收率很低，并且需要合適的表面活性劑的輔助作用。
纖維表面鹵化：纖維表面經(jīng)輻射誘導氯化后，阻燃性得到提高。缺點是：氯化纖維強度下降，熱穩(wěn)定性變差。
后整理法：用阻燃劑均勻分散液對合成纖維、織物進行涂層，使阻燃劑附著于纖維上。該法簡單易行，但織物手感差，不耐水洗。
二.阻燃織物
阻燃織物可以由阻燃纖維直接織造而成，但此法用的很少。一般是由織物用阻燃劑經(jīng)后整理而成，根據(jù)阻燃劑和織物的品種以及織物的用途，采用不同的整理方法。
1.浸軋焙烘法
此種方法是阻燃整理工藝中應用最廣的一種，其工藝流程為：浸軋→ 預烘→ 焙烘→水洗→后處理。此法可以和其它整理同浴完成，如柔軟整理等。
竭染法
該法又稱吸盡法。此種工藝是將織物在阻燃液中浸漬一定時間，再干燥焙烘后處理。一般用于疏水性合成纖維織物，要求阻燃劑和纖維具有親和性。這種阻燃整理法有時可與染色同浴進行。阻燃效果一般不是太好。
涂布法
涂布法是把阻燃劑混入交聯(lián)劑或粘合劑中，使其固著在織物上的一種整理方法。根據(jù)機械設(shè)備的不同分為刮刀涂布法、澆鑄涂布法和壓延涂布法。不同的產(chǎn)品采用不同的方法。
刮刀法是先將阻燃劑等配制成的漿料，用刮刀直接涂布在織物上，這種方法也叫涂層法；澆鑄法是將阻燃劑漿料澆鑄成薄膜加壓附著在織物上，此法適用于需要高阻燃劑含量的大型帷幕和土木工程用的制品；壓延法是將阻燃劑漿料在壓延機上制成薄膜，再粘合在織物上。
有機溶劑法
該法可直接使用非水溶性的阻燃劑，其優(yōu)點是阻燃整理工藝時間短、能耗低。但需要溶劑回收裝置，還要注意溶劑的毒性和燃燒性。
噴霧法
有手工噴霧和機械連續(xù)噴霧兩種。凡是不能用普通設(shè)備整理的厚型帷幕、大塊的地毯、掛毯等紡織針刺產(chǎn)品，都是在最后一道工序用手工噴霧法進行阻燃整理。對于一些表面蓬松、有花紋、簇絨或絨頭起毛的織物，一般都可采用連續(xù)噴霧法。
三 .幾種不同纖維織物的阻燃
(一).滌綸纖維與織物的阻燃
隨著有機高分子材料的應用領(lǐng)域越來越廣泛,其缺點也越來越突出,特別是易燃性。在合成纖維中,聚酯纖維與人的生活關(guān)系最密切,它又屬于可燃纖維,所以滌綸纖維的阻燃化很受重視。
自70年代以來,世界各國對聚酯纖維的研究和應用開發(fā)非?；钴S,專利文獻大量涌現(xiàn),新的阻燃聚酯纖維產(chǎn)品不斷問世。若按生產(chǎn)工藝過程對其阻燃方法進行分類,則可歸納為以下5種:
a)在酯交換或縮聚階段加入反應型阻燃劑進行共縮聚;
b)在熔融紡絲前向熔體中加入添加型阻燃劑;
c)以普通聚酯與含有阻燃成分的聚酯進行復合紡絲;
d)在聚酯纖維或織物上與反應型阻燃劑進行接枝共聚;
e)對聚酯纖維織物進行阻燃后處理。
第a)至c)種方法屬于原絲的阻燃改性;第d)和e)種方法屬于表面處理改性。滌綸的阻燃改性(不考慮織物的阻燃后整理)有共混改性和共聚改性兩種方法。共混改性是在聚脂切片制造過程中添加共混阻燃劑制造阻燃切片或在紡絲時添加阻燃劑與聚酯熔體共混制共混阻燃纖維；共聚改性就是在制造聚酯過程中加入共聚型阻燃劑做單體通過共聚方法制造阻燃聚酯。近期有在滌綸纖維中添加無機粉末作為阻燃劑的報道，但是到目前為止，已工業(yè)化的阻燃聚脂纖維品種主要是采用共聚法和共混法阻燃改性方法。
1.阻燃滌綸纖維
①共聚阻燃改性
由于這種方法使阻燃劑結(jié)合到大分子鏈上, 因此其阻燃耐久性極佳。作為阻燃共聚單體, 除了含有阻燃元素、具有反應性基團, 能經(jīng)受酯交換和縮聚過程長時間的高溫作用外,還要考慮對紡絲工藝、加工性及對纖維其它性能的影響程度。文獻上報道較多的阻燃性共聚單體和齊聚物的例子見表。
到目前為止, 已工業(yè)化的阻燃聚酯纖維品種主要是采用共聚阻燃改性方法, 其實例如下:
(1)Dacro- 900F 美國杜邦公司于1974年生產(chǎn)。它是用四嗅雙酚A 雙羥乙基醚作阻燃共聚單體, 與DM T、EG 經(jīng)酯交換、共縮聚后熔融紡絲制得, 其溴含量為6% 左右, 限氧指數(shù)27～ 28。該纖維的熔點比普通聚酯纖維低得多, 因此, 熱定型溫度要比普通聚酯纖維低30℃。它對分散染料有良好的染色性, 染淺色時, 可在沸點不用載體進行染色。該纖維因價格高和聚合物熔融性問題而于1976年停產(chǎn)。我國吉林化學纖維研究所對該纖維也進行了研究, 并通過了中試。
(2) T revira CS 德國赫斯特公司及其美國的子公司生產(chǎn)。目前已開發(fā)出多種規(guī)格和型號, 如220、271、690、870等。根據(jù)該公司的專利推斷, 它們可能是用含有羥基的次膦酸衍生物為阻燃性共聚單體, 與DM T 和EG 經(jīng)酯交換、縮聚、紡絲制得, 磷含量約1%。
T revira 系阻燃聚酯纖維的主要品種為270和271, 它們的物理性能、外觀、紡織與染整加工基本上與普通聚酯纖維相同。這種纖維的結(jié)構(gòu)疏松, 分散染料對它有高度的親和力,上染速度快。若染淺色或中等色澤, 在沸騰溫度下可不用載體; 若染深色或黑色, 每升染液加1 g 載體即可。染色牢度(干洗、摩擦等) 與普通聚酯纖維相同。阻燃性能良好, 限氧指數(shù)26。產(chǎn)品多用于織造家俱布、帷幕、窗簾、地毯及汔車沙發(fā)布等織物。T revira 271是1977年研制成功的, 具有持久的阻燃性、良好的染色性, 能耐強酸強堿, 毒性低等特點, 主要用于兒童睡衣、工作服、輕質(zhì)帳蓬、家俱裝飾物、床上用品和睡袋等。
(3)W istel FR 意大利Sn ia 公司1977年開始生產(chǎn)這種阻燃聚酯纖維。它是用四溴雙酚、二羥乙基醚或2, 2- 二[ 4 (2-羥基乙氧基-3, 5-二溴苯基]丙烷和3, 5-間苯二甲酸二甲酯-1-碘酸鈉為阻燃共聚單體, 與DM T、EG 經(jīng)酯交換、縮聚、熔融紡絲制得。纖維中溴和硫的含量分別為4. 5% 和0. 3%。含硫共聚單體的作用主要是減少溴系阻燃劑對纖維的耐光性和熱穩(wěn)定性所帶來的不利影響, 并且使溴系阻燃劑在燃燒區(qū)內(nèi)緩慢分解, 從而提高阻燃效果。W istel FR 纖維的分子量不高(Mn= 1. 4×104) , 強度比普通聚酯纖維低, 但并不影響紡織加工。有良好的染色性和色牢度, 陰離子染料可染, 但在強酸性介質(zhì)中(pH < 3) 會發(fā)生輕度水解。
W istel FR 可以純紡, 也可與其它纖維混紡, 用于制造嬰兒睡衣、薄型帷幕、窗簾、家俱裝飾布、旅行毯等, 產(chǎn)品的限氧指數(shù)為26～27, 并且沒有熔滴現(xiàn)象。
(4)Heim 日本東洋紡公司1973年生產(chǎn)的阻燃聚酯纖維。它是用聚苯膦酸二苯硯酯劑聚物與聚酯原料混合進行共縮聚制得。纖維中的含磷量為0. 4% , 具有優(yōu)異的阻燃性, 限氧指數(shù)28～ 33, 各項物理指標及后加工性能與普通聚酯相似, 但其染色性比普通聚酯纖維好, 用分散染料可染得較濃的深色。耐紫外線及耐熱性與普通聚酯纖維相近。Heim 纖維主要用于窗簾(薄型花紗窗簾及懸掛的帷幕)、地毯、椅子的座套、車輛船舶內(nèi)的裝飾品、床上用品(被褥、床罩、枕套等) 及衣料等。
(5)GH 這是日本東洋紡公司因Heim 纖維法時存在的問題(水解穩(wěn)定性差) , 于1977年開發(fā)的另一個阻燃聚酯纖維。它是用含有羥基、羧基或酯基的環(huán)狀膦酸酯與DM T或TPA、EG 縮聚、熔融紡絲制得。它避免了Heim 纖維中磷出現(xiàn)在主鏈上, 而是位于側(cè)鏈上, 具有優(yōu)異的耐水解性。GH 纖維的磷含量約為1% , 限氧指數(shù)達30～32, 對人和魚的急性口服毒性較低。Am es 試驗呈陰性, 對人的皮膚刺激性小，比普通聚酯纖維更易用分散染料染色。
此外, 日本東麗公司1973年開發(fā)的U nf la 阻燃聚酯纖維可能也是通過共聚改性的方法制得的, 文獻中并未透露其中的阻燃組分。日本帝人公司1973年也開發(fā)出基于含磷共聚物制得的Ex tar 阻燃聚酯纖維。但是, 也有人認為U nf la 和Ex tar 阻燃聚酯纖維是由共混阻燃改性方法制得。國內(nèi)近來也在研究含溴和含磷兩個系列的共聚改性型阻燃聚酯纖維, 并且取得了一定了進展。
②共混(添加) 阻燃改性
這種阻燃改性方法較共聚阻燃改性簡單易行, 操作費用低, 其阻燃耐久性雖不及共聚改性方法, 但較阻燃整理方法好得多。然而, 選擇適宜的阻燃劑的困難性阻礙了此種方法的廣泛采用。文獻上報道較多的聚酯用添加型阻燃劑的例子見表3。盡管以共混(添加) 阻燃改性方法制備阻燃聚酯纖維的專利文獻很多, 但已工業(yè)化的品種卻較少, 遠遠少于共聚阻燃改性方法。商標為F irem aster- 935和Fo rf lam 的阻燃聚酯纖維是共混紡絲改性的例子, 前者是以多溴二苯醚為阻燃添加劑, 后是以含磷的齊聚物作阻燃劑與聚酯共混紡絲而得。近年來, 國內(nèi)在這方面也開展了不少工作, 但基本上都是采用小分子有機物或無機物作阻燃添加劑, 其可紡性存在很大問題, 并且阻燃劑添加量多, 對纖維的其它性能影響也較大, 因此尚無綜合性能較好的阻燃聚酯纖維投放市場。王玉忠等近年來合成了一系列聚合物型阻燃劑, 系統(tǒng)研究了阻燃劑添加于聚酯后對體系各種性能的影響, 其中的聚苯膦酸二苯硯酯齊聚物已成功地應用于紡制阻燃聚酯纖維。阻燃劑的添加量為4 w t% 的聚酯纖維, 氧指數(shù)即可達到28以上, 并且具有很好的染色性能。
③復合紡絲阻燃改性
這種原絲的阻燃改性方法不及上述兩種方法普遍, 主要因為需要復雜的紡絲設(shè)備。近年來用復合紡絲法制備阻燃聚酯纖維多采用皮- 芯型結(jié)構(gòu), 即以共聚型或添加型阻燃聚酯為芯, 普通聚酯為皮層復合紡制而成。這樣既可以防止鹵素阻燃劑過早分解鹵化氫離開火焰而影響阻燃效果, 又可防止某些含磷阻燃劑不耐高溫的缺點, 并且還使纖維保持原有的外觀、白度和染色性。若將阻燃組份與聚酯偏心紡絲, 則可提高阻燃復合聚酯纖維的彈性恢復率。
聚酯用添加型阻燃劑
2.滌綸的阻燃整理
滌綸纖維織物的阻燃整理改性方法工藝簡單、成本低,從流通的多樣性及對阻燃要求程度多方面的適應性來看,較原絲改性方法有利。但阻燃劑如果用量多,則對織物的手感和色澤影響較大。聚酯纖維織物阻燃整理的方法大致有以下三類:
1)將阻燃劑設(shè)計成象分散染料那樣的吸附型結(jié)構(gòu),采用整理—染色一浴法工藝。如阻燃劑JLSUN®ATF.
2)用熱溶法將與聚酯纖維親和性很大的阻燃劑固著在纖維上。適合于這種方法的阻燃劑品種不多,對手感影響小。如阻燃劑JLSUN®ATP.
3)用粘合劑將如十溴聯(lián)苯醚、、三氧化二銻、五氧化二銻等非水溶性固體阻燃劑固著在纖維表面。然后用涂布或浸軋—干燥—熱定型方法固著,從而使聚酯纖維具有阻燃效果。該方法的主要缺陷是易使纖維發(fā)生染料滲色,摩擦牢度低,手感差，有白霜現(xiàn)象，整理液穩(wěn)定性差等問題。常見的幾種聚酯纖維織物的阻燃工藝如下：
①.非耐久性阻燃整理
滌綸織物的非耐久阻燃整理與棉織物相似，也是用一定濃度的硼砂-硼酸、聚磷酸銨等的溶液進行整理，整理后的織物通過調(diào)節(jié)增重一般都能達到所要求的阻燃效果。較難處理的是薄型滌綸織物，通常在相同的增重下，單位面積質(zhì)量越大的織物，阻燃效果越好，因此稀薄織物往往需要較高的增重率。而薄織物對阻燃劑的吸附不能象厚織物一樣充分，阻燃劑易于在織物表面形成白霜，產(chǎn)生阻燃劑滲出的現(xiàn)象，影響外觀和手感。所以，薄型滌綸織物的阻燃整理要兼顧織物的阻燃性能和整理效果。
②.六溴環(huán)十二烷耐久阻燃整理工藝
六溴環(huán)十二烷阻燃整理工藝，采用用高溫高壓同浴染色的方法，也可使用傳統(tǒng)的軋焙烘工藝，效果較好的方法是高溫高壓同浴染色工藝，但實驗證實單獨的六溴環(huán)十二烷用于聚酯纖維織物的阻燃效果并不理想，需要加入增效劑等利用協(xié)同效應提高其阻燃性能，其代表品種是北京潔爾爽高科技有限公司的JLSUN® ATF。
工藝配方：15%-30%阻燃整理劑(JLSUN® ATF對織物重)，PH值5.0左右，染料適量。
工藝流程：分散染料與阻燃劑同浴(130℃~135℃，40~60分鐘)→水洗→烘干→定型(180℃，1-2分鐘)
ATF阻燃整理滌綸織物的阻燃性、耐洗性、手感均較好，不足之處是白色的六溴環(huán)十二烷吸附在織物上，會導致織物色澤變澤，可在整理過程中稍稍加大染料的用量加以解決。
③.環(huán)膦酸脂耐久阻燃整理工藝
這類阻燃劑的特點是效果好、耐久性高、毒性小、不含鹵素，符合生態(tài)紡織品要求。其代表產(chǎn)品有美國Mobilchem公司的Antiblaze 19T、德國Herst公司的TPM9007、北京潔爾爽高科技有限公司的ATP。
該類阻燃劑是一種新型的耐洗型阻燃劑，適用于純滌綸織物耐久阻燃整理。該產(chǎn)品使用方便，可在常規(guī)設(shè)備上應用，只需較低的用量，就能達到優(yōu)良的阻燃效果，阻燃指標達到國家標準B2級以上。阻燃整理不影響織物的手感和色澤，不減低織物的強度，耐洗次數(shù)達30次以上。阻燃加工過程中不產(chǎn)生任何刺激性氣味，無毒，可安全使用。其中JLSUN® ATP阻燃劑外觀為無色至淺黃色透明粘液，比重1.2-1.3g/cm3，含磷量大于19，PH：4-6,可溶于水。
使用工藝：
在阻燃整理前最好做堿減量處理，以改變滌綸纖維吸水性差，帶液低的弱點，有效去除織物表面的雜質(zhì)，防止其他助劑存在，提高阻燃整理效果。
工藝配方： NaOH 20-30g/l
陰離子滲透劑 0.2 –0.5g/l
處理溫度與時間：95-100℃ 20-60 分鐘
處理過的織物充分水洗，去除殘堿后烘干
B. 阻燃整理：
阻燃劑ATP的使用量隨織物的厚度不同而作相應的調(diào)整。
(a) 處方： ATP阻燃劑 90-180g/l
5-10% NaOH 調(diào)pH 值至 6-6.5
工藝配方也可以加入交聯(lián)劑、防泳移劑、柔軟劑，以進一步提高效果，但要求進行配伍性實驗。
(b)化料操作：
先加入少量軟水，再加入所需的ATP，充分溶解。用5-10% NaOH溶液滴加至溶液的pH 值至 6-6.5，加入80%水，再加入其他助劑后攪拌，并用水稀釋至規(guī)定刻度。配制好的工作液應盡快使用。
（c）工藝流程： 二浸二軋（軋液率 50-70%）→烘干（100℃/1-2min）→焙烘（185-195℃/1.5-2min）→水洗→烘干
注意事項：
上述工藝配方和工藝過程根據(jù)具體加工條件作適當調(diào)整。
(a)加入其他助劑應進行必要的小試試驗
(b)焙烘溫度必須嚴格控制，否則影響耐洗性和阻燃效果
(c)對一些特殊的染料，生產(chǎn)前應做色光變化小試。
(二).腈氯綸阻燃纖維
腈氯綸阻燃纖維，又稱改性聚丙烯腈纖維或阻燃腈綸(modified acrylic-modacrylic),是通過共聚或共混等方法制成的一種耐久性阻燃纖維。近年來，隨著功能性材料的發(fā)展，腈氯綸纖維在我國有了越來越多的應用，作為一種阻燃材料越來越受到人們的重視。
改性聚丙烯腈是丙烯腈與第二、第三單體的共聚纖維，與普通聚丙烯腈纖維相比，第一單體丙烯腈的含量通常在60%以下。第二單體通常為氯乙烯或偏二氯乙烯，第二單體的引入使纖維獲得阻燃性能。第三單體為親染料基團，第三單體的含量較低，引入的目的在于改善纖維的染色性能。因此，改性聚丙烯腈纖維既具有常規(guī)腈綸纖維手感柔軟、色彩艷麗、服用舒適的特點，又天然具有阻燃的性能，是一種性能優(yōu)良的纖維，下表列出了兩種國產(chǎn)纖維的指標對比情況。
表 11 腈綸纖維與腈氯綸纖維的物性典型指標
|
項目 |
常規(guī)腈綸 |
改性腈綸 |
|
強度，g/d |
(1.5D) 2.3-2.8 |
(1.5D)2.7 |
|
卷曲數(shù)，個/10cm |
≥40 |
50 |
|
沸水收縮率，% |
≤4 |
3.4 |
|
纖維含油率，% |
≤±0.15 |
0.7 |
|
超長纖維，% |
≤3 |
4.0 |
|
回潮率，% |
2.0-2.8 |
4.57 |
|
極限氧指數(shù)，% |
16-18 |
29.5-33.4 |
腈氯綸纖維最早由美國聯(lián)合碳化物公司Dynel投入工業(yè)生產(chǎn)，另外較早研究并投入批量生產(chǎn)的有日本鐘淵化學工業(yè)株式會社的腈氯綸纖維，日本鐘紡公司Lufnen纖維，以及意大利Snia公司的Velicren等，我國通過引進意大利公司的成套設(shè)備和生產(chǎn)技術(shù)，采用國產(chǎn)原料已經(jīng)完全能夠自主生產(chǎn)。表12為一種日本產(chǎn)腈氯綸纖維與國產(chǎn)腈氯綸纖維的指標對比。
表12 日本產(chǎn)腈氯綸纖維與國產(chǎn)腈氯綸纖維的指標對比
|
項目 |
進口腈氯綸 |
國產(chǎn)腈氯綸 |
|
纖度偏差，% |
3.78 |
-4.79 |
|
強度，g/d |
2.5 |
3.2 |
|
卷曲數(shù)，個/10cm |
55 |
49 |
|
沸水收縮率，% |
≤3 |
3.7 |
|
超長纖維，% |
3.2 |
4.4 |
|
回潮率，% |
2.48 |
3.83 |
|
極限氧指數(shù)，% |
29-34 |
28-34 |
腈氯綸的生產(chǎn)方法：
世界上已工業(yè)化生產(chǎn)的阻燃腈氯綸產(chǎn)品大多是采用共聚法制造的，即將含阻燃元素的乙烯基化合物作為共聚單體，與丙烯腈進行共聚而實現(xiàn)阻燃改性。下表為部分腈氯綸商品的生產(chǎn)工藝路線。其阻燃單體主要以偏氯乙烯為主，這是因為丙烯腈和偏氯乙烯可在常壓下聚合，用偏二氯乙烯作阻燃共聚單體，具有投資少和工藝簡單等優(yōu)點，生產(chǎn)的纖維含氯量比氯乙烯作單體的纖維高，即纖維的LOI高，阻燃性好。但根據(jù)不同的技術(shù)要求和工藝路線，也可使用氯乙烯甚至溴乙烯作阻燃共聚單體。腈氯綸的生產(chǎn)，一般可分為聚合、紡絲和回收3部分。相比較而言，回收屬典型的化工分離過程，生產(chǎn)原理和操作較簡單，而聚合和紡絲則要復雜得多。
表13
|
名稱 |
生產(chǎn)廠家 |
阻燃單體 |
聚合工藝 |
紡絲工藝 |
溶劑 |
|
開來司綸N |
日本 旭化成 |
VDC |
沉淀 |
濕紡 |
硝酸 |
|
勒夫綸 |
日本鐘紡 |
VDC |
溶液 |
濕紡 |
二甲基甲酰胺 |
|
恩夫拉 |
日本東麗 |
VDC |
溶液 |
濕紡 |
二甲基亞砜 |
|
卡耐卡綸 |
日本鐘淵 |
VDC |
沉淀 |
濕紡 |
丙酮 |
|
代納爾 |
美國U.C.C |
VDC |
沉淀 |
濕紡 |
丙酮 |
|
奧綸FLR |
美國杜邦 |
VDC |
沉淀 |
干紡 |
二甲基乙酰胺 |
|
蒂克綸 |
英國Courtaulds |
VDC |
沉淀 |
濕紡 |
丙酮 |
|
韋利克綸FR |
意大利Snia Viscosa |
VDC |
溶液 |
濕紡 |
二甲基甲酰胺 |
|
德拉綸C |
德國Bayer |
VDC |
沉淀 |
干紡 |
二甲基甲酰胺 |
|
腈氯綸 |
中國 撫順阻燃腈綸廠 |
VDC |
溶液 |
濕紡 |
二甲基甲酰胺 |
聚合
紡制腈氯綸所用共聚合物的聚合工藝，按原液制備方法可分為2種，即一步法和兩步法。按照生成共聚物的狀態(tài)，可分為沉淀聚合和溶液聚合2類。沉淀聚合是指單體溶于聚合介質(zhì)，而共聚物則不溶于聚合介質(zhì)，以沉淀的形式析出，這屬于兩步法生產(chǎn)工藝。沉淀聚合又分乳相共聚和水相共聚。前者產(chǎn)品組成均勻，共聚物質(zhì)量好，但反應時間長，成本高，回收困難；后者則反應濕度低，時間短，分子量和轉(zhuǎn)化率較高。溶液聚合是指單體和共聚物均溶于聚合介質(zhì)，聚合溶液脫單體后可直接紡絲，這屬于兩步法工藝。其特點是工藝流程短，占地少，反應時間長，轉(zhuǎn)化率低，自動控制復雜。一般來說，共聚合是容易的，但要得到理想的能紡出優(yōu)質(zhì)纖維的共聚物是很復雜的。共聚合所控制的主要工藝參數(shù)是單體的配比、共聚溫度、停留時間和引發(fā)劑的加入量，控制的主要目標是共聚物粘度和分子量。
腈氯綸纖維的基本性質(zhì)特點：腈氯綸纖維具有普通腈綸纖維的柔軟、極類似棉、毛等天然纖維的手感。由于其聚合物分子的無晶態(tài)結(jié)構(gòu)，因此，像普通腈綸那樣，沒有固定的熔點，受熱后逐漸軟化，至140-180℃時纖維硬化不可回復。利用其熱可塑性可以制造一些特殊織物。
生產(chǎn)改性腈綸纖維中的阻燃劑一般采用鹵系阻燃劑，鹵系阻燃劑的阻燃效果以及與有機合成材料的相容性在阻燃領(lǐng)域內(nèi)是公認的，但鹵系阻燃劑在材料燃燒時產(chǎn)生有毒煙氣，但在目前階段，采用鹵系阻燃劑進行阻燃改性仍然是一種重要的方法。
腈氯綸纖維具有很好的染色性能，像普通腈綸一樣，主要采用陽離子染色工藝。在腈氯綸纖維與其他纖維混合使用時，要考慮混合纖維的加工性能與腈氯綸纖維加工工藝的匹配問題。
(三).棉織物的阻燃整理
在天然纖維中，棉織物因為具有柔軟的觸感，優(yōu)良的吸汗吸濕性和抗靜電性等優(yōu)點，受到了人們的普遍歡迎和廣泛接受。但同是它屬于可燃性纖維,LOI值一般在17～19之間,所以必須對其進行阻燃處理。
1.非耐久性阻燃整理：
棉織物的非耐久性阻燃整理，通常是用硼砂-硼酸、磷酸胺、氯化銨、胍類、聚磷酸銨等含磷、氮、硼的阻燃劑，配成一定濃度的溶液，均勻地施加于織物，烘干即可。上述阻燃劑經(jīng)適當?shù)幕旌蠌团涫褂?，能產(chǎn)生阻燃協(xié)同作用，效果比單組分阻燃劑有不同程度的提高。為達到良好的阻燃效果，織物的增重應在10%以上，并要保證阻燃劑在織物上的均勻分布。
盡管棉織物的非耐久性阻燃整理工藝比較簡單、成熟，但實際生產(chǎn)中也時常出現(xiàn)一些問題。比如有些類型的阻燃劑易于吸潮，整理后的織物在一定濕度的空氣中嚴重吸潮，影響阻燃織物的整體效果；有的阻燃劑則過于干燥，整理后的織物不是手感過硬，就是易于在深色織物上泛白。因些，要達到滿意的整體效果，應根據(jù)產(chǎn)品需要選擇合適的阻燃劑。
非耐久性阻燃整理成本低廉，工藝簡單，阻燃效果好，在大量的一次性阻燃產(chǎn)品中占有一定的市場份額。北京潔爾爽高科技有限公司生產(chǎn)的Scj-968具有代表意義。
阻燃劑SCJ-968阻燃效果良好，適用于天然纖維織物和紙張的阻燃整理，還適用于賓館、汽車等使用的內(nèi)裝飾材料的阻燃整理。SCJ-968外觀為無色透明液體，含固量大于15%，能與水互溶，PH值=7-8。主要用于棉織物的一次性用品的阻燃整理。使用方法：織物→浸軋或浸漬阻燃液（SCJ-968 30-50%）→烘干。也可以將SCJ-968 (30-50%)直接噴灑到房間內(nèi)的窗簾、壁紙、沙發(fā)、地毯等裝飾織物和吸收性材料上，涼干后即可獲得良好的阻燃效果。
2.耐久性阻燃整理
關(guān)于棉織物的耐久阻燃整理，國外曾有過大量的研究與試驗，用于純棉織物耐久性阻燃整理的方法較多,優(yōu)劣各異，國內(nèi)對于純棉織物耐久性阻燃整理的研究始于1958年。當時主要應用四羥甲基氯化膦(THPC)和脲醛樹脂,以浸軋焙烘工藝對純棉織物進行整理。由于生產(chǎn)氣味較大,織物手感硬,強力損失高而未能批量生產(chǎn)。到70年代曾改用膦氰樹脂等阻燃劑對純棉織物進行小批量整理,其它品種因毒性或工藝復雜都未能工業(yè)化生產(chǎn)。80年代,由于國內(nèi)市場的需要,北京、遼寧、河南、浙江等地先后建立了氨薰法純棉織物阻燃整理生產(chǎn)線。但一直未能大規(guī)模生產(chǎn)。這一方面與阻燃劑價格較高有關(guān),另一方面其較硬的手感和較大的強力損失也影響了其推廣應用。直到1988年和1990年國家頒布阻燃防護服標準之后,并隨著出口量的增加，阻燃產(chǎn)品才開始較大量的生產(chǎn)和應用。目前國際上最流行、效果最佳的的阻燃整理有Pyrovatex CP，Proban,THPC,Fyrol-76等。
①N-羥甲基-3-(二甲氧基膦酰基)丙烯酰胺阻燃整理工藝。這類含氮有機磷酸酯類化合物代表品種有PyrovatexTM CP和JLSUN® CP，它適用于加工棉、麻、粘膠等纖維素纖維的耐久性阻燃整理。一般與甲醚化羥甲基三聚氰胺(TMM)等化學助劑聯(lián)合使用,采用浸軋—焙烘—皂洗常規(guī)工藝。當其用量為30%～45%時,所整理的純棉厚織物和薄織物的阻燃性、耐洗牢度、強力損失都較為理想。又因該阻燃劑具有合成簡單,應用方便,低毒等優(yōu)點而備受推崇。
阻燃劑JLSUN®CP外觀皆為淡黃色透明溶液，含固量80%，為非危險品。阻燃劑JLSUN®CP使用方法簡單，可在常規(guī)印染設(shè)備上進行處理，能與各種整理助劑理相溶。阻燃劑CP阻燃處理后的織物無續(xù)燃和陰燃現(xiàn)象，阻燃效果耐洗3O次以上，阻燃產(chǎn)品降強小，手感良好。
其典型的工藝配方如下：
阻燃劑JLSUN®CP 300-450克/升
六羥樹脂（6MD） 80-100克/升
柔軟劑 S-960 30 克/升
磷酸 20克/升
工藝流程： 棉織物—>浸軋（二浸二軋，軋液率65-70%）—>烘干（105℃）--->焙烘(160-170℃ 3-4min)—>堿洗（平洗槽 第一槽20克/升碳酸鈉, 第二槽10克/升碳酸鈉，第三槽 5克/升碳酸鈉）—>水洗—>烘干。
JLSUN® CP與多羥甲基三聚氰胺樹脂共用，在整理過程中與棉纖維素的羥基發(fā)生化學反應，這是其具有耐久性的根本原因。也正是使用了樹脂與酸性催化，致使整理后的織物強力下降，通常強力降低約20%-30%左右。另外使用樹脂會在織物上殘留甲醛，在倡導綠色環(huán)保的呼聲日益高漲的今天，殘留甲醛是一個待解決的問題。
②THPC阻燃工藝
THPC(四羥甲基鹵化膦),分子式為(CH2OH)4PCl。THPC-脲-TMM體系是美國農(nóng)業(yè)部南部研究中心開發(fā)的用于棉布的耐久性整理。由于THPC在生產(chǎn)和使用工程中,有可能產(chǎn)生致癌物質(zhì),所以又開發(fā)了四羥甲基硫酸磷(THPS)。到1981年改為THPS-脲-TMM體系。目前許多阻燃劑的開發(fā)是在THPC基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。如瑞士Ciba-Geigy公司開發(fā)的Pyrovatex3726;英國AlbrightWillson公司開發(fā)的Proban整理。國內(nèi)也已經(jīng)有上海紡織科學研究院、山東巨龍化工有限公司等單位開發(fā)出相應的產(chǎn)品。該方法對純棉織物的阻燃整理可獲得極佳的阻燃性和耐久牢度。對滌棉織物的耐久整理也有較好的效果。
Proban是英國Albright Willson公司80年代初的產(chǎn)品和技術(shù)。傳統(tǒng)的Proban法是THPC(四羥甲基氯化磷)浸軋焙烘的工藝，改良的方法是Proban/氨薰工藝。Proban是THPC與尿素的預縮體，浸軋液組成為：
阻燃劑預縮體 20%-50%
醋酸鈉(無水) 0.8%-2%
非離子表面活性劑 0.2%
工藝流程為：浸軋→烘干→氨薰→氧化→水洗→烘干
織物經(jīng)整理液浸軋后，烘至基本干燥，控制含濕率在5%-10%之間，進入氨薰機固化，然后進行充分的氧化和皂洗。由此工藝可以看出，Proban法工藝復雜，加工時需要特殊的氨薰設(shè)備，因此使用推廣受到一定限制。但Proban法整理工藝的最大優(yōu)勢在于，整理后的織物耐洗性極佳，能承受200次洗滌，號稱能達到與棉纖維相同的使用壽命。
③Fyorl-76是美國Stauff公司于1976年開發(fā),2-(β-氯乙基)乙烯亞膦酸酯CEVP)與甲基丙烯酸酯進行縮聚后的齊聚物。含磷量高達22%,也采用傳統(tǒng)的軋烘技術(shù)。該方法較適合于對薄棉織物的阻燃整理,阻燃劑成本較高。
影響純棉織物阻燃整理效果的因素很多。包括織物的結(jié)構(gòu),助劑的性能,配方的組成,以及工藝整理過程等。就目前的整理水平來看,純棉織物整理后其阻燃效果與手感、強力之間的矛盾仍然是主要的。經(jīng)過阻燃整理的純棉織物,撕破強力損失一般為20%～25%,高者達30%左右。這對于本來強力就不太高的純棉織物矛盾更為突出。只有通過優(yōu)選配方,優(yōu)化工藝,使阻燃效果與強力損失之間達到最佳平衡狀態(tài),才能解決它們之間的矛盾。
提高撕破強力最有效的方法,就是通過添加柔軟劑以及機械方法處理。選好柔軟劑是改善織物手感和強力損失的一項很重要的措施。研制復配性能好,又能阻燃協(xié)效作用的專用柔軟劑;采用能將阻燃織物表面物理附著的較硬挺的高分子鏈節(jié)打碎的后整理設(shè)備(如白拉卡尼柔軟機),可以改善織物手感,增強阻燃防護服的舒適性,會有用力于阻燃整理的進一步推廣。
浸軋—焙烘和浸軋—氨熏兩種工藝,都無法徹底解決阻燃織物表現(xiàn)輕微的異味。這主要是由游離甲醛造成的。游離甲醛的量達到一定的程度,就會對人體造成危害，同時，我國關(guān)于紡織品安全規(guī)定的強制性國家標準GB18401-2001紡織品甲醛含量的規(guī)定中，對甲醛的含量進行了嚴格的限制(嬰兒服裝20ppm，直接接觸皮膚類75 ppm，不得高于非接觸皮膚類，不得高于300 ppm)，日本、歐洲等也有同樣的要求，而現(xiàn)行的上述耐久純棉織物的阻燃工藝中甲醛的含量一般都會超過此標準，固這是純棉阻燃織物所面臨的重大技術(shù)問題。在實踐中，一般在阻燃處理液中添加能與甲醛或其它產(chǎn)生異味的成分起化學反應的材料,加強后清洗過程并在阻燃加工的最后工序施加高效除味劑是去除阻燃織物異味的有效措施。
(四)．毛織物的阻燃整理；
羊毛的分子結(jié)構(gòu)中含有阻燃元素-氮，回潮率較高，故有較好的天然阻燃性，因此不屬于易燃纖維，但對于阻燃要求較高的場合仍需進行阻燃整理。
最早的羊毛阻燃整理是采用硼砂、硼酸溶液浸漬法，或采用常用的氮、磷阻燃劑進行整理，產(chǎn)品用于飛機上的裝飾用布。這種方法阻燃效果良好，但不耐水洗。
60年代后采用ＴＨＰＣ處理， 耐洗性較好，但工序繁復，手感粗糙，通常會破壞羊毛制品的原有風格。國際羊毛局研究的方法是采用鈦、鋯和羥基酸的絡合物對羊毛織物整理，獲得滿意的耐洗阻燃效果，且不影響羊毛的手感，故得到普遍采用。方法是用鈦或鋯的絡合物，在酸性條件下保溫浸漬一段時間后，即可使羊毛獲得阻燃性，據(jù)介紹耐水洗可達50次之多，是一種較為理想的高效阻燃方法，得到普遍的推廣。不足之處是，鋯或鈦的絡合物對毛織物的色澤可能會有影響，生產(chǎn)時應予以注意。
80年代后期以來，國內(nèi)有幾個單位研究開發(fā)毛用阻燃劑及整理工藝，獲得了滿意的結(jié)果。天津合成材料研究所研制了復合型ＷＦＲ－８６６系列阻燃劑，一種為ＷＦＲ－８６６Ｆ（以氟的絡合物為主要成份），一種為ＷＦＲ－８６６Ｂ（以含溴羥基酸為主要成份）。北京潔爾爽高科技有限公司開發(fā)了羊毛阻燃劑AFW，此種阻燃劑是鋯素鹽、鈦素鹽的復配物，適用于羊毛、毛條、紡紗、筒子、匹布染色和織物后整理及毛毯的阻燃整理。JLSUN®AFW可與染色進行同浴，也可在織物后整理采用浸漬法。
同浴用量： JLSUN®AFW-1 6%-8%(o.w.f.)
JLSUN®AFW-2 12%-16%(o.w.f.)
浸軋法： JLSUN®AFW-1 10g/L
JLSUN®AFW-2 20g/L
目前，純毛阻燃織物主要應用于飛機艙內(nèi)、高級賓館等地毯、窗簾、貼墻材料及軍隊校官以上軍服。
(五).麻類織物的阻燃整理
麻類纖維具有強力高、吸濕散濕快、絕緣好、防霉、防腐、抗靜電等特點，具有良好的衛(wèi)生保健性能及挺括大方、爽身、紋理自然、色調(diào)柔和等獨特風格。在國際紡織品市場追求返璞歸真，回歸大自然的今天，麻類制品被廣泛地應用于服裝、裝飾和其他領(lǐng)域。目前，發(fā)達國家對麻類制品的需求量日益增加，其中居室裝飾織物占20%以上，如桌布、沙發(fā)布、墻布、窗簾及床上用品等。由于麻纖維極易燃燒，用于室內(nèi)裝飾會給人身增加不安全的因素。因此，研究麻類紡織品的阻燃整理成為人們關(guān)注的課題。
亞麻、苧麻、大麻、黃麻纖維的主要成分是纖維素，纖維素在火源作用下會發(fā)生先降解、后分解的熱裂解過程，主要產(chǎn)生以下四類物質(zhì)：a 不燃燒的CO2和H2O化合物；b 極易燃燒的醛酮類化合物；c 呋喃類裂解產(chǎn)物；d 由纖維素脫水形成的的雜環(huán)類裂解產(chǎn)物。由于裂解時產(chǎn)生了大量的熱和易燃燒的物質(zhì)，因此就產(chǎn)生了火焰，發(fā)生了燃燒現(xiàn)象。
根據(jù)纖維素的熱裂解和燃燒過程可知，阻燃整理就是通過阻燃劑在纖維素的熱裂解過程中，促進脫水、脫羥反應，抑制醛酮類化合物的產(chǎn)生，促進麻纖維的脫水炭化，可減少可燃性氣體的產(chǎn)生，從而達到阻燃的效果。
麻纖維經(jīng)含磷阻燃劑整理后，由于降低了麻纖維素的起始裂解溫度，含磷阻燃劑整理劑在較低的溫度下就會分解生成磷酸，隨著溫度的上升高變成偏磷酸，繼之縮合成聚偏磷酸，聚偏磷酸是一種很強烈的脫水劑，促使纖維素炭化，抑制了可燃性裂解物的生成，從而起到阻燃作用。此外，分解產(chǎn)生的磷酸，又會形成不發(fā)揮性的保護層，既能隔絕空氣，又是纖維素燃燒中使碳氧化成一氧化碳的催化劑，因而，減少了二氧化碳的生成。由于碳生成一氧化碳的生成熱（110.4kj/mol）小于生成二氧化碳的生成熱（394.6kj/mol），這樣有效的抑制了熱量的釋放，能有效的阻止纖維素的燃燒。
由于麻類和棉纖維同屬于纖維素纖維，其阻燃工藝和棉織物基本一致，其最常用的阻燃工藝如下：
麻處理→水洗→烘干→浸軋阻燃劑JLSUN® CP工作液→預烘→焙烘→堿洗中和→烘干
(六)．錦綸織物的阻燃整理；
含氮、磷元素的阻燃劑用在滌、棉織物上效果很好，而用在錦綸織物上效果卻很不理想，而氯化物、溴化物等含鹵阻燃劑對錦綸的阻燃作用也不大，所以錦綸織物的阻燃整理不能按常規(guī)的方法進行。含硫阻燃劑如硫脲、硫氰酸銨、硫酸銨、硫胍等對錦綸有較好的阻燃效果，整理后的織物能降低錦綸的熔點，被加熱的織物很快熔融滴落，帶走熱量，使織物不能升溫燃燒。用硫脲等整理的織物不耐洗，國內(nèi)目前尚沒有一種耐洗的錦綸阻燃劑。據(jù)介紹，用硫、溴、銻化合物對錦綸塔夫綢進行涂層整理，能獲得滿意的效果，也有用羥甲基脲樹脂處理錦綸布的方法，有一定的阻燃作用。
(七)．滌／棉混紡織物的阻燃整理。
滌棉混紡織物因其同時具有純棉織物的吸濕性、透氣性等優(yōu)點及滌綸織物的高強力特性,深受消費者歡迎，一直在我國紡織面料市場中占有重要地位。但滌棉織物的可燃性超過了純棉織物和純滌織物。迄今為止，人們發(fā)現(xiàn)對滌棉織物的阻燃整理遠比對其中任一組分的阻燃要困難。其主要原因有：(1)因為棉是一種不熔融不收縮的易燃性纖維，當滌棉制品燃燒時，棉纖維發(fā)生炭化，對滌綸起了一種類似于燭芯的支架作用，從而阻礙滌綸的熔滴脫離火源；(2)滌綸和棉兩種聚合物或它們的裂解產(chǎn)物的相互熱誘導，加速了裂解產(chǎn)物的溢出，因此滌棉織物的著火速度比純滌和純棉要快得多；(3)在燃燒過程中，阻燃劑會在滌和棉兩種組分間遷移，因些，也給滌棉織物的阻燃帶來了困難；(4)滌棉混紡織物受熱時，受熱熔融的滌綸組分會覆蓋在滌綸纖維表面，而滌綸纖維及其裂解生成的炭會形成骨架，阻止織物收縮，致使熔融的滌綸成為著火區(qū)的一種燃料，使織物燃燒更加劇烈。因此，要降低滌棉織物的可燃性，需做到以下幾點：(1)混紡織物中每一組分都要進行阻燃化；(2)混紡織物阻燃整理時，采用各自合適的阻燃劑，其作用最好能互補或互不干擾；(3)消除骨架效應和兩組分的干擾作用。事實上，目前國內(nèi)外市場尚未有理想的滌/棉混紡阻燃劑。
對混紡織物的阻燃整理通常采取以下幾種方法:
通常是采用專用滌棉阻燃劑對滌棉織物進行耐久阻燃整理。目前可用于滌棉混紡織物耐久整理的阻燃劑主要有THPS-脲-TMM,LRC-100,LRC-15,F/RP-44。F/RP-44主要成分為十溴聯(lián)苯醚和三氧化二銻的水分散液。近年來,由于用溴—銻阻燃劑整理的織物燃燒時產(chǎn)生氣體的毒性腐蝕性和較大的煙密度,西歐國家已經(jīng)率先呼吁停止選用溴銻阻燃劑?，F(xiàn)在德國已經(jīng)正式宣布在織物阻燃加工時禁止使用溴銻阻燃劑,所以它用于棉織物阻燃整理的前景并不十分光明。LRC-15整理的滌棉織物既有很好的阻燃性和耐洗性,又無脫色和滲色問題,是最有使用價值,代表目前國際阻燃滌棉織物研制水平的一個產(chǎn)品。
國內(nèi)對于滌棉混紡織物的阻燃研究起步較早,山東巨龍化工有限公司、北京潔爾爽高科技有限公司等先后進行了相關(guān)研究。以原國家勞動部勞動保護科學研究所為主,解放軍總后軍需裝備研究所科技開發(fā)部為協(xié)作單位共同承擔國家“九五”攻關(guān)課題,對滌棉混紡織物的阻燃整理技術(shù)進行攻關(guān),1998年底在工廠進行了擴試。研制成功的阻燃產(chǎn)品具有較好的耐洗性能,強力高,整理后的織物沒有異味,并具有防靜電的功能，但存在著手感較硬的問題。
若滌棉混紡織物中滌綸的含量在15%以下，可采用一般的純棉阻燃整理工藝。對于50/50、65/35等常用的滌棉織物，阻燃整理的一般思路是用溴銻復合體系，采用軋-烘-焙工藝進行整理。工藝配方如下：
十溴二苯醚與三氧化二銻分散液 40%-50%
粘合劑 20%-25%
柔軟劑 3%-5%
工藝流程：浸軋(80%-100%)→烘干→焙烘(140℃，2分鐘) →水洗
關(guān)于此阻燃方法的研究，國內(nèi)有許多科研院所及生產(chǎn)廠家曾做過大量的工作，產(chǎn)品的阻燃性能較好，但存在的問題也很多，如：手感硬、粘合劑粘軋輥，色澤變化，耐洗性不好，穿著舒適性差等。所以到目前為止采用此方法整理滌棉織物的工業(yè)化生產(chǎn)還為數(shù)不多。
國外有些磷氮系阻燃劑產(chǎn)品如：Herst公司的FPK8007，Ciba-geigy公司的Pyrovatex3672、THPN等是用于滌棉織物的良好的阻燃劑。
磷氮系阻燃劑在純棉織物上是最有效的阻燃劑，并證明磷氮之間有良好的協(xié)同效應。這類阻燃劑在滌棉混紡織物上的應用也是最引人注目的，現(xiàn)將最近二十多年來報道的文獻中，不同混紡比時可能達到的阻燃效果，表14所示：
表14 不同混紡比能達到的阻燃效果
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含磷氮阻燃劑 |
滌棉混紡織物的LOI值，% |
||||
|
20/80 |
35/65 |
50/50 |
65/35 |
80/20 |
|
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SCJ-969(含磷量2%-8%) |
29-41 |
25-38 |
24-35 |
24-33 |
25-32 |
|
THPC(含磷量1%-4%) |
22-28 |
22-27 |
22-26 |
22-27 |
22-26 |
|
CP(含磷量1%-4.5%) |
26-34 |
18-32 |
19-29 |
19-27 |
2-26 |
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Fyrol-76(含磷量0.5%-3%) |
26 |
25-26 |
21-27 |
23-28 |
|
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“Tris”(含磷量0.5%-2.7%) |
23-32 |
22-32 |
23-29 |
21-30 |
23-31 |
從有關(guān)應用磷氮系阻燃劑報道文獻看來，其中以鹽(如THPC等)衍生物、膦酸酯和膦酰胺衍生物受人重視。但是，必須注意的是施加量與LOI值之間不存在線性關(guān)系。一些研究報告的試驗結(jié)果表明，在棉織物上膦酰胺較磷鹽低聚物的阻燃性能好(即達到某一阻燃性所需施加的含磷量較小)，但這種優(yōu)勢在混紡織物上隨著滌綸含量增加而減小，在純滌綸織物上情況就完全相反了。滌棉混紡中滌綸含量在75%以下的織物，經(jīng)膦?；０泛土}低聚物整理后，在未經(jīng)洗滌前，前者試樣仍保持其較好的阻燃性能，可是由于其耐洗性能很差，只有磷鹽低聚物整理的試樣其阻燃性尚可接受。兩種阻燃劑其效果的差異，是因為磷鹽低聚物整理的混紡織物，在高溫燃燒時釋放出氧化磷，它降低了凝聚相棉的可燃性；同時它也進入氣相相對滌綸組分的阻燃起作用。
在膦的低聚物中， Ciba-geigy公司曾推出一種滌棉混紡織物阻燃整理用商品(Pyrovatex 3672),它是四羥甲基氯化磷自身醚化綜合產(chǎn)物，Pyrovatex 3672是一種耐洗型阻燃劑，因其具有不良氣味，未能在市場上站穩(wěn)。
單獨使用磷阻燃劑僅適用于棉含量50%或50以上或阻燃滌綸混紡織物，而這類阻燃劑中以THPS的效果為好。但R.B.Bane等指出，由于施加量高，使織物手感過硬，可以部分地采用上述的THP低聚物來改善。他們特別設(shè)計了一種由THP鹽與三甲基膦酰胺分子比為2.3比1的縮合物，使織物具有較好的阻燃性和手感。至80年代中期，一種改進手感的研究以THPS與NH3先行預縮體，其他分子比為2.5：1，稱謂THPN。由THPN與尿素和三羥甲基三聚氰胺(TMM)整理50/50滌棉混紡織物，施加量達20-30%時，可獲得很高的阻燃性，經(jīng)50次洗滌后仍能通過DOCFF3-71標準，但此時織物的手感仍稍硬，較能適應各方面使用的要求。此工藝若用于阻燃滌綸與棉混紡或阻燃性能要求稍低的用途，減少施加量后，手感就能改善。
美國LeBlance研究有限公司曾系統(tǒng)研究含磷阻燃劑在滌棉混紡織物上應用的可能性，推出的商品為LRC-15，是THPS與氨的預縮物，又稱THPN。THPN一般是含有效成分約為70%的呈微紅色而有氣味的液體，其分子量較THP大得多。與尿素和三羥甲基三聚氰胺拼用可獲得良好的耐洗阻燃效果。但尿素和三羥甲基三聚氰胺的用量要合適，否則會影響整理織物的手感和耐洗性。為了改善整理后織物的手感，可同浴添加柔軟劑，通常采用軋烘焙工藝，并需氧化和充分皂洗，以去除織物上的異味等。
現(xiàn)舉國內(nèi)廠家一實例如下：
織物：20*20 108*58 200g/m2(45/55)滌棉混紡布
工藝流程：二浸二軋(吸液率70%-75%)→預烘(紅外線和熱風烘燥) →焙烘(160℃*3.5min) →氧化(35%H2O24-5g/L,40-45℃) →皂洗(洗滌劑2-3g/L，純堿1-2g/L，80-90℃) →熱水→溫水→冷水→烘干
浸軋液組成：
THPN(50%) 650
MF樹脂(40%-45%) 80
尿素 30
柔軟劑S-960 10
滲透劑JFC 2
磷酸85% 5-10
整理后織物的質(zhì)量水平如表15所示：
表15
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斷裂強力(緯kg) |
撕破強力 kg |
織物含磷量% |
垂直燃燒法 損毀長度，cm |
手感 |
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L0 LS L10 |
L0 LS L10 |
|
|||
|
空白 |
72.3 |
7.6 |
- |
- |
- |
|
整理后 |
59.6 |
5.7 |
3.0 2.8 2.2 |
6.1 7 9.4 |
稍硬 |
THPN整理工藝用于50/50滌棉混紡織物是很合適的，可根據(jù)不同用途的阻燃性能要求設(shè)計施加量。例如，要達到DOCFF3-71標準，對每平方米干重大于150g以上的混紡織物，其整理后織物上固著的含磷量應稍大于3%才行。同樣混紡比織物，如僅需通過MAFT測試要求(即不點燃或熱傳遞很低)，則含磷量大于1.8%就能達到MAFT測試法的一級標準了。達到同一標準，同一單位重量的混紡織物的滌棉混紡為65/35時，則織物上需要更高的含磷量才能符合阻燃性能要求。
(八).非織造布阻燃機理
非織造布常用的纖維原料主要為棉、粘膠、木漿、聚酯、聚丙烯等纖維,可歸納為纖維素纖維和合成纖維兩大類。對非織造布進行阻燃整理就是對以上兩類纖維集合體的阻燃整理,即通過附著在非織造布表面的阻燃成分,在燃燒時抑制火焰與非織造布之間的熱量傳遞、纖維的熱分解、纖維裂解產(chǎn)物的擴散與對流或抑制空氣中的氧氣和裂解產(chǎn)物的動力學反應而達到阻燃目的。棉、粘膠、木漿等纖維素纖維在燃燒過程中容易受熱裂解。如棉纖維,在340℃左右纖維素1,甙鍵斷裂,生成容易產(chǎn)生各種可燃性氣體的左旋葡聚糖,從而助長火勢,加速纖維的燃燒。因此為了抑制可燃氣體的產(chǎn)生,纖維素纖維非織造布通常采取降低纖維裂解起始溫度的辦法阻燃,即采用以磷酸鹽或有機磷化合物為主體阻燃劑對纖維素纖維非織造布進行整理,磷酸鹽及有機磷化合物能有效地降低纖維裂解的起始溫度,并在較低的溫度下生成磷酸,隨溫度的升高變成偏磷酸再縮合形成聚偏磷酸,使纖維在300℃左右劇烈脫水炭化,達到阻燃的目的。纖維素纖維非織造布適用的阻燃劑有四羥甲基氯化磷(THPC)、四羥甲基氫氧化磷(THPOH)、N-羥甲基-3-(二甲基磷酸基)丙酰胺(JLSUN® CP)、三乙烯亞胺(APO)聚合物等,但由于有機磷的成本較高且大部分非織造布產(chǎn)品均不要求耐洗性,因此常用的還是磷酸鹽類阻燃劑。聚酯纖維屬于易燃的熔融性纖維,在溫度高300℃時,會分解成乙醛、一氧化碳、二氧化碳和少量其他氣體。主要是通過制止聚對苯二甲酸乙二酯的羰基斷裂和阻止揮發(fā)碎片形成而達到對聚酯非織造布阻燃的目的。鹵素阻燃劑是專為聚酯而開發(fā)的。常用阻燃整理劑有鹵磷酸酯、三(2,3 二溴丙基)溴酸酯、六溴環(huán)十二烷(HBCD)、四溴雙酚A環(huán)氧乙烷(TBA EO)、四溴雙酚S環(huán)氧乙烷(TBS 2EO)等,整理工藝較復雜。
磷酸鹽和有機磷化合物阻燃劑對應纖維素纖維,鹵素阻燃劑對應聚酯纖維,都是單一對應的阻燃體系。纖維素纖維與合成纖維混紡的產(chǎn)品,如粘/滌非織造布,若只對粘膠纖維阻燃整理,則熔融聚酯熔滴粘附在炭化的粘膠上,使織物更易燃燒;若只對聚酯纖維阻燃整理,又阻止不了粘膠纖維的炭化燃燒,因此對于纖維素纖維與合成纖維混紡產(chǎn)品的阻燃整理通常是用兩種類型的阻燃劑配伍,如采用四羥甲基氯化磷、三(2,3 二溴丙基)溴酸酯、三氧化二銻、六溴環(huán)十二烷等按一定比例配制。
近年來磷-氮類協(xié)效阻燃劑不斷完善,由于其具有整理工藝簡單、生產(chǎn)高效等特點,國內(nèi)外非織造布生產(chǎn)廠家常用磷-氮阻燃劑對熔融性纖維或其與纖維素纖維混紡的非織造布進行阻燃整理,通過在固相及氣相的阻燃作用,抑制纖維裂解產(chǎn)物的擴散和對流而使非織造布阻燃。整理工藝可采用浸漬、浸軋、噴灑等方法。
1.涂層覆蓋法
涂層覆蓋法主要是針對硼酸、硼砂等傳統(tǒng)上常用的阻燃劑,該類阻燃劑在500℃以下時很穩(wěn)定,不會分解。當非織造布被涂層后,在高溫時阻燃劑能在非織造布表面形成玻璃狀覆蓋層,阻止氧氣的供給而達到阻燃的目的。
2.反應整理法
反應整理法是創(chuàng)造一定的條件使阻燃劑分子與纖維發(fā)生化學反應而相互結(jié)合,當非織造布受到高溫時,阻燃劑發(fā)生化學反應,使纖維發(fā)生相應的性能變化或產(chǎn)生動力學反應而達到阻燃的目的,如THPOH NH3法、Proban法、NMPPA法、高溫高壓法等。整理過程中一般都需要一定的烘燥和焙烘時間。
3.便捷式整理方法
主要指浸軋烘干法、噴灑晾干法、粘合劑粘合法等,由于整理方法簡單,工藝便捷,一般可以在線進行整理。采用該方法整理的產(chǎn)品多數(shù)只具有暫時的阻燃性,一旦附著在水刺非織造布表面的阻燃成分脫落,不再具有阻燃性能。常用的阻燃劑除了以上提及的磷酸鹽類阻燃劑和磷-氮類協(xié)效阻燃劑外,還有明礬、硫酸鋁、硫酸鋅等。
涂層整理往往使非織造布透氣性明顯下降,手感差,不能滿足多數(shù)產(chǎn)品使用性能的要求,而利用印染后整理設(shè)備對非織造布進行阻燃整理,其生產(chǎn)工藝路線長,產(chǎn)品需連續(xù)牽伸,要有足夠的強力,產(chǎn)量低,生產(chǎn)成本高。非織造布阻燃整理方法 以浸軋烘干法和噴灑晾干法居多。
第六節(jié). 阻燃織物效果的測定方法
一、阻燃織物的測試方法
目前國際上紡織品阻燃性能測試方法較多，每個國家都有自己的標準，如英國BS、德國DIN、加拿大GCSB、美國FS、瑞士SNV、日本JIS、法國ANF、瑞典SIS、中國GB以及國際標淮ISO等。某些國家的地區(qū)和組織，如美國的紐約、波士頓、加利福尼亞等大城市或州，以及商務部(DOCFF)、運輸部(DOT)和軍事機構(gòu)等；各團體、學會或協(xié)會，如國家防火協(xié)會(NFPA)、紡織化學家和染色家協(xié)會(AATCC)、材料試驗學會(ASTM)等，均有一套自己的測試標準和方法。不同類別的紡織品專門的品種或成品，就有不同的測試方法，如普通紡織品(包括各種床上用品)、服裝紡織品(包括兒童睡衣、工作股和防護愿等)、裝飾布(包括窗簾、幕布、帳篷布等)、地面覆蓋物(地毯等)以及飛機、火車、汽車、船舶內(nèi)紡織用品等。目前紡織品阻燃效果評估辦法主要有以下幾種。
1. 限氧指數(shù)(LOI)法
限氧指數(shù)法是指織物在氧氣和氮氣混合氣體中發(fā)生燃燒時,維持織物燭狀燃燒所需要的最低氧氣濃度,限氧指數(shù)越大,說明產(chǎn)品的阻燃效果越好,反之則阻燃效果越差或不阻燃。限氧指數(shù)法雖具有靈敏度高的優(yōu)點,但對試驗條件以及操作人員的要求較高,而且試驗中的氧濃度與織物實際使用條件相差較大,因此限氧指數(shù)法非常適合作為科研中的測試手段,而不常在產(chǎn)品生產(chǎn)過程中應用。
2. 垂直燃燒法
垂直燃燒法是指利用特定點火源(火焰高度40mm±2mm),在離織物底邊20mm中心處對固定在U型夾中的垂直織物進行燃燒,在規(guī)定的燃燒時間內(nèi),通過考核織物的燃燒狀態(tài)、續(xù)燃時間陰燃時間、損毀長度等指標來測試織物阻燃性能的一種方法。我國及大部分國家對紡織品阻燃效果測試采用垂直燃燒法居多,日本用于測試服裝類紡織品的阻燃性能,美國、英國和德國則用于測試兒童內(nèi)衣、防護服、裝飾布的阻燃性能。在國內(nèi)外垂直燃燒法是最為完善的阻燃性能測試方法之一,大部分標準已在各行各業(yè)中起到了規(guī)范指導的作用,如我國的GB8965 98《阻燃防護服》GB17591 1996《阻燃機織物》、GB50222 95《建筑內(nèi)部裝飾設(shè)計防火規(guī)范》、HB5470 96《民用飛機艙內(nèi)非金屬材料燃燒性能要求》、GB8410-87《汽車內(nèi)裝飾材料》,日本的JISD1201 FMVSS302《汽車裝飾織物》、TCL1008 69《飛機裝飾織物》,美國的NFPA701《窗簾阻燃性能》等。
3. 45°斜面燃燒法
在規(guī)定條件下,試樣斜放呈45°,對試樣點火,時間1s, 將試樣有焰向上燃燒一定距離所需的時間作為評估織物燃燒劇烈程度的方法,通過測得的續(xù)燃和陰燃時間、損毀面積和損毀長度來衡量織物阻燃效果。
平面燃燒法
在規(guī)定條件下,對水平方向的織物試樣點火,時間15s,測定火焰在試樣上的蔓延距離和蔓延該距離所用的時間,通過測量得到的火焰蔓延時間及火焰蔓延速率來衡量織物的阻燃效果。
二、阻燃織物的測試標準
阻燃織物的測試方法，我國已制定了以下測試方法的標準：
1.ＧＢ５４５４－８５—紡織織物燃燒性能氧指數(shù)法；
2.ＧＢ５４５５－８５—紡織織物燃燒性垂直燃燒法；
3.ＧＢ５４５６－８５紡織織物燃燒性測定—垂直向試樣火焰蔓延性測定；
4.ＧＢ８４５７－８５紡織品及紡織制品燃燒性能—詞匯表；
5.ＧＢ８７４５ 紡織織物表面燃燒性能的測定；
6.ＧＢ８７４６ 紡織織物燃燒性能測定—垂直試樣易點燃性測定；
7.ＧＢ１１０９４—紡織地板覆蓋物燃燒性能測定—片劑法；
8.ＧＢ１１７８５—紡織地板覆蓋物臨界輻射通量的測定—熱輻射源泉法。
阻燃性能的測試在阻燃整理研究中是非常重要的環(huán)節(jié)。常用的織物阻燃測試方法有兩種:垂直燃燒法和氧指數(shù)法。在國家標準GB5455-85中對垂直燃燒法有詳盡的定義和規(guī)范。一般來說,氧指數(shù)法比較適合相同材料、相同織物結(jié)構(gòu)的試樣阻燃性的橫向?qū)Ρ取为殤{借限氧指數(shù)值(LOI)的高低,不足以說明該樣品阻燃性的好壞;而垂直燃燒法所測得的損毀炭長,則可以客觀地描述織物阻燃性。但與垂直燃燒法相比,氧指數(shù)法測得數(shù)據(jù)準確,重現(xiàn)性好。因此,氧指數(shù)法更適合用于工藝過程實驗使用;垂直燃燒法則可以評價織物的最終阻燃性能。
此外,美國商業(yè)部頒布的DOCFF3-71測試方法也極具代表性。該方法規(guī)定,試樣的調(diào)濕條件為升溫30min至105℃,再冷卻30min后進行測試。該方法充分考慮了織物所含有的磷氮化合物所具有的吸濕性對阻燃測試結(jié)果的影響,設(shè)計的測試條件可以使織物充分干燥,又可以使整個測試能在1.5h之內(nèi)完成,體現(xiàn)出了簡便迅速的特點,是適合多種產(chǎn)品的紡織品阻燃性能測試方法之一。
據(jù)統(tǒng)計，國際上測試織物阻燃效果的標準測試方法，總數(shù)約300多種，對于這些標準方法，要取得良好的重現(xiàn)性，測試條件是關(guān)鍵。其中對數(shù)據(jù)影響最大的是：(1)織物和空氣的溫濕度；(2)火焰大小和溫度；(3)四周通風條件(試驗箱)等；(4)試樣大小和火焰的相對位置。各種不同的標準試驗方法，由于要求和條件不同，結(jié)果常有差別，有時同一試樣對某一標淮方法結(jié)果較好，但對另一方法，結(jié)果不好甚至很差。而且，各種標淮試驗方法，對于纖維素類阻燃紡織品的測試是沒有問題的，但對熱縮性織物或制品，往往會出現(xiàn)非阻燃得樣品也可以通過測試試驗，這是多數(shù)試驗方法的不足之處。因此，采用標準規(guī)定的測試方法，測試結(jié)果僅能說明在某一規(guī)定實驗室條件下，對火焰、熱或燃燒表示的安全性，不一定能說明在實際火災中著火危險性或燃繞程度。在研究或開發(fā)阻燃產(chǎn)品時，首先要規(guī)定測試標淮和方法。根據(jù)不同品種、規(guī)格、及其用途和商家的要求，可以查閱國標、其它文獻或資科，選用適合的標準測試方法，才能使產(chǎn)品附和要求。表16是阻燃紡織品部分試驗方法及測試項目。
表16 阻燃織物部分試驗方法及測試項目
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試驗方法 |
試驗內(nèi)容 |
測試項目 |
燃燒方式 織物大小 |
火焰條件 |
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美國CCC-T-1916 5902法 |
織物阻燃性 |
測炭長（負荷撕破法）續(xù)燃和陰燃時間 |
垂直 7×33 cm |
本生燈，丙烷或城市煤氣，12s |
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美國CCC-T-1916 5906 |
織物燃燒速度 |
測定燃燒從3.8cm至25.4cm的速度 |
水平 14.1×31.6 cm |
本生燈，點燃后即離開，在60°С熱空氣中進行 |
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英國BS 2963的A法和BS 3121 |
織物燃燒程度 |
測定127cm所需時間（s），阻燃值=2.0×時間（s），阻燃織物在150以上 |
垂直法 長尺寸 4×133 cm |
微型本生燈，丁烷氣 |
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英國BS 2963的B法和BS 3121 |
測定127cm所需時間（s） |
45°傾斜 |
本生燈，時間30s |
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瑞典SIS 650082 |
測定炭長續(xù)燃和陰燃時間（s） |
垂直法 5×30 cm |
本生燈，時間12s |
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中國 GB 5455-85 |
測定炭長（負荷撕破法）續(xù)燃和陰燃時間（s） |
垂直法 85×30 cm |
本生燈，時間12s |
第七節(jié)、阻燃紡織品的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢
一. 我國阻燃紡織品的現(xiàn)狀
1. 用于纖維和織物阻燃整理的技術(shù)研究
近年來，我國在紡織品阻燃技術(shù)的研究方面取得了較大進展。中國紡織科學研究院先后研制成功了丙綸阻燃母粒、抗燃燒抗靜電復合溶料等科研成果；上海紡織科學研究院也先后研制和開發(fā)了酚醛纖維、聚酰亞胺纖維、芳砜綸纖維、阻燃粘膠纖維、耐熱纖維等阻燃紡織品；上海合成纖維研究所、上海紡織研究院、中國紡織大學和山西煤化所、山西紡織研究院承擔的攻關(guān)項目"預氧絲阻燃織物的配制"通過鑒定；中國紡織大學研究的高阻燃粘膠纖維及其混紡織物，氧指數(shù)(LOI)達45-50；上海巨化紡織科學研究所先后完成了"防火、防水、防霉棉蓋布整理工藝"、"滌棉混紡織物阻燃整理及阻燃劑Scj-969合成"、"防火、防水消防服面料"、"純棉防水防靜電阻燃帆布"、"羊毛紡織品阻燃整理技術(shù)"等科研項目；北京潔爾爽高科技有限公司研制成功的防強酸、防強堿、抗氧化、防霉變、防蟲蛀、防靜電、耐日曬、耐水洗的永久性阻燃織物已開始全面上市，使我國成為世界上少數(shù)可以生產(chǎn)永久性阻燃產(chǎn)品的國家。此外，我國研制成功的以回收聚酯廢料瓶為主要原料，添加阻燃母粒共混紡絲，生產(chǎn)的阻燃短纖維，用作地毯、墻布等非織造布的原料，因價格低廉，原料充足，具有廣闊的市場前景和良好的社會效益；大連華陽與日本材田嫁接設(shè)備應用瑞士公司生產(chǎn)的T20型減量注射器，開發(fā)的母粒注射染色法，為有色阻燃織物開拓了極為廣闊的前景。
2. 阻燃劑的研究
目前，我國已開發(fā)研制出一系列品種齊全、性能優(yōu)異的新型阻燃劑。北京潔爾爽有限公司生產(chǎn)的"JLSUN®"織物阻燃劑系列分別可用于棉麻等天然纖維素織物、毛呢絲絨、腈綸、滌綸、維綸等化纖制品。JLSUN® ATF型阻燃劑，是滌綸織物阻燃整理劑，與日本阻燃劑TS-1屬同類產(chǎn)品廣泛用于滌綸及滌棉交織紡織品(包括針織品、機織品)的阻燃整理，也可用于地毯等；JLSUN® ATP是環(huán)保生態(tài)型滌綸及錦綸織物用阻燃整理劑，JLSUN®SCJ-968型阻燃劑又稱聚磷酸銨，用于纖維處理(棉纖維、醋酸纖維、粘膠纖維、聚酯纖維、滌棉纖維、錦綸等)，氧指數(shù)可達31以上；SCJ-969型阻燃劑由Br\,P\,Sb\,N多種元素組成，處理時浸噴均可，適用于毛麻棉織物、滌綸以及混紡交織品的阻燃處理，氧指數(shù)達50以上；JLSUN® AFW型阻燃劑，是由F、Ti\,Br等多種化合物經(jīng)化學反應與混配而成，低毒高效，用于純毛、純白織物、地毯的阻燃整理， 氧指數(shù)達32以上。上海巨化紡織科學研究所的JHF-8高效阻燃劑，是以氮-磷為基礎(chǔ)的水溶性阻燃劑，并含有阻燃增效劑、滲透劑等，適用于天然纖維和合成纖維，如化纖織物、麻織物、毛織物、絲織物，并可用于牛皮紙及壁紙，處理后的阻燃裝飾布，氧指數(shù)可達30以上；JHF-9高效阻燃劑，使用多種含磷、含氮及含其它阻燃元素的化合物，通過化學反應導入具有特定常聽到官能團，使阻燃劑分子鍵合在棉紡織品的纖維素分子上或鍵合在化纖、合纖的大分子上，同時阻燃劑高分子自身進行纏繞和包裹。可以廣泛用于由棉、棉滌、羊毛、人造纖維和大多數(shù)合成纖維制成的各種窗簾、沙發(fā)面料、壁布、幕布、帷幕等裝飾紡織品阻燃處理或阻燃后處理。此外，吉林吉化集團公司研究所、山西省化纖所、江蘇省化工研究所也開發(fā)研制了一系列紡織品用阻燃劑。
3. 阻燃紡織產(chǎn)品的研究
紡織阻燃產(chǎn)品研究是紡織阻燃技術(shù)發(fā)展的一個重要標志。我國在科研試制及投入工業(yè)化生產(chǎn)方面都取得了可喜成果。北京制呢廠生產(chǎn)的"蘭羽牌"緯編滌綸阻燃裝飾呢，是高級系列阻燃產(chǎn)品，經(jīng)國家有關(guān)檢測中心檢測，其阻燃性能及煙霧和毒性物，均符合標準的技術(shù)要求，產(chǎn)品花色品種豐富，適用于飛機、船舶、汽車內(nèi)飾材料，也適于賓館、寫字樓、會議廳等高層建筑內(nèi)裝修用；天津市仁立毛紡廠生產(chǎn)“天馬牌"阻燃裝飾布1986年已用于民航用裝飾材料；燕山石化公司的燕山牌丙綸阻燃地毯，具有耐磨損、防起毛、耐酸堿、防蟲蛀、防霉、彈性好、強度高等性能外，還具有耐老化、阻燃性好、抗靜電等優(yōu)點；周口店壁紙廠的"金巢牌"高級阻燃布基壁紙，能有效地阻隔火、煙對墻面的燃燒，氧指數(shù)可達30；公安部四川科研所研制出阻燃效果理想、物理性能良好的耐久性阻燃棉裝飾織物，皂洗五十次后，阻燃效果不變，氧指數(shù)大于32，手感好，各項指標達到GB8624-1997難燃材料B1級(窗簾幕布類紡織物材料)的規(guī)定，該所研究出的耐久性阻燃滌綸裝飾織物，皂洗五十次，阻燃效果不變，氧指數(shù)大于42，手感好，各項指標達到了GB8624-1997難燃材料B1級(窗簾幕布類紡織物材料)的規(guī)定，達到了國內(nèi)外同類產(chǎn)品的先進水平。儀征化纖股份有限公司開發(fā)的阻燃聚酯均具有優(yōu)異的阻燃性能及使用性能。
二 我國阻燃紡織品的發(fā)展要求與趨勢
1. 加強阻燃纖維的開發(fā)和研究
目前我國生產(chǎn)和使用最多的是阻燃整理織物，包括純棉、純滌綸、純毛、滌棉和各種混紡的耐久性阻燃織物，阻燃纖維織物的生產(chǎn)和使用量較少，年產(chǎn)量只有300噸左右。隨著人民生活與環(huán)境條件的不斷改善，人們對阻燃紡織品性能要求越來越高，應投入力量和資金加大高性能、多功能阻燃纖維的開發(fā)。隨著我們國力的增強，軍隊和消防等對具有高強力、高阻燃性能的芳綸的需求量將會逐步增大，我們應大力開發(fā)新型芳綸產(chǎn)品，以適應國防和安全的需要。
2. 加強阻燃紡織品多功能化的研究
目前多數(shù)阻燃纖維或織物僅具有阻燃功能，不能滿足某些部門的特殊要求，發(fā)展阻燃多功能產(chǎn)品(如阻燃拒水、阻燃拒油、阻燃抗靜電)勢在必行。如在生產(chǎn)方法上采用多種形式相結(jié)合，對阻燃纖維織物進行防水拒油、防紫外線、抗菌防臭整理；采用阻燃纖維紗與導電纖維交織以生產(chǎn)抗靜電的阻燃織物；利用阻燃纖維與高性能芳綸纖維進行混紡交織生產(chǎn)耐高溫織物；采用阻燃纖維與棉、粘膠等纖維混紡以改善最終產(chǎn)品舒適性并降低成本等。
3. 開發(fā)新型低毒低煙、無污染的阻燃劑
阻燃聚丙烯纖維用阻燃劑的發(fā)展方向是將目前使用的溴系阻燃劑轉(zhuǎn)向磷氮體系阻燃劑及膨脹型阻燃劑，利用其與聚合物相容性好、用量少，熱穩(wěn)定性高等特點，生產(chǎn)低煙、低毒無腐蝕且無滴落的阻燃聚丙烯纖維。阻燃腈綸用阻燃劑的發(fā)展方向雖將從目前使用的鹵系阻燃劑轉(zhuǎn)向磷氮體系阻燃劑，纖維除具有阻燃特性外，還兼具抗靜電功能，這種具有"雙抗"功能的腈綸發(fā)煙低、毒性小，后序加工性能及使用性能良好。阻燃聚酰胺的發(fā)展方向是尋求持久高效、防滴落、毒性低、煙塵小，以及對纖維的各項物理性能指標影響小的阻燃新品種，將從目前的溴系轉(zhuǎn)向氮磷系。阻燃聚酯的生產(chǎn)是向具有高附加值的纖維系列方向發(fā)展，選用的阻燃劑將由溴系轉(zhuǎn)向磷系化合物并增加其它復合功能，如抗靜電、低起球、抗菌易染色等。
4. 加強交流合作、完善法規(guī)標準
阻燃紡織品的研究開發(fā)、生產(chǎn)和應用應視為系統(tǒng)工程，涉及行業(yè)廣泛，除紡織系統(tǒng)外，其它工業(yè)領(lǐng)域應配合支持。因此，應加強交流合作，同時學習和借鑒國外的先進技術(shù)和經(jīng)驗，并吸取我國火災的教訓，建議政府部門加強對阻燃紡織品的立法，使賓館、高層建筑必須使用阻燃紡織品。
法律、法規(guī)的健全和完善，對推動阻燃紡織品的開發(fā)和推廣應用，對預防因紡織品易燃引起的火災事故有著重要的實用價值。正確評價紡織品的阻燃性能，應以其使用場合的要求為準，按用途制訂標準。試驗方法的制定應以實際著火情況代替實驗室小型實驗為基準，這是紡織品阻燃標準的發(fā)展方向。此外，還應作好阻燃紡織品法規(guī)標準的宣傳工作，使防火工作落到實處。
第八節(jié)、常用的幾個阻燃標準
以敘述的語言表達
第九節(jié). 結(jié)語
紡織品的使用是構(gòu)成火災威脅的重要因素之一。對紡織品進行阻燃處理，是降低火災危險性的重要措施。結(jié)合紡織品阻燃要求，開發(fā)阻燃、性能優(yōu)異的阻燃制品，加強消防安全監(jiān)督管理，可從根本上預防紡織品的火災威脅，給人民生命財產(chǎn)提供安全保證。
紡織品對阻燃功能的迫切要求使許多國家制訂了相應的紡織品阻燃標準及測試方法;有些國家還將紡織品燃燒性能標準結(jié)合有關(guān)法律強制執(zhí)行。在這種背景下,各國的工業(yè)部門和研究部門競相進行紡織品阻燃研究,并在國際市場上形成劇烈競爭,從而推動了阻燃整理的發(fā)展。目前,阻燃整理已經(jīng)成為紡織科學的重要組成部分,也是印染后整理中的一個突出課題。
總之,隨著生活水平的不斷提高,人們對與其生活緊密相連的紡織品的阻燃要求會越來越強烈。而織物的阻燃技術(shù)也必將隨著新材料的開發(fā),化工技術(shù)和紡織技術(shù)的不斷進步而逐漸完善,真正成為人類生命和財產(chǎn)的忠誠“衛(wèi)士”。
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