第十讲 功能纤维
反应型阻燃剂则是作为一种单体参加聚合反应,因此使聚 合物本身含有阻燃成分的,其优点是对高分子材料使用性 能影响较小,阻燃性持久。
Creativity
纤维的阻燃由燃烧过程(图1-1)可以看出,就是 设法阻碍纤维的热分解,抑制可燃性气体生成和稀释 可燃性气体,改变热分解反应机理(化学机理),阻断 热反馈回路,以及隔离空气和热环境,来达到消除或 减轻燃烧三要素(可燃物质、温度、氧气)的影响,而 达到阻燃目的。
物理性
医疗保健——如抗菌性、 芳香性、生物适应性等。 生物性——如人工透析 性、生物吸收性、生物 相容性等
生物适应性
化学性
分类
物质分 离性
光 化 学 —— 如 光降解性、光 交联性等。 化 学 反 应 —— 如消臭功能、 催化活性功能 等。
分 离 性 —— 如 中空分离性、 微孔分离性、 反渗透性等。 吸 附 交 换 —— 如离子交换性、 高吸水性、选 择吸附性等。
N2>CO2>SO2>NH3
吸热作用
具有高热容量的阻燃剂,在高温下发生相变、脱水 或脱卤化氢等吸热反应,降低纤维材料表面和火焰 区的温度,减慢热裂解反应的速度,抑制可燃性气 体的生成
覆盖保 护作用
阻燃剂受热后,在纤维材料表面熔融形成玻璃状 覆盖层,成为凝聚相和火焰之间的一个屏障。既 隔绝氧气、阻止可燃性气体的扩散,又可阻挡热 传导和热辐射,减少反馈给纤维材料的热量,划研究成果基础上
开发的一种具有阻燃抗熔滴性能的高技术纤维新材料。 该产品采用新一代纤维阻燃技术——溶胶凝胶技术, 使无机高分子阻燃剂在粘胶纤维有机大分子中以纳米 状态或以互穿网络状态存在,既保证了纤维优良的物 理性能,又实现了低烟、无毒、无异味、不熔融滴落 等特性。该纤维及纺织品同时具有阻燃、隔热和抗熔 滴的效果,其应用性能、安全性能和附加值大大提高, 可广泛应用于民用、工业以及军事等领域。
赋予纤维阻燃性能的方法主要有提高成纤高聚物的热稳 定性和纤维改性两种方式。
1、提高成纤高聚物的热稳定性 纤维的裂解是纤维燃烧的最重要的环节,因为裂解将产
生大量的裂解产物,其中可燃性气体或挥发性液体将作为有 焰燃烧的燃料,燃烧后产生大量的热,又作用于纤维使其继 续裂解,使裂解反应循环下去。提高成纤高聚物的热稳定性 即提高热裂解温度,抑制可燃性气体的产生,增加炭化程度, 从而使纤维不易燃烧。
金属纤维 材料
复合材料
金属材料是最早和最多被人类使用的材料。由 于金属纤维具有易加工性、导电性以及较高的 工程材料性能,使其应用领域极为广泛,如交 通工具、电子、防护、增强等。
复合材料是将两种或两种以上性能不同的材料 组合成一个整体,从而表现出某些优于其中任 何一种材料性能的材料。复合材料按基体相又 分为金属基、陶瓷基和聚合物基复合材料。
电气、电子性——如导电性、 抗静电性、高绝缘性、光电性、 热电性以及信息记忆性等。 热学——如耐高温性、绝热性、 防火阻燃性、热敏性、蓄热性 以及耐低温性等。 光学——如导光性、光折射性、 光干涉性、光致变色性、耐光 耐候性、光吸收性以及偏光性 等。 物理形态——如异型截面形状、 超极细纤度、表面微细加工性 (细孔、凹凸性)等。
Zhongyuan University of Technology
功能性纤维是指除一般纤维所具有的物理机械性能 以外,还具有某种特殊功能的新型纤维。
功能性纺织品通常是指超出常规化纺织产品的遮盖、 美化、保暖基本功能以外的具有其他特殊功能的纺 织产品, 这种功能性纺织品分为单一功能产品和 多种功能叠加的多功能或复合功能产品。
功能
卫生保健功能(抗菌、杀螨、理疗及除异味等) ; 防护功能(防辐射、抗静电、抗紫外线等) ; 热湿舒适功能(吸热、放热、吸湿、放湿等) ; 医疗和环保功能(生物相容性和生物降解性) 。
按功能材料的 性质分
无机纤维 材料包括
包括玻璃纤维、陶瓷纤维和矿物纤维等。
高分子纤 维材料
合成纤维由于其相对分子量大、材料质 轻、韧性好、可加工性强而应用领域极 广。
阻燃剂有多种类型,按使用方法分为添加型阻燃剂和反应 型阻燃剂。
添加型阻燃剂是通过机械混合方法加入到聚合物中,使聚 合物具有阻燃性的,目前添加型阻燃剂主要有有机阻燃剂 和无机阻燃剂,卤系阻燃剂(有机氯化物和有机溴化物) 和非卤。有机是以溴系、磷氮系、氮系和红磷及化合物为 代表的一些阻燃剂,无机主要是三氧化二锑、氢氧化镁、 氢氧化铝,硅系等阻燃体系。
按功能纤维材料的功能和应用领域分为:
耐高温材料。 半导体材料。 磁性材料。 生物医用材料。 抗低温材料、超导材料。 智能材料、储氢材料。 组织工程材料、药物载体等
阻燃纤维,flame retardant缩写字母:FR 。是指
在火焰中仅阴燃,本身不发生火焰,离开火焰,阴 燃自行熄灭的纤维,广泛应用于服装、家居、装饰、 无纺织物及填充物等。
通过纤维中线型大分子链间交联反应变成三维交联结构, 从而阻止碳链断裂,成为不收缩不熔融的纤维。
共聚法 共混法 纤维后处理
阻燃效果较理想的是这些作用机理的复合。阻燃作 用的机理有物理的,也有化学的,根据现有的研究结 果,可归纳为以下几种:
吸热作用
阻燃机理
.
气体稀释 作用
覆盖保护 作用
气体稀 释作用
阻燃剂吸热分解释放出氮气、二氧化碳、二氧化硫和氨等不 燃性气体,使纤维材料裂解处的可燃性气体浓度被稀释到燃 烧极限以下。或使火焰中心处部分区域的氧气不足,阻止燃 烧继续。此外,这种不燃性气体还有散热降温作用。它们的 阻燃作用大小顺序是:
途径1 途径2 途径3 途径4
在大分子链上引入芳环或芳杂环,增加分子链的刚性, 提高大分子链的密集度和内聚力来增加纤维的热稳定性。
将纤维在高温(200-300℃)空气氧化炉中处理一定时间, 使纤维大分子发生氧化、环化、脱氧和炭化等反应,变成
一种多共轭体系的梯形结构,从而具有耐高温性能。
通过大分子中的氧、氮原子与金属离子螯合交联形成立 体网状结构,提高热稳定性,促进纤维大分子受热后炭 化,从而具有优异的阻燃性。