阻燃防火服及其開發策略
防火服防火布是消防隊員所穿的服裝,必須具有良好的阻燃和熱防護性能,才能夠大大降低救火中人體燒傷的程度,增加在火災中救人救物的機會,因而阻燃、隔熱性能是阻燃防護服的必備性能。另外在撲火現場,溫度高,熱量大,消防隊員活動量大,排汗多,如人體的熱量不能及時散失,很容易造成熱蓄積,降低消防隊員的應變能力,因此防火服的舒適性也是至關重要的。
因此,研制、開發既有良好阻燃、隔熱性能又有優異舒適性的防火服是一項既有社會效益又有經濟效益的課題,有著廣闊的發展前景。
2 阻燃面料
2.1 阻燃面料的加工阻燃面料的加工有兩種方式:
(1)在纖維中加入化學添加劑或對織物進行阻燃處理,即以吸附沉積、化學鍵合、非極性范德華力結合或粘結作用,使阻燃劑固著在織物或紗線上,以獲得抗菌除臭布阻燃效果。
(2)提高成纖高聚物的熱穩定性:提高裂解溫度抑制可燃氣體的產生,增加炭化程度,使纖維不易著火燃燒,比如在大分子鏈中引入芳環或芳雜環、線形大分子之間反應變成三維交聯結構等。第一種方法的發展取決于阻燃劑的發展和工藝流程的改進;第二種方法則是和一些高性能纖維的發展聯系在一起的。下面對阻燃劑和一些新型阻燃纖維加以介紹。
2.1.1 阻燃劑 阻燃劑是一種能降低高分子材料燃燒性能的物質,主要是用來降低材料在火焰中的可燃性,減慢火焰蔓延的速度,火焰移去后使材料能很快自熄,不再陰燃。阻燃劑的種類很多,最常用的阻燃劑是以元素周期表中第ó族的硼和鋁、第?族的氮、磷、銻、鉍;第?族中的硫;第×族中的氯和溴等一些阻燃元素為基礎的某些化合物。
此外鎂、鋇、鋅、錫、鈦、鐵、鋯和鉬的一些化合物也有應用,而大多數的有機阻燃劑是以磷和溴為中心的阻燃元素。按阻燃劑在聚合物中的存在形態,可分為添加
型和反應型兩大類。添加型阻燃劑在使用時是將阻燃劑分散到聚合物中或涂布在聚合物的表面,它們與聚合物不發生化學反應,屬于物理分散性的混合。而反應性阻燃劑則往往作為一種組分參與聚合反應,或者能與聚合物發生反應,它們之間存在著化學鍵合,阻燃劑能夠長期穩定地存在于材料內部而不會滲出流失。
兩種阻燃劑各有優缺點,添加型阻燃劑經反復洗滌或不適當洗滌后,阻燃效果會有所降低,但其使用方便,適用面廣,見效快;反應型添加劑的研制、開發需要大量的資金、人力、物力,而其結果往往只涉及一個品種的阻燃問題,應用范圍小,所以在使用上不如添加型多。阻燃劑的選擇因纖維和紡織品的品種和制造加工工藝特點而不同,要求低毒、高效、發煙性小,并且基本上不降低纖維和紡織品的主要服用性能(如強力、手感、染色性等),另外利用阻燃劑的協同效應,選用多種阻燃劑復配,可以提高阻燃效果,減少阻燃劑的用量,降低成本,避免纖維物理機械性能的惡化,具有很大的現實意義。
2.1.2 新型阻燃纖維 阻燃纖維一般可分為先天型和添加型。先天型阻燃纖維是指纖維本身由于分子結構的原因,而具備阻燃性能,其特點是:阻燃性耐久、熱穩定性高,具有良好的抗化學藥品的性能,回潮率高,穿著舒適等,這類產品價格往往較高,下面就幾種應用較多的防皺免燙面料纖維加以介紹。
間位芳香族聚酰胺纖維(Nomex),我國稱之為芳綸1313,是美國杜邦公司在60年代發明并投入使用的,是一種良好的耐高溫阻燃纖維,200e下能保持原強度的80%左右,260e下持續使用100 h仍能保持原強度的65%~70%,并在人體和衣服之間形成阻隔,降低傳熱效果,提供保護作用,能耐大多數酸的作用,對堿的穩定性也很好,由于其突出的性能和廣闊的市場前景,各國紛紛進行研究開發,日本帝人公司在80年代開始生產相同的產品,并命名為Te-ijincomex纖維,目前年產量3000 t;法國羅那公司于90年代初投產了Kermel纖維,年產量約600 t;德國巴斯夫公司于90年代末在美國投產Basosil纖維,產量約為450 t。
聚苯并咪唑纖維(簡稱PBI),是由美國空氣力學材料實驗室(AFNL)與Celease公司合作開發的另一高性能阻燃纖維,該纖維是由間苯二甲酸二苯脂(DPIP)和四氨基聯苯,經固相聚合得PBI聚合體,然后再紡絲成形。PBI纖維在空氣中不燃燒,其限氧指數高達40,遠遠超過Nomex(LOI值20~30),在600e火焰中較長時間暴露,纖維僅收縮10%。其織物仍能保持完整、柔軟,該纖維熱穩定性好,550e高溫下不熔化、不冒煙、不釋放有毒氣體,耐化學藥品性好,回潮率達15%,服用性好,穿著舒適。
另外,還有酚醛纖維,聚苯撐硫咪纖維,預氧化聚丙烯腈纖維。第二類是具有阻燃特性的常規合成纖維,如阻燃聚酯、 阻燃 腈綸等,這類纖維紡織加工容易,價格低廉,在只要求阻燃性能的產業用織物中應用,并可作為高價格阻燃、耐熱纖維的配伍纖維。目前,高性能阻燃、耐熱纖維的開發和研制在發達國家中十分活躍,美國、日本、歐洲等國家的許多特殊軍種中,已將Nomex等高性能阻燃耐高溫軍用服裝作為現役軍服。
我國阻燃工作服、耐熱纖維的生產情況,就種類而言,兩大類都已具中試規模,但產品的質量指標不穩定,性能與國外相比,還有較大差距,產品的開發應用面不廣,尚未形成大批量生產。
