簡介阻燃維綸的發(fā)展歷程
簡介阻燃維綸的發(fā)展歷程
主持：陶
嘉賓：四川大學高性能纖維復合材料研究所所長葉先生教授
在各類阻燃纖維中，阻燃維綸因其兼具高強度、阻燃和吸濕性好等優(yōu)異性能，受到業(yè)內外廣泛關注。“維綸纖維是由PVA的水溶液經(jīng)濕法紡絲，再和甲醛縮合而制成的一種合成纖維，特別是采用加硼濕法紡絲所得的阻燃維綸，其強度可達7.5cN/dtex，是目前紡織用阻燃纖維中強度最高的纖維。”
作為阻燃維綸研發(fā)方面的專家，四川大學高分子科學與工程學院的葉先生教授和他的團隊通過X射線衍射、掃描電鏡、光學顯微鏡、極限氧指數(shù)等表征手段對比了維氯綸、CY841阻燃維綸、高強溴/銻復合阻燃維綸和高強無鹵阻燃維綸這四種阻燃維綸各自的優(yōu)缺點，并分析了阻燃維綸的發(fā)展趨勢及應用前景。本期，葉先生教授將為我們系統(tǒng)地介紹這四種阻燃維綸的結構與性能。
了解維綸的制備與特點主持人：目前，制備阻燃維綸的方法有哪些？阻燃維綸在我國的發(fā)展歷程又是怎樣的？
葉先生：現(xiàn)階段我們制備阻燃維綸的主要方法有共聚和共混兩種。共聚法是通過將含有阻燃性能的單體接枝到聚乙烯醇(PVA)大分子上，而后將共聚物進行紡絲得到阻燃維綸(阻燃聚乙烯醇縮甲醛纖維)；共混法是通過在紡絲原液中添加阻燃劑制備阻燃維綸。
20世紀60年代，日本興人公司開發(fā)出阻燃維綸——維氯綸。上世紀70年代，我國通過在PVA紡絲原液中添加聚氯乙烯乳液進行紡絲，制備了阻燃維綸；上世紀80年代，我國在紡絲原液中添加溴/銻復合阻燃劑，制備了CY841阻燃維綸；2008年開始進行低毒十溴二苯乙烷/三氧化二銻復合高強阻燃維綸以及高強無鹵阻燃纖維的研究；2010年實現(xiàn)了高強無鹵阻燃維綸的工業(yè)化生產(chǎn)。
目前來看，阻燃維綸正朝著無鹵、低毒、高強化的方向發(fā)展。目前高強阻燃維綸是除芳綸1414、PBO、M5等高性能纖維外，強度最高、無熔滴的有機阻燃纖維。
主持人：我們知道，維綸是由聚乙烯醇紡絲并經(jīng)縮醛化制成的纖維，是化學纖維中較常見的品種之一。那么，維綸纖維為什么具有較高的理論強度和模量？它又存在哪些缺點呢？
葉先生：聚乙烯醇是一種主鏈為C-C鏈結構，側基為羥基(-OH)的高聚物，一般由聚醋酸乙烯酯醇解獲得。聚乙烯醇結構規(guī)整，分子截面積小，側基上有大量羥基，分子間相互作用力強，鏈中鍵的離解能為25~314kJ/mol，機械破壞能為250kJ/mol，分子間相互作用能為38~42kJ/mol，內聚能密度高。維綸纖維具有較高的理論強度和模量，其強度和模量分別為210cN/dtex和2003cN/dtex，因此由其制成的纖維也是強度較高的化學纖維品種之一。
聚乙烯醇立構規(guī)整性好，其主鏈為C-C鏈結構，具有疏水性，側基上有大量羥基，具有親水性，化學反應性和乳化性能。既可以通過化學反應接枝功能基團，也可以起到乳化作用，特別是隨著醇解度的降低，乳化作用更強。因此可加入大量添加物(功能物質)，使之較均勻地分散在聚乙烯醇水溶液中，紡制各種功能纖維。
此外，聚乙烯醇纖維具有較好的耐腐蝕性和耐日光性，將其長時間放置在海水中或埋在地下，其強度無明顯下降，聚乙烯醇纖維的耐紫外光性也比大多數(shù)纖維好。維綸的主要缺點是染色性差，一方面是染著量不高，另一方面是染色后色澤不鮮艷。這是由于該纖維具有皮芯層結構，當纖維經(jīng)過縮醛化后，部分羥基被封閉，這兩點會導致纖維染色性差。四種維綸各有優(yōu)勢
主持人：請您從結構與性能的角度，分別對這四種阻燃維綸進行簡單的介紹。
葉先生：維氯綸是上世紀60年代由日本興人公司率先發(fā)明并實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的阻燃纖維，其由聚乙烯醇溶液與含有氯乙烯—聚乙烯醇接枝共聚物的聚氯乙烯乳液混合紡絲而成。因具有聚乙烯醇纖維的耐熱、吸濕性好和高強度以及聚氯乙烯纖維的難燃性、熱塑性好和彈性好的雙重優(yōu)點而備受人們推崇。其纖維產(chǎn)品出口美國、瑞士、德國、英國、挪威、加拿大等國。我國北京服裝學院采用PVC乳液與PVA共混紡絲得到維氯綸，其性能已接近日本維氯綸水平。
在纖維結構上，維氯綸中的PVC保持固有的非結晶性，而PVA具有結晶性。我們通過對比試驗發(fā)現(xiàn)：將維氯綸中的PVA溶出后，纖維呈連續(xù)的網(wǎng)狀結構，因此我們認為，維氯綸是一種兩相連續(xù)互穿結構的復合纖維，不同于一般共混紡絲得到的纖維呈基體—微纖結構。
從維氯綸的力學性能與阻燃性上看，維氯綸的限氧指數(shù)一般為30%～31%，據(jù)日本興人公司報道，在紡絲時加入氧化錫水合物作為阻燃增效劑后，極限氧指數(shù)為35.9%。聚氯乙烯纖維42%～57%。維氯綸在高溫180℃開始軟化收縮，230℃以上開始慢慢分解，熔點不明顯，因此燃燒時不產(chǎn)生熔滴，穿著時亦不存在熱熔粘性深度燒傷的危險，其織物燃燒時煙霧及毒性較低，維氯綸的發(fā)煙系數(shù)小于10，僅次于粘膠纖維。
基于這些，使得維氯綸的耐腐蝕性很強；維氯綸很容易染色，用陽離子、分散性染料及媒染料染色時，不需要高溫—高壓或載體就可以獲得較好的色牢度和顯色性，濕態(tài)色牢度可高達五級，染料吸收率可達100%；維氯綸的手感類似于羊毛，纖維的尺寸穩(wěn)定性較好，卷曲度和蓬松度高。
CY841阻燃維綸是用十溴聯(lián)苯醚和三氧化二銻作阻燃劑，加到PVA溶液中經(jīng)芒硝濕法紡絲得到的阻燃纖維。該纖維屬于校企聯(lián)合的項目，由四川維尼綸廠、四川大學、重慶紡織研究所共同研制。
CY841阻燃維綸纖維截面和芒硝濕法維綸類似為腰子形，阻燃劑以粒狀形式均勻分散在纖維中，纖維縱向分布有一些溝槽，并有少量阻燃劑粒子突出，纖維表面較芒硝濕法維綸粗糙。這說明，十溴二苯醚阻燃粉末較好地被纖維基體包裹在內部。
一系列的試驗表明：由于阻燃劑均勻分散在PVA連續(xù)相中，結晶度和晶粒尺寸較普通維綸小，這可能是由于阻燃劑的加入導致晶粒長大受限造成的。CY841阻燃維綸極限氧指數(shù)(LOI)30%~33%，該纖維紡織加工成織物后，LOI值為30%~32%，織物垂直燃燒炭長153~250mm，阻燃性較好。
高強溴/銻阻燃維綸是由十溴二苯乙烷和三氧化二銻作阻燃劑，采用加硼濕法紡絲、拉伸、水洗、干燥、熱處理、縮甲醛處理得到的阻燃纖維。
由于高強溴/銻阻燃維綸是采用加硼濕法紡絲工藝路線生產(chǎn)的，因此其纖維截面呈圓形，阻燃劑粒子被均勻分散在纖維內部。纖維縱面形貌表明高強溴/銻阻燃維綸表面較CY841阻燃維綸顯得光滑，但纖維表面仍存在一些由阻燃劑造成的溝槽與孔洞。
高強溴/銻復合阻燃維綸的極限氧指數(shù)值在33%左右，纖維在空氣中點燃時不會產(chǎn)生熔滴，離火即熄，具有較好的阻燃效果。
高強無鹵阻燃維綸是四川大學、解放軍總后軍需研究所等單位自主研發(fā)的一種高強度、低煙、無熔滴的新型阻燃維綸。其是通過在PVA紡絲原液中加入無鹵阻燃劑后采用特殊的高強維綸紡絲工藝制備的。無鹵阻燃劑與PVA有較好的相容性，經(jīng)粉碎的小粒徑阻燃劑在紡絲過程中基本未團聚，且在熱拉伸過程中熔融后與PVA形成緊密結構，對纖維強度影響較小。高強無鹵阻燃維綸的截面接近圓形。其纖維存在明顯的皮芯結構，阻燃劑粒子被包裹在在致密的聚乙烯醇皮層結構內，纖維芯層結構疏松，含有大量阻燃劑粒子，由于纖維皮層的保護，使得纖維中的阻燃劑粒子被較好的保護而不易流失。
高強無鹵阻燃維綸的耐熱水性能對于染整加工至關重要，它關系到這種阻燃維綸能否用在服用織物上，特別是當其應用于洗滌條件更加嚴酷、需要反復洗滌、甚至高溫消毒的特種工裝和軍警作戰(zhàn)訓練服裝面料時。試驗結果表明：當我們將高強無鹵阻燃維綸在100℃沸水中放置30分鐘取出后，高強無鹵阻燃維綸的力學性能和阻燃性并沒有明顯降低，表現(xiàn)出較好的耐熱水性能，且還具有與普通高強一樣的耐磨維綸。
阻燃市場仍有困局
主持人：阻燃維綸主要應用在哪些領域？
葉先生：日本的阻燃維綸大致應用在三個領域：一是用于窗簾、墻布、一般衣料、工作服、工業(yè)用布、濾布等；二是用于地毯、床上用品等；三是用于無紡布和造紙等。目前，國產(chǎn)的高強阻燃維綸可以進行純紡或混紡，其織物主要用于篷布、消防服、工裝、作訓服等對阻燃面料強度要求較高的領域。
主持人：阻燃維綸的優(yōu)勢十分明顯，那么在市場應用方面它是否也有相對的優(yōu)勢？
葉先生：阻燃纖維有國家政策的大力支持和鼓勵，也有良好的市場前景，但實際的阻燃纖維市場并不是想象中那么樂觀，其原因主要是目前阻燃纖維的性能和價格與市場的期望值有較大差距。
現(xiàn)在國內的阻燃纖維市場實際上處于一個非常尷尬的境地，一方面市場急需阻燃紡織品，而另一方面現(xiàn)有的阻燃纖維從性能和價格上又難于滿足市場需求，這使得阻燃纖維的使用受到極大的阻礙。因此，開發(fā)一種力學性能優(yōu)異(強度大于7cN/dtex)、價格適中，滿足無鹵、低煙、無毒、無熔滴、環(huán)保等特性的新型阻燃纖維十分必要。
在各類阻燃纖維中，阻燃維綸是后起之秀，特別是高強化的阻燃維綸，其兼具高強、低成本、阻燃、無熔滴等眾多優(yōu)勢。而高強無鹵阻燃維綸的開發(fā)又同時滿足了無鹵阻燃的環(huán)保要求，使得阻燃維綸滿足了目前市場對阻燃纖維的各項需求，因此，其應用前景更為廣闊。
應用高強阻燃維綸替代其他高價位的高性能阻燃纖維作為阻燃紗線的增強組分，可以大大降低阻燃織物的生產(chǎn)成本，并提高阻燃織物的力學強度，化解了織物力學性能和阻燃性能難以兩全的尷尬局面。如將高強阻燃維綸有效應用到阻燃織物市場，會取得良好的經(jīng)濟效益和社會效益。
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