阻燃纤维及其防护服概况

２００７宏华数码全国印染、棉纺织、色织产品开发年会阻燃纤维及其防护服概况刘丽英海军医学研究所一、阻燃纤维概况我们通常所说的阻燃纤维是指极限氧指数（ＬＯＩ）高于２５的纤维，一般可分为先天性阻燃纤维和添加型阻燃纤维。玻璃纤维、问位芳香族聚酰胺纤维等因分子结构的原因而具备阻燃性能，其阻燃特性不会随着时间的推移而降低，这类纤维即为先天性阻燃纤维；而改性阻燃涤纶、后处理阻燃棉等，因其原材料本身不具备阻燃特性，通过添加阻燃剂等才获得阻燃性，故称为添加型阻燃纤维。高性能阻燃耐高温服装是指采用问位芳香族聚酰胺等特种纤维加工而成的服装，这类服装具有永久的防火隔热功能，在高温高湿等恶劣气候条件下始终能保持足够的强度和服用性能；遇火及高温下不会产生熔滴，面料尺寸稳定，不会强烈收缩或破裂；具有耐磨损、抗撕裂、重量轻和穿着舒适等综合特性。在发达国家，这些新型防护服装不仅作为特种军服被大量使用，更被广泛使用于各类宇航服、消防服、警用镇暴服、赛车服、石油化工防火工作服和电工服等众多行业的专业服装。以美国为首的发达国家在此领域具有垄断的地位，６０年代末美国杜邦公司发明并工业化生产了间位芳香族聚酰胺纤维并命名为Ｎｏｍｅｘ，作为高科技产品首先被应用于航空航天等尖端领域。由于这种纤维的划时代性能和市场前景，世界各国纷纷开展研究开发，日本帝人公司在８０年代开始生产相同的产品并命名为Ｔｅｉｊｉｎｅｏｎｅｘ纤维，目前年产量约３０００ｔ；法国罗那公司于９０年代初投产了Ｋｅｒｍｅｌ纤维，年产量约为６００ｔ；德国巴斯夫公司于９０年代末在美国投产了Ｂａｓｏｆｔｌ纤维，产量约为４５０ｔ。从以上数据可以看初，美国杜邦公司和日本帝人公司几乎垄断市场，而且逐步侧重于高附加值个体防护应用领域更是他们的产业策略，而军队的服用装备更是其首选目标。二、几种耐高温纤维及其织物性能简介下面对几种阻燃纤维及阻燃织物进行简要阐述。１、纤维性能简介表１所示是市售工作服面料所用的阻燃纤维，可将表中所列纤维进行多方案配料。８９２００７宏华数码全国印染、棉纺织、色织产品开发年会表ｌ工作服面料用市售阻燃纤维性能简介属名芳族聚酰胺（间位）纤维Ｎｏｍｅｘ制造商Ｄｕｐｏｎｔ回潮率，％６．５强度ｇ／ｄ说明（杜邦）Ｒｈｏｎｅ．Ｐｏｕｌｅｎｃｅ４．Ｏ～５．３Ｋｅｒｍｅｌ（法国）Ｄｕｐｏｎｔ３．４形成纤维的物质是长链合成聚合物，特别耐用，抗化学品性能优异，洗染色牢度和耐光色牢度４．０～４．５相对较差．２１～２７芳族聚酰胺（对位）改性聚丙烯腈ＰＢＩＫｅｖｌｅｒ４．３ＴｗａｒｏｎＡｋｚｏ（荷兰）中国及日本产量较大４．０２２．６混入Ｎｏｍｅｘ提高强度，染色困难，强度和耐磨性优异，对漂白、光和强无机酸敏感。形成纤维的物质是含有丙烯腈单体的长链合成聚合物，抗化学性能和耐磨性优异，热收缩大。聚合物是磺化聚．２，２＇－间亚苯基．５，５＇－双苯并咪唑，不着火，不熔融，抗化学品性能优异，只能染深色。原料是长链合成聚酰亚胺，热收缩大，热性能比Ｎｏｍｃｘ差。２．５１．７～２．６ＰＢＩＨｏｅｃｈｓｔＣｅｌ柚ｅｓｅ１５．Ｏ２．８聚酰亚胺阻燃粘胶阻燃棉Ｐ８４Ｌｅｎｚｉｎｇ（奥）３．Ｏ１１．５３．７阻燃粘胶Ｌｅｎｚｉｎｇ（奥）阻燃棉天然纤维２．６～３．０再生纤维素，性能和棉相似。８．Ｏ阻燃聚酯０．４织物进行阻燃整理，耐酸性差，耐磨性一般，２．４～２．９耐洗，耐光色牢度相对较差，穿着性能和未经处理的棉织物相似。聚合物链中加入带有专用有机磷的聚酯化合４．５物，除具有本身阻燃性能外，其他性能和常规涤纶相似，熔点比常规涤纶低９＂Ｃ。２、阻燃织物性能简介２．Ｉ阻燃棉纤维棉产品的阻燃整理，根据处理方法不同，可以是暂时性的或永久性的。经阻燃处理的棉产品适用于铸造、火焰切割、焊接、处理化学品环境以及油、气和石油化工等场合，但不推荐用于白色金属如铝材的熔化防护和静电现象严重的操作场合。阻燃棉织物阻燃性能随洗涤次数的增加而降低。２．２ＮｏｍｅｘＮｏｍｅｘ具有优异的热稳定性，不会熔融，但到达３７１℃温度时会分解。这种材料被推荐用于石油工人、杂务人员和消防人员的服装，但不适宜用于防护熔化材料、焊接操作和静电现象严重的场合。虽然纯Ｎｏｍｅｘ织物的阻燃性能很好，但往往将其和其他纤维混纺，以获得最佳使用性能２．３改性聚丙烯腈改性聚丙烯腈是本身带有阻燃性的合成丙烯腈纤维，适用于化工厂、轮胎制造厂、油漆和清漆生产厂，但不适用于熔化材料或焊接场合。改性聚丙烯腈的耐洗色牢度很好，并能耐绝大多数酸、弱碱、漂白剂和溶剂。由于用该种纤维制成的服装在６０℃以上温度时收缩严重，因此用于阻燃服装以逐渐减少。２．４聚苯并咪唑纤维ＰＢＩＰＢＩ阻燃织物在军工、航天和职业消防人员方面应用最多。其产品本身为金黄色，可染成深色，它耐绝大多数酸、碱和溶剂，热稳定性很好，经受火焰后仍能保持纤维无损，但经氟漂会使其强度降低。制成的服装耐穿，寿命可和Ｎｏｍｅｘ产品相匹敌。ＰＢＩ材料可用于高温作业手套、铸造生产和消防人员的防护服以及飞机座椅防火材料。２．５ＫｅｒｍｅｌＫｃｒｍｃｌ是聚酰亚胺纤维，只有和其它纤维混纺的产品。Ｋｃｒｍｃｌ和羊毛混纺的织物用于制作礼服、运动衫和工作服。Ｋｅｒｍｃｌ为原液染色纤维，即在抽丝时进行染色，它能耐绝大多数酸和碱。２．６Ｐ８４Ｐ８４是阻燃性长链聚酰亚胺纤维，通常和其它纤维混纺。Ｐ８４为原液染色纤维，它具有良好的有机溶剂、耐酸、耐漂白剂性能，但热稳定性差。２００７宏华数码全国印染、棉纺织、色织产品开发年会三、阻燃纺织品燃烧性能测试方法织物的阻燃性能评估基本上都是先将织物点燃燃烧（或置于火焰中）一段时间，当织物远离火焰后，评估其燃烧难易程度，特殊织物还应考核发烟程度和毒性燃烧释放物等指标。目前织物阻燃效果评估方法主要有以下几种。ｌ、极限氧指数（ＬＯＩ）法限氧指数法是指织物在氧气和氮气混合气体中发生燃烧时，维持织物蚀状燃烧所需要的最低氧气浓度，限氧指数越大，说明产品的阻燃效果越好，反之则阻燃效果越差或不阻燃。限氧指数法虽具有灵敏度高的优点，但对试验条件以及操作人员的要求较高，而且试验中氧浓度与织物实际使用条件相差较大，因此限氧指数法非常适合作为科研中的测试手段，而不常在产品生产过程中应用。２、垂直燃烧法垂直燃烧法是指利用特定火源（火焰高度４０ｍｍ±２ｍｍ），在离织物底边２０ｍｍ中心处对固定在Ｕ型夹中的垂直织物进行燃烧，在规定的燃烧时间内，通过考核织物的燃烧状态、续燃时间、阴燃时间、损毁长度等指标测试织物阻燃性能的一种方法。我国及大部分国家对纺织品阻燃效果测试采用垂直燃烧法居多，日本用于测试服装类纺织品的阴燃性能，美国、英国和德国则用于测试儿童内衣、防护服、装饰布的阻燃性能。在国内外垂直燃烧法是最为完善的阻燃性能测试方法之一，大部分标准已在各行各业中起到了规范指导的作用，如我国的ＧＢ８９６５．９８《阻燃防护服》、ＧＢｌ７９５１—１９９６《阻燃机织物》、ＧＢ５０２２２．９５《建筑内部装饰设计放火规范》、ＨＢ５４７０．９６《民用飞机舱内非金属材料燃烧性能要求》、ＧＢ８４１０．８７＜汽车内部装饰材料》、日本的ＪＩＳＤ１２０１．ＦＭＶＳＳ３０２《汽车装饰织物》、ＴＣＬ１００８．６９＜飞机装饰织物》、美国的ＮＦＰＡ７０１《窗帘阻燃性能》等。３、４５℃斜面燃烧法在规定条件下，试样斜放呈４５℃，对试样点火，时间为ｌｓ，将试样有焰向上燃烧一定距离所需时间作为评估织物燃烧剧烈程度的方法，通过测得的续燃和阴燃时间、损毁面积和损毁长度来衡量织物阻燃效果。４、平面燃烧法在规定的条件下，对水平方向的织物试样点火，时间为１５ｓ，测定火焰在试样上的蔓延距离和蔓延该距离所用的时间，通过测量得到的火焰蔓延速率来衡量织物的阻燃效果。５、人体模型防护实验在由美国军方和杜邦公司共同研究开发的具有真人尺寸的人体模型上装有１２２个感应器，穿上防护服之后，喷燃丙烷，随后通过１２２个感应器测试人体在火灾中遭受的二度及三度烧伤。四、小结选择阻燃防护服时的重要考虑参数是阻燃性、穿着舒适性、经穿耐用性、易维护性和美观性。虽然阻燃性能是防护功能中最本质的要求，但仅此尚不能满足阻燃服装的全面要求。在目前市场上，其他性能也很重要，舒适轻盈的服装是当今阻燃服发展的潮流。例如，织物传递湿气的能力对穿着防护服的工作人员发挥工效特别重要。另外根据工作现场情况还有许多特殊需要。例如，抗化学剂、抗熔体性等。服装经一定次数洗涤后应不褪色、保持外观及物理性能，经多次洗涤后保持尺寸稳定性也很重要。所以应根据服装的具体要求选择合适的阻燃纤维进行纯纺或按照适当比例进行混纺，以取得最佳性价比的阻燃防护服装。９１