安全防护用特种纤维及应用
东华大学材料学院 张清华 周士绪 李梦洁 巴兆虎 徐国芬
全球有数百万人在特殊危险环境下工作,安全防护用纺织品显得尤为重要,世界各国都在人体防护装备领域不断改进提高。设计高性能的防护材料,关键之一是确定最佳的防护材料,主要是各类特种纤维。国内外的工业化的特种纤维有很多,按防护功能分类,可分为耐高温阻燃纤维、耐辐照防静电纤维、防弹耐切割纤维、以及电磁屏蔽纤维等品种。
1. 耐高温阻燃纤维及纺织品
耐高温阻燃纤维及织物通常是指在较长时间经受高温(>200℃)尚能保持其原有的物理机械性能,且在空气中难燃烧的一类高性能纤维及织物,通常在高温下不熔融、离火自熄、高温尺寸稳定性好,常用作消防工作服、电焊工作服、防火手套、防火帘等防护制品。
耐高温阻燃纤维可分为:
(1 )芳香族聚酰胺纤维:芳纶1313( P MI A) 、芳纶1414( PPTA) ;
(2 )芳香族杂环类纤维:聚苯并咪唑纤维(PBI)、聚对苯撑苯并双噁唑纤维(PBO)、聚酰亚胺纤维(PI);
(3)芳环杂原子类纤维:聚苯硫醚纤维(PPS)、聚砜基酰胺纤维(PSA) ;
(4)其他纤维:聚四氟乙烯纤维(PTFE)、蜜胺纤维(MF)等。
极限氧指数(LOI) 可用来表示纤维的阻燃性能, 指纤维在氧- 氮混合气体中维持燃烧所需的最低氧含量的体积分数。极限氧指数越大,说明纤维越难燃。表1 列举了几种耐高温阻燃纤维的LOI 值和工作温度上限。
表1 几种有机耐高温阻燃纤维的LOl 值和耐热特性
纤维种类 | PMIA | PPTA | PBO | PBI | PI | PTFE | PPS | PSA | MF | LOI 值(%) | 32 | 30 | 68 | 41 | 38 | 95 | 40 | 33 | 32 | 工作温度(℃ ) | 230 | 190 | 350 | 250 | 280 | 260 | 260 | 200 | 200 |
间位芳纶是本征阻燃纤维的典型代表,在受火时其织物固化、熔融、成炭从而形成保护层,且燃烧时生烟量小,在安全防护、环保过滤等领域得到了广泛的应用。间位芳纶最早由美国杜邦公司研制成功并实现产业化,商品名为Nomex,随后日本帝人公司在1972 年也开始生产商品名为Conex 的间位芳纶,本世纪初我国实现间位芳纶规模化生产,主要有烟台泰和新材料股份有限公司等公司。
聚酰亚胺纤维是一种新型的耐高温阻燃纤维,是已经工业化的聚合物中耐热性最好的品种之一,自身具有较高的阻燃性能,属于自熄性材料(表2)。聚酰亚胺纤维织物损毁长度是主流消防服面料的1/5。聚酰亚胺织物高温碳化,发烟率低,烟密度是ABD0031 空客标准的1/200。
表2 聚酰亚胺织物的阻燃特性
阻燃性能 (25 次洗涤) PI 面料 芳纶面料 50%PI +50% 阻燃粘胶 50% 芳纶 +50% 阻燃粘胶
经向损毁长度(mm) 10 46 12 60
纬向损毁长度(mm) 8 48 13 57
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