阻燃抗靜電織物的制備與應用

徐華山

（天津工業大學， 天津 300387）

阻燃抗靜電織物的制備與應用

徐華山

（天津工業大學， 天津 300387）

隨著科技和生活水平的提高，對功能性織物的要求也不斷提高，單一功能的紡織品已逐漸失去市場優勢。所以為滿足工業、科學、日常生活以及國防科技對紡織產品性能的要求，功能紡織品逐漸趨于多元化，其中，解決因紡織產品易燃和因靜電引起的燃燒所造成的經濟財產損失的問題，已經刻不容緩。本文針對阻燃抗靜電織物的綜合性能不能滿足要求的問題，重點介紹了阻燃紡織材料的阻燃原理、阻燃劑作用機理、制備及阻燃性能評價，并對阻燃抗靜電織物的制備方法和注意事項進行了總結，以期可以對后續的阻燃抗靜電織物的制備提供一定的理論依據。

阻燃；抗靜電；復合工藝；多功能織物

隨著高新技術和新興工業的發展，人們的生活、工作條件和環境也發生了很大的變化，耐高溫和阻燃材料的使用越來越廣泛，幾乎包含了各行各業，如交通、建設、化學、機械、電子工程和航天航空等。同時在軍事應用領域如裝甲、炮兵、航空兵、防化兵等，主要是軍隊人員的腐蝕和作戰裝備，耐高溫阻燃材料的應用也日益增加。另外，在目前旅游業和裝飾業飛速發展的今天，對裝飾織物耐高溫和阻燃的要求無疑進一步刺激了耐高溫阻燃材料的發展。

但是耐高溫阻燃材料基本都是合成材料，與天然材料相比最大的缺點就是絕緣性高，在生產和加工過程中容易因靜電產生羅拉、皮輥的纏繞、紗線起毛、經紗開口不清等現象，不但給生產造成很大的麻煩，還可能引發意外事故。在穿著和使用過程中還會產生粘附和纏繞肢體的現象，不但會影響舒適性還可能會引起人體的PH值上升、人體中鈣含量的降低以及血糖升高等等一系列的問題，影響人體健康。在比較干燥的環境中，靜電的產生可能會造成儀器設備的精確度和操作安全性的降低。最為嚴重的是在消防、石化等很多易燃、易爆的危險領域，因材料靜電產生的火花可能會引起燃爆災害等事故?；谝陨显?，兼具阻燃-抗靜電的材料越來越多地受到關注。

投稿日期：2016-06-01

作者簡介：徐華山（1983—），男，2009年畢業于常州工學院，2010年進入悅達紡織集團工作。先后在紡織集團生產一線、研究所、戰略規劃部任職。2012年攻讀天津工業大學紡織工程碩士學位。

1　阻燃概述

纖維材料的燃燒過程是，纖維材料和火源接觸后，先吸收熱量，在纖維材料內部發生裂解反應，同時產生大量的可燃性的氣態產物，此時在氧氣存在的條件下發生燃燒現象，氣體燃燒放出大量的熱又進一步促進了纖維的裂解和燃燒，形成循環的燃燒反應（如圖1所示）。

由圖1也可以看出，若想達到阻燃的目的，須切斷由熱源、可燃物以及氧氣組成的燃燒循環，所以，紡織材料的主要阻燃途徑由以下一種或幾種方法來實現：

（1）提高紡織材料的裂解溫度；

（2）提高材料的成炭率，減少揮發性可燃氣體的生成；

（3）在燃燒過程中隔絕氧氣與材料的進一步接觸或稀釋氧氣的濃度。

通常為了滿足紡織產品對阻燃性能的要求，可以通過對紡織材料直接進行阻燃處理的方法實現，該方法比較簡單易行，但制備出的紡織材料隨洗滌次數多增加，阻燃性能也會隨之降低，甚至還有可能會消失。也可以通過直接生產阻燃纖維的方法獲得永久性阻燃性能的紡織產品，在該種阻燃方法還可以分為纖維本身的大分子鏈就存在阻燃性的基團的本質阻燃和改性處理后獲得阻燃的改性阻燃兩種。

1.1 阻燃劑

通常使用的用來提高紡織產品阻燃性能的阻燃劑有內用型、外用型、反應型、非反應型、低分子型、高分子型以及單一型、復合型等很多種類型。從材料上分又可以分為無機阻燃劑和有機阻燃劑，無機阻燃劑主要是通過吸收熱量的方式達到阻燃的目的，該類阻燃劑具有穩定性能好、不易揮發、煙氣的毒性較小以及價格低廉等優點，但是耐洗性能較差。有機阻燃劑主要有含鹵阻燃劑和磷系阻燃劑兩種。含鹵阻燃劑處理的紡織材料在燃燒過程中會產生比重較空氣重的含鹵氣體，通過稀釋和隔絕空氣來達到阻燃的效果，同時，鹵化物氣體具有很強的腐蝕性和毒性，加上燃燒過程中產生大量的煙霧，會對人體造成嚴重危害，所以含鹵阻燃劑正在逐漸被淘汰；磷系阻燃劑主要包含鹵-磷系阻燃劑和非鹵-磷系阻燃劑兩種，鹵-磷系阻燃劑中兼有溴-磷或溴-磷-氮原子，并在阻燃性能方面具有協同增效的作用，在該類阻燃劑中計入適量的溴可以有效改善一般磷酸酯類阻燃劑揮發性大、抗遷移性差和抗熱老化性欠佳的缺點，主要產品有二溴辛戊二醇（DBNPG）、二溴辛戊二醇磷酸酯以及二溴辛戊二醇磷酸酯氰胺鹽等，鹵-磷系阻燃劑的阻燃效果理想，又具有揮發性低、無色、無臭、耐水解性好等優點，但其耐熱性差。

隨著阻燃材料的不斷研究，發現了很多新型的阻燃方法包括納米阻燃、微膠囊阻燃、超細化、表面改性、消煙、交聯、大分子技術等。新型阻燃方法彌補了傳統阻燃方法的某些方面的不足，如對無機阻燃劑進行改性，增強其與合成材料的相容性，可以降低阻燃劑用量，改善力學性能的下降。

1.2 阻燃纖維材料

對于不同的材料（表1），按照用途可以分為抗燃和阻燃兩種，抗燃材料一般為無機類的纖維材料，如玄武巖纖維、玻璃纖維、碳纖維等，該類材料在火焰中不燃燒，也有部分為抗燃性能較好的合成纖維，如聚酚醛（PF）纖維和聚苯硫醚 （ PPS） 纖維，可耐瞬時極高溫或可在較高溫度下保持一定強度，此類纖維僅用于要求很高的產業用紡織品。

阻燃纖維又可分為本質阻燃纖維和化學改性阻燃纖維。本質阻燃纖維中一般含有芳香或階梯狀雜環鏈結構，代表性產品有芳綸1313，其綜合性能，包括阻燃性能、耐高溫性能、可紡性能、染色性能、耐老化性能以及各種物理機械性能等，均令人滿意，因此是目前世界上應用最為廣泛的合成耐高溫纖維材料之一。

表1　纖維燃燒性分類

聚（酰胺-酰亞胺）（Kermel）纖維，是又一類重要的耐高溫阻燃纖維。其優異的阻燃和隔熱性能、出色的機械強度和抗化學腐蝕性能和耐高溫性能以及適中的價格，在阻燃纖維材料領域占有一席之地。目前這種產品已經進入我國市場，作為一部分消防戰斗服的面料。但是，由于Kermel纖維的染色問題一直沒有得到很好的解決，限制了其在勞動保護領域的應用。

聚苯并咪哇（PBI）纖維，是一種優異的耐高溫和耐化學試劑腐蝕纖維，具有一系列特殊的優異性能，如良好的紡織加工性、杰出的阻燃性能、高吸濕性能（吸濕率可達13%-15%）、良好的染色性、出色的熱穩定性和優異的化學穩定性，是制作阻燃抗熱防護服的理想材料。只是這種纖維的耐光性稍差，再加上價格較為昂貴，限制了它的普及與應用。

我國自行研究和開發應用的阻燃芳砜綸纖維，其阻燃、耐熱、不熔融、電絕緣和耐腐蝕性能均可以接近或達到美國杜邦公司的Nomex纖維和日本帝人公司的Conex纖維，在阻燃抗熱防護服裝領域有著廣闊的應用前景。

其他本質耐高溫或阻燃合成纖維還包括聚醚醚酮（PEEK）纖維、三聚氰胺纖維和聚四氟乙烯纖維等。

1.3 阻燃效果評定

評定織物的阻燃性能是一個比較復雜的問題，影響因素有很多，但主要考慮的有兩方面：一是表示材料起火難易程度的易點燃性和著火點，另一個是材料的燃燒性能。對于織物可燃性能的測試有很多種，具體分類與測試標準如表2所示。

表2　織物可燃性能測試方法

2 阻燃抗靜電材料的制備

目前，國內在研制和生產具有單一抗靜電性能或單一阻燃性能的織物方面已取得進展，但兼具雙重防護功能的織物性能卻有待進一步的研究。因此，為確保相關企業安全生產和員工的生命安全，研制兼具抗靜電和阻燃性能的織物，具有十分重要的意義。國內外研制阻燃抗靜電功能織物一般都是通過運用整理劑對織物進行阻燃抗靜電功能整理、運用隔熱阻燃纖維與導電纖維混紡或采用阻燃纖維混紡紗與導電長絲交織所得織物再經阻燃劑處理這三種方法。最常使用的是后整理的方法，在該方法的處理過程中主要存在著耐久性差、強度損失大、不透氣、手感差、舒適性差等缺點，同時，抗靜電劑與阻燃劑之間的綜合作用也比較難達到平衡。

為了切實保障紡織品同時具備阻燃性以及抗靜電性，則應當切實保障實際選取的阻燃劑與抗靜電劑物質之間具備較好的理化性質相容性，要保證添加劑能夠長期而穩定地均勻分布于纖維材料中。在阻燃劑、抗靜電劑共同相互作用時應避免相互發生化學反應，防止阻燃劑、抗靜電劑在復合過程中引起其作用效果互相削弱的現象，甚至使其失去抗靜電效果。因此，應避免胺類抗靜電劑與含鹵阻燃劑進行復合，除了保障高分子材料阻燃抗靜電性能的良好發揮之外，還能保障材料在實際使用的過程中具備較好的耐持久性，保障材料即使在經歷過較長時間的洗滌處理的前提下，依然具備較好的綜合性能，這一點對于阻燃抗靜電纖維材料的研究與應用工作具備著極其深遠的實踐意義。

表3　阻燃抗靜電織物的三種制備方法

3 總結

目前，阻燃-抗靜電纖維在國內的研究尚不成熟，沒有形成一定的理論體系，所以需要對阻燃和抗靜電劑進行進一步的開發和研究，增加阻燃抗靜電材料的市場和技術競爭力。首先應該考慮，制備同時具有阻燃性和抗靜電性能的纖維材料是一個復雜的物理化學過程，需要阻燃劑和抗靜電劑共同發揮作用，所以需要對阻燃劑和抗靜電劑的協同復配技術進行進一步研究，提高復配效果，降低產品的成本；在開發無鹵阻燃的同時對阻燃和抗靜電劑進行適當的精細化處理，提高分散性能的均勻性與耐久性，制備環保阻燃抗靜電纖維材料；同時還應不斷完善阻燃纖維與抗靜電纖維的混紡和交織技術，在降低成本的同時生產出手感和服用性能優異的紡織產品。

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Preparation and application of flame retardant and antistatic fabrics

XU Hua-shan
（Tianjin Polytechnic University， Tianjin 300387，China）

With the technology and the improvement of living standards of functional fabric requirements are also rising，textile single function has been gradually losing market advantage. Therefore， to meet the industrial， scientific， national defense science and technology on everyday life and performance requirements of textile products， functional textiles becoming more and more diversified， which address the flammability of textile products and economic loss of property due to static electricity caused by combustion problems desperately needed. In this paper， the overall performance flame-retardant anti-static fabric can not meet the requirements of the problem， the first focuses on the principles of flame retardant textile materials， flame retardant mechanism of action， preparation and evaluation of flame retardant，anti-static and flame retardant fabric preparation and precautions are summarized in order to provide a theoretical basis for preparing subsequent flame-retardant anti-static fabric right.

flame retardant；antistatic；composite technology；multi-functional fabrics

A

TS195.59