耐高温阻燃纤维现状

1.线形芳香族耐高温阻燃纤维 这类纤维的分子主链或侧链含有刚性的苯环、纤维的耐高温阻燃性能与苯环的稠密程度和苯环在分子中的位置、链接方式有密切的联系。 　 （1）聚对苯二甲酸对苯二胺纤维（PPTA） PPTA的商品名为Kevlar，在我国称为芳纶，是一种高强、高模的高性能特种合成纤维，同时也是一种优秀的耐高温阻燃纤维，其极限氧指数（LOI）可达30左右，玻璃化温度为345℃左右，高温不熔融，分解温度高达560℃。Kevlar可单独使用，更多的应用于复合材料领域。虽然Kevlar性能极其优越，但是产量少，价格昂贵，主要应用于宇航和国防工业，少量作为防弹衣之类的防护用。 （2）聚间苯二甲酰间苯二胺纤维（MPIA）聚间苯二甲酸二胺纤维最早是杜邦公司生产的一种间位芳族聚酰胺纤维，其商品名为Nomex。MPIA是以间苯二胺。 （MPD）和间苯二甲酸氯（ICI）为单体，以界面缩聚法或低温溶液缩聚后经干法纺丝而制得。Nomex的玻璃化温度为270℃左右，热分解温度高达430℃，在200℃条件下工作时间长达20000h，强度保持原来的90％，260℃热空气中连续工作1000h，强度保持原来的70％左右，MPIA纤维不熔融，LOI为32左右。Nomex能耐大多数的酸，但是长期受强酸或强碱的作用，强度会有所下降。而且，Nomex在高温水蒸汽下能缓慢脆化，且分散时放出少量可燃性一氧化碳气体。 （3）含杂原子的芳香族纤维 在芳香族纤维分子链中引入一种或数种特定的杂原子，可以进一步提高纤维的耐试剂性能或提高耐热阻燃性。聚苯硫酸纤维（PPS）就属于该种类型。 聚苯硫酸纤维是菲利浦石油公司于1973年开发生产出来的，PPS树脂在空气中加热至接近熔点，聚合物将发生链的伸展和交联作用，相对分子质量得到进一步的提高。PPS树脂用熔融纺丝方法可制成短纤维产品。LOI可达35左右，能耐绝大多数化学试剂，在强酸、强碱和有机溶剂中的强度稳定性，仅次于聚四氮乙烯纤维。具有罕见的热稳定性，在200℃下，54天后，其断裂强度基本上没有损失，在260℃下，48h后，纤维强度保持原来的60％。 （4）芳香族杂环类纤维在芳香类纤维分子结构上引入杂环基团，限制分子构象的伸张自由度，增加主链上的共价键结合能，就有可能大幅度提高纤维的模量、强度和耐热性。 ①PBI PBI纤维具有高度的绝缘性及良好的耐热性，分散温度为660℃，具有较好的热稳定性和较低的热收缩性。FBI高温无烟低毒，LOI高达48。但PBI耐光性差，在太阳光作用下，强度和相对分子质量下降显著，且对化学试剂稳定性差，此外，用于合成树脂的胺类单体具有致癌性，限制了FBI的推广。 ②PBO PBO不同于PBI，不仅是一种耐高温阻燃纤维，还是一种高强、高模的高性能纤维，机械力学性能甚至比Kevlar更好。PBO是采用2，4-二氨基间苯二酚盐酸盐和对苯二甲酸为单体，经由液晶纺丝而得。PBI的LOI为68，热分散温度为65℃。 2.石墨化碳纤维 碳纤维指纤维化学组成中碳元素占总质量90％以上的纤维。按原料分碳纤维可分为：聚丙烯腈基碳纤维、沥青基碳纤维和纤维素基碳纤维。以特殊的PAN纤维为原丝，在200-300℃的空气氧化炉中预氧化，形成一种共轭体系的梯形结构的预氧化丝，随后，于惰性气体中在1200-1600℃下碳化数分钟至数10分钟，可得碳纤维，碳纤维于惰性气体中2000-3000℃下石墨化数秒至数10秒，即得石墨化碳纤维。在2000℃的高温下，纤维形成了一种石墨状六方晶体结构，而且晶体结构越完善，纤维性能越好。 3.热固性三维交联纤维 该纤维的特点是，纤维单体中至少有一种单体具有3个或3个以上的官能团，以使纤维分子链最终能形成三维立体交联结构，并且交联结构对纤维的耐高温阻燃性能有着直接的影响。酚醛纤维和三聚氰胺缩甲醛纤维都是热固性三维交联纤维。 （1）酚醛树脂纤维（Kynol） 酚醛树脂纤维是第一具有三维交联结构的纤维，打破了热固性树脂不能成纤的传统概念，是以相对分子质量为300-2000的热塑性纯线型聚酚醛（Novolac型）为原料，经熔融纺丝后在酸和甲醛存在下进行交联而制得。由于酚醛树脂纤维高度交联，化学性质稳定，LOI可达34左右，酚醛树脂纤维高温下不溶融，也不燃烧，即使碳化成玻璃状结构也不收缩，碳化过程无可烯性气体和有毒气体产生。酚醛树脂纤维在实际应用上，却存在较多缺陷，如纤维发脆且耐磨强度低，强度仅为0.882-1.323cN/dtex，纤维染色性差，在阳光下易变色。 （2）三聚氰胺缩甲醛纤维（MF） 三聚氰胺甲醛纤维俗称密胺纤维，是以三聚氰胺和甲醛在特定的溶剂中缩聚成一定相对分子质量的预聚体，经由离心纺丝高温固化成纤。LOI高达37以上，遇火时，不收缩，不溶滴，至400℃仍能基本保持原有形状，在更高温度下碳化，基本无毒气产生，发烟量也很小，纤维白度高，色泽稳定，染色性良好，耐酸碱和绝大多数化学试剂。 4.聚四氟乙烯纤维（PTFE） 聚四氟乙烯纤维是耐高温阻燃纤维中发展最早的品种。任何溶剂都不能溶解它，而其熔点又与分解点相近，因此不能用传统的溶液或溶融纺丝方法成纤，可由乳液聚合而得的树脂经载体纺丝、膜裂纺丝或糊状挤压而制得。PTFE长期使用温度为-120-250℃，强力失效温度为310℃，加热至390℃以上时，开始发生解聚，LOI高达95。是高氧环境中最难燃的有机纤维。 5.Visil Visil纤维是一种新兴耐高温阻燃粘胶纤维，是以纤维素和硅酸盐组成的共混纤维，短期耐热温度为1300℃，长期使用温度为320℃，LOI为31左右。 6.其他类型的耐高温阻燃纤维近年来，世界上开发出几种新型耐高温阻燃树脂原料和纤维品种，这些新品种除了具有优良的耐高温阻燃性能外，在力学性能方面更加接近或达到高性能纤维的水平（如PK和PEEK），而且和传统的高性能纤维相比生产工艺流程更简单，成品纤维的成本更低。