簡(jiǎn)介阻燃維綸的發(fā)展歷程

主持：陶

嘉賓：四川大學(xué)高性能纖維復(fù)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(qiáng)度、阻燃和吸濕性好等優(yōu)異性能，受到業(yè)內(nèi)外廣泛關(guān)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(qiáng)度可達(dá)7.5cN/dtex，是目前紡織用阻燃纖維中強(qiáng)度最高的纖維�！�

作為阻燃維綸研發(fā)方面的專家，四川大學(xué)高分子科學(xué)與工程學(xué)院的葉先生教授和他的團(tuán)隊(duì)通過X射線衍射、掃描電鏡、光學(xué)顯微鏡、極限氧指數(shù)等表征手段對(duì)比了維氯綸、CY841阻燃維綸、高強(qiáng)溴/銻復(fù)合阻燃維綸和高強(qiáng)無鹵阻燃維綸這四種阻燃維綸各自的優(yōu)缺點(diǎn)，并分析了阻燃維綸的發(fā)展趨勢(shì)及應(yīng)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(jié)構(gòu)與性能。

了解維綸的制備與特點(diǎn)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(jìn)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(jì)60年代，日本興人公司開發(fā)出阻燃維綸——維氯綸。上世紀(jì)70年代，我國通過在PVA紡絲原液中添加聚氯乙烯乳液進(jìn)行紡絲，制備了阻燃維綸；上世紀(jì)80年代，我國在紡絲原液中添加溴/銻復(fù)合阻燃劑，制備了CY841阻燃維綸；2008年開始進(jìn)行低毒十溴二苯乙烷/三氧化二銻復(fù)合高強(qiáng)阻燃維綸以及高強(qiáng)無鹵阻燃纖維的研究；2010年實(shí)現(xiàn)了高強(qiáng)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(qiáng)化的方向發(fā)展。目前高強(qiáng)阻燃維綸是除芳綸1414、PBO、M5等高性能纖維外，強(qiáng)度最高、無熔滴的有機(jī)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(xué)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(qiáng)度和模量？它又存在哪些缺點(diǎn)呢？

葉先生：聚乙烯醇是一種主鏈為C-C鏈結(jié)構(gòu)，側(cè)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(jié)構(gòu)規(guī)整，分子截面積小，側(cè)基上有大量羥基，分子間相互作用力強(qiáng)，鏈中鍵的離解能為25~314kJ/mol，機(jī)械破壞能為250kJ/mol，分子間相互作用能為38~42kJ/mol，內(nèi)聚能密度高。維綸纖維具有較高的理論強(qiáng)度和模量，其強(qiáng)度和模量分別為210cN/dtex和2003cN/dtex，因此由其制成的纖維也是強(qiáng)度較高的化學(xué)纖維品種之一。

聚乙烯醇立構(gòu)規(guī)整性好，其主鏈為C-C鏈結(jié)構(gòu)，具有疏水性，側(cè)基上有大量羥基，具有親水性，化學(xué)反應(yīng)性和乳化性能。既可以通過化學(xué)反應(yīng)接枝功能基團(tuán)，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(qiáng)。因此可加入大量添加物(功能物質(zhì))，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(shí)間放置在海水中或埋在地下，其強(qiáng)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(diǎn)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(jié)構(gòu)，當(dāng)纖維經(jīng)過縮醛化后，部分羥基被封閉，這兩點(diǎn)會(huì)導(dǎo)致纖維染色性差。四種維綸各有優(yōu)勢(shì)

主持人：請(qǐng)您從結(jié)構(gòu)與性能的角度，分別對(duì)這四種阻燃維綸進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。

葉先生：維氯綸是上世紀(jì)60年代由日本興人公司率先發(fā)明并實(shí)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(qiáng)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(diǎn)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(xué)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(jié)構(gòu)上，維氯綸中的PVC保持固有的非結(jié)晶性，而PVA具有結(jié)晶性。我們通過對(duì)比試驗(yàn)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(jié)構(gòu)，因此我們認(rèn)為，維氯綸是一種兩相連續(xù)互穿結(jié)構(gòu)的復(fù)合纖維，不同于一般共混紡絲得到的纖維呈基體—微纖結(jié)構(gòu)。

從維氯綸的力學(xué)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(bào)道，在紡絲時(shí)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(diǎn)不明顯，因此燃燒時(shí)不產(chǎn)生熔滴，穿著時(shí)亦不存在熱熔粘性深度燒傷的危險(xiǎn)，其織物燃燒時(shí)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(qiáng)；維氯綸很容易染色，用陽離子、分散性染料及媒染料染色時(shí)，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(dá)五級(jí)，染料吸收率可達(dá)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(xiàng)目，由四川維尼綸廠、四川大學(xué)、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(nèi)部。

一系列的試驗(yàn)表明：由于阻燃劑均勻分散在PVA連續(xù)相中，結(jié)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(dǎo)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(qiáng)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(qiáng)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(nèi)部。纖維縱面形貌表明高強(qiáng)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(qiáng)溴/銻復(fù)合阻燃維綸的極限氧指數(shù)值在33%左右，纖維在空氣中點(diǎn)燃時(shí)不會(huì)產(chǎn)生熔滴，離火即熄，具有較好的阻燃效果。

高強(qiáng)無鹵阻燃維綸是四川大學(xué)、解放軍總后軍需研究所等單位自主研發(fā)的一種高強(qiáng)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(qiáng)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(tuán)聚，且在熱拉伸過程中熔融后與PVA形成緊密結(jié)構(gòu)，對(duì)纖維強(qiáng)度影響較小。高強(qiáng)無鹵阻燃維綸的截面接近圓形。其纖維存在明顯的皮芯結(jié)構(gòu)，阻燃劑粒子被包裹在在致密的聚乙烯醇皮層結(jié)構(gòu)內(nèi)，纖維芯層結(jié)構(gòu)疏松，含有大量阻燃劑粒子，由于纖維皮層的保護(hù)，使得纖維中的阻燃劑粒子被較好的保護(hù)而不易流失。

高強(qiáng)無鹵阻燃維綸的耐熱水性能對(duì)于染整加工至關(guān)重要，它關(guān)系到這種阻燃維綸能否用在服用織物上，特別是當(dāng)其應(yīng)用于洗滌條件更加嚴(yán)酷、需要反復(fù)洗滌、甚至高溫消毒的特種工裝和軍警作戰(zhàn)訓(xùn)練服裝面料時(shí)。試驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)我們將高強(qiáng)無鹵阻燃維綸在100℃沸水中放置30分鐘取出后，高強(qiáng)無鹵阻燃維綸的力學(xué)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(qiáng)一樣的耐磨維綸。

阻燃市場(chǎng)仍有困局

主持人：阻燃維綸主要應(yīng)用在哪些領(lǐng)域？

葉先生：日本的阻燃維綸大致應(yīng)用在三個(gè)領(lǐng)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(qiáng)阻燃維綸可以進(jìn)行純紡或混紡，其織物主要用于篷布、消防服、工裝、作訓(xùn)服等對(duì)阻燃面料強(qiáng)度要求較高的領(lǐng)域。

主持人：阻燃維綸的優(yōu)勢(shì)十分明顯，那么在市場(chǎng)應(yīng)用方面它是否也有相對(duì)的優(yōu)勢(shì)？

葉先生：阻燃纖維有國家政策的大力支持和鼓勵(lì)，也有良好的市場(chǎng)前景，但實(shí)際的阻燃纖維市場(chǎng)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(jià)格與市場(chǎng)的期望值有較大差距。

現(xiàn)在國內(nèi)的阻燃纖維市場(chǎng)實(shí)際上處于一個(gè)非常尷尬的境地，一方面市場(chǎng)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(jià)格上又難于滿足市場(chǎng)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(xué)性能優(yōu)異(強(qiáng)度大于7cN/dtex)、價(jià)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(qiáng)化的阻燃維綸，其兼具高強(qiáng)、低成本、阻燃、無熔滴等眾多優(yōu)勢(shì)。而高強(qiáng)無鹵阻燃維綸的開發(fā)又同時(shí)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(chǎng)對(duì)阻燃纖維的各項(xiàng)需求，因此，其應(yīng)用前景更為廣闊。

應(yīng)用高強(qiáng)阻燃維綸替代其他高價(jià)位的高性能阻燃纖維作為阻燃紗線的增強(qiáng)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(xué)強(qiáng)度，化解了織物力學(xué)性能和阻燃性能難以兩全的尷尬局面。如將高強(qiáng)阻燃維綸有效應(yīng)用到阻燃織物市場(chǎng)，會(huì)取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

【中國阻燃面料網(wǎng)www.China-Fire-Retardant.com】