酚醛纖維是一種高性能纖維,由酚醛樹脂通過紡絲和固化交聯過程制成。這種纖維以碳元素為主體,擁有高度的原子間鍵能和分子鏈內聚力,從而表現出高殘炭率、尺寸穩定性、優越的隔熱特性以及對瞬時高溫的耐受能力。酚醛纖維融合了阻燃、絕熱、耐高溫、耐腐蝕和隔音等多重功能,是一種具有特殊用途的纖維材料。
在實際應用方面,酚醛纖維被廣泛應用于絕熱、絕緣和耐腐蝕材料。酚醛纖維織物適用于制作防火、防腐蝕服裝、耐酸耐腐蝕的過濾材料以及阻燃裝飾材料等。此外,酚醛纖維復合材料也被用于高溫密封和替代傳統石棉制品。
在特殊的職業場合,例如消防員、煉鋼工人、電焊工、化工廠和煉油廠工人、油田鉆井工人的工作服裝,以及軍隊士兵的作戰服等,都需要具備阻燃特性,并滿足無熔滴的要求以防止二次燙傷。在民用領域,如酒店、會堂、舞臺裝飾、飛機、火車和汽車的座椅套、窗簾、床上用品以及兒童服裝等,也逐漸采用具有阻燃功能的酚醛纖維材料。
傳統阻燃織物的分類與特性分析
市面上的阻燃織物主要分為兩大類。首先,普通中低檔阻燃織物主要采用改性化學纖維實現阻燃效果。這類織物的缺點是阻燃效果較差,不耐水洗,燃燒時容易產生大量煙霧、有毒氣體和熔滴。另一方面,高端阻燃織物主要使用高性能阻燃纖維,如杜邦芳綸1313。這些織物雖然成本高昂,柔軟性較差,但提供更好的阻燃效果。
這些材料的優點包括在220℃的高溫下長期使用而不老化,250℃左右的熱收縮率僅為1%,即使短時間暴露于300℃的高溫下也不會收縮、脆化、軟化或融熔。它們在超過370℃的高溫下開始分解,約400℃時開始碳化。此外,這些材料的阻燃性能強,例如芳綸的LOI阻燃系數為29。
然而,它們也有缺點,例如制造成本高昂,主要由美國杜邦公司壟斷。此外,芳綸不易染色,限制了其在市場上的應用范圍。
國內技術現狀
目前國內的中科院山西煤化所解決了低分子量酚醛樹脂在合成、純化、成纖、固化交聯和紡織加工方面一系列的技術難題,自主研發并制備出了酚醛纖維及其各種織物,打破了國際上Kynol公司對酚醛纖維生產技術和產品的壟斷,已完成中試放大試驗,下一步可進行產品的工業化開發。
表 酚醛纖維技術指標
酚醛纖維應用領域及市場前景
酚醛纖維因其多功能性,在各種領域發揮著重要作用。在宇宙航行、國防和航空工業中,酚醛纖維被用作絕熱、絕緣和耐腐蝕材料。它們也是制造炭纖維、活性炭纖維、離子交換纖維等特種纖維的初級原料。酚醛纖維織物廣泛應用于防火、防腐蝕服裝、耐酸耐腐蝕的過濾材料和阻燃裝飾材料。此外,酚醛纖維復合材料也用于航天飛行器的隔熱保護層、高溫密封和作為石棉制品的替代品。
在阻燃面料方面,酚醛纖維因其良好的保暖性和羊毛般的手感,常與羊毛混紡制成保暖阻燃面料。其優異的阻燃、耐熱、不熔融且碳化時收縮少的特性,使其適用于軍用防火保溫服裝、高鐵、艦船、飛機內部的阻燃保溫材料(包括面料、睡袋、飛機逃生罩等),以及石化、船舶等行業的耐熱、防火安全服。
在電阻材料及電器、電池的阻燃領域,酚醛纖維用于防止電纜燃燒蔓延的材料。其高碳含量(超過70%)也使得酚醛纖維成為生產多孔性高吸附活性炭纖維材料的理想選擇。
此外,酚醛纖維的隔音阻燃隔熱墊可用于艦船、酒店、影院、郵輪等場所,同時也適用于電器絕緣等復合材料領域。
注:部分資料來源于中科院山西煤化所
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