通过熔纺制备防滴落与阻燃涤纶纤维的最新进展

《European Polymer Journal》:Recent advances in anti-dripping and flame-retardant polyethylene terephthalate (PET) fibers via melt spinning

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年10月25日 来源:European Polymer Journal 6.8

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   •综述了熔纺阻燃PET纤维的最新进展。•比较了共聚和共混策略在可纺性方面的优劣。•将流变学、取向、结晶和缺陷与防火安全联系起来。•将凝聚态结构演变与炭化层形成和抗熔滴性能联系起来。•强调了生物基协同阻燃剂和可回收兼容设计的重要性。引言聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)纤维因其优异

  
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    综述了熔纺阻燃PET纤维的最新进展。
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    比较了共聚和共混策略在可纺性方面的优劣。
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    将流变学、取向、结晶和缺陷与防火安全联系起来。
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    将凝聚态结构演变与炭化层形成和抗熔滴性能联系起来。
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    强调了生物基协同阻燃剂和可回收兼容设计的重要性。

引言

聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)纤维因其优异的机械性能、尺寸稳定性、耐化学性和良好的熔体加工性能,被广泛应用于家居纺织品、汽车内饰、技术纤维、防护服和特种纺织品等领域 [1]。然而,常规PET纤维的极限氧指数(LOI)较低,通常约为21%,处于20–22%的范围内。一旦遇到明火,它们很容易发生持续燃烧,并伴随熔滴和烟气释放。高温熔滴可能进一步引燃附近可燃材料,增加火灾蔓延和二次伤害的风险 [2]。因此,兼具阻燃性能、抗熔滴性能、高强度和良好可加工性的PET纤维,对于高安全性纺织材料和功能性聚酯纤维而言是极为理想的 [3]、[4]。值得注意的是,阻燃PET(FR-PET)的燃烧行为并非仅由其热降解化学决定,还与改性及纤维加工过程中形成的凝聚相结构密切相关,包括结晶度、分子取向、非晶链段运动能力和熔体粘弹性 [5]、[6]、[7]。
目前,制备阻燃PET纤维的一条重要途径是将阻燃组分引入可熔纺的PET中,主要通过共聚或熔体共混实现。在共聚体系中,阻燃基团共价键合到PET主链或侧链上,有利于分子级别的分散并抑制迁移。相比之下,通过熔体共混制备的添加剂体系具有更大的加工灵活性,与现有工业化生产线兼容性更好,并且在多功能设计方面提供更多机会。然而,无论采用哪种改性途径,阻燃组分都可能改变PET的热稳定性、熔体流变行为和结晶动力学 [8]、[9]。例如,阻燃剂相容性不足或分散不均匀可能导致相分离、界面缺陷和局部应力集中,从而损害纺丝稳定性和纤维的力学性能 [10]、[11]。阻燃组分还可能通过异质成核、位阻限制或催化降解影响熔体强度、链段取向和晶体完善性。因此,阻燃性、抗熔滴性能、可纺性以及强度-韧性平衡之间存在强耦合关系 [12]、[13]。此外,在循环经济和低碳经济的背景下,人们对阻燃剂的热稳定性和迁移行为、其燃烧产物的安全性以及其对PET机械回收和再加工的影响越来越关注 [14]。
在此背景下,本综述总结了熔纺阻燃抗熔滴PET纤维的最新进展,特别关注改性策略、加工相容性、凝聚相结构演变和燃烧行为。首先从阻燃效率、分散与界面相容性、熔纺稳定性和再加工相容性等方面对两种主要途径——共聚和熔体共混进行了比较。随后讨论了阻燃组分对PET熔体流变学、拉伸诱导取向、结晶、界面结构和微结构缺陷的影响。特别强调了凝聚相结构演变与热降解、炭化层形成和熔滴行为之间的关系。最后,提出了生物基成炭体系、多元素协同改性、环境安全性和回收兼容性的未来研究方向。本综述为设计兼具抗熔滴性能、低烟释放、防火安全、稳定可纺性和可持续可回收性的阻燃PET纤维提供了参考。

各节摘要

共聚阻燃改性

共聚阻燃改性是在酯化或缩聚过程中将反应性阻燃单体引入PET链中。在该方法中,阻燃结构单元共价键合到聚酯主链或侧链上,从而赋予PET持久的阻燃性(共聚改性的通用流程如图1所示)。与共混改性相比,该策略可以有效避免一些问题

熔纺过程中凝聚相结构演变及其与燃烧行为的关系

在熔纺过程中,PET纤维的凝聚相结构通过熔体挤出、骤冷、牵伸和后热处理持续演变。挤出后的骤冷控制着纤维形成过程中链段的运动能力和固化速率。牵伸和后处理进一步调节纤维直径、分子取向、结晶动力学和结构发展。引入阻燃组分进一步增加了该过程的复杂性。这些

PET纤维的生物基阻燃改性

理想的阻燃PET纤维应在复杂的火灾热场下形成稳定、高效且安全的保护屏障。同时,在熔体加工和使用过程中应保持良好的可纺性和力学性能。此外,还必须考虑PET纤维中添加剂的环境可持续性和潜在健康影响。然而,传统的阻燃改性通常需要高添加量,并可能导致加工问题

结论与展望

熔纺阻燃PET纤维能够满足防护服、家居纺织品、交通工具内饰、电子电器设备和产业用纺织品等领域对轻量化、耐用性和高安全性材料日益增长的需求,因此具有重要的应用价值。本综述聚焦于PET的两种主要阻燃改性策略,即共聚体系和共混体系,并评估了它们与熔纺工艺的相容性。同时讨论了

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资金资助

本研究得到新疆维吾尔自治区重点研发计划项目(2024B04032)和新疆天池人才计划(5105250180z)资助。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文研究工作的已知竞争性经济利益或个人关系。
张扬|蒋礼红|荀雁丛|刘金燕|朱晓全|夏新
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