高性能阻燃纤维在防护服领域的应用研究

摘要：摘要：研究探讨了高性能阻燃纤维在防护服领域的应用现状、技术挑战及优化路径。通过文献分析和案例研究，梳理了本质阻燃纤维与改性阻燃纤维的分类及阻燃机理，并基于消防、工业、医疗等领域的应用实例，验证了其多场景适应性。研究发现，高性能阻燃纤维通过炭化层形成、热稳定性

高性能阻燃纤维在防护服领域的应用研究

（新兴际华检验检测（北京）有限公司，北京 100070）

摘要：研究探讨了高性能阻燃纤维在防护服领域的应用现状、技术挑战及优化路径。通过文献分析和案例研究，梳理了本质阻燃纤维与改性阻燃纤维的分类及阻燃机理，并基于消防、工业、医疗等领域的应用实例，验证了其多场景适应性。研究发现，高性能阻燃纤维通过炭化层形成、热稳定性提升等机制显著增强防护等级，但面临生产成本高、技术瓶颈及标准体系不完善等挑战。针对这些问题，研究提出新型纤维开发、智能技术集成及标准化建设等优化路径，以供参考。

关键词：高性能阻燃纤维；防护服；阻燃机理；多功能集成；标准化建设

Research on the Application of High-Performance Flame-Retardant Fibers in Protective Clothing

ZHI Liying

(Xinxing Jihua Testing and Inspection (Beijing) Co., Ltd., Beijing 100070, China)

Abstract: This study investigates the current applications, technical challenges, and optimization strategies of high-performance flame-retardant fibers in protective clothing. Through literature analysis and case studies, the research categorizes intrinsic and modified flame-retardant fibers and examines their flame-retardant mechanisms. Application examples from firefighting, industrial, and medical fields demonstrate their adaptability across multiple scenarios. Findings reveal that high-performance flame-retardant fibers significantly enhance protection levels through mechanisms such as char layer formation and improved thermal stability. However, challenges remain, including high production costs, technical bottlenecks, and incomplete standardization systems. To address these issues, the study proposes optimization pathways such as novel fiber development, integration of smart technologies, and standardization efforts, providing valuable insights for future advancements.

Keywords: high-performance flame-retardant fibers; protective clothing; flame-retardant mechanism; multifunctional integration; standardization

作者简介：郅利英（1981－），女，中级工程师，本科，研究方向为新材料。

0 引言

随着现代社会对安全防护需求的不断提高，防护服在各个领域的应用日益广泛。从消防员的防火服到医疗人员的隔离衣，再到工业工人的防护装备，防护服的性能直接影响到使用者的安全与健康。高性能阻燃纤维作为一种新型功能性材料，因其优异的阻燃性能、耐高温性能和良好的机械性能，在防护服领域得到了越来越多的关注和应用[1-3]。然而，其在应用过程中也面临着一些挑战，如生产成本高、技术瓶颈等。因此，深入研究高性能阻燃纤维在防护服领域的应用现状、优势、挑战及优化路径，对于推动防护服技术的发展具有重要意义。

1 高性能阻燃纤维概述

高性能阻燃纤维指通过化学结构设计或物理改性赋予材料固有阻燃特性的纤维[4]。高性能阻燃纤维的阻燃机理复杂多样，主要包括隔离膜机理、不燃气体生成机理、冷却机理及自由基控制机理等[5]。隔离膜机理指阻燃剂在高温下于纤维表面形成炭化层或玻璃状物质，隔绝空气与热量传递；不燃气体生成机理则通过阻燃剂分解产生的不燃气体稀释可燃气体浓度，降低燃烧强度；冷却机理利用阻燃剂的吸热反应降低纤维表面温度，减缓热分解；自由基控制机理则通过卤素等阻燃元素裂解产生的自由基中断燃烧链反应。这些机理往往协同作用，共同提升纤维的阻燃性能。

2 高性能阻燃纤维防护服的优势

2.1 提升安全防护等级

高性能阻燃纤维在防护服中的应用显著提升其安全防护等级。此类纤维借助在分子结构中引入阻燃基团，能有效延缓或阻止燃烧过程的传播。在高温或火源作用下，高性能阻燃纤维能够形成一层致密的碳化层，隔绝氧气供应，从而抑制火焰的蔓延。这一特性能在极端环境中为使用者提供更长时间的保护，在面对突发火灾、化学泄漏或高温辐射等危险时降低烧伤风险。阻燃性能的稳定性亦使防护服在经历反复洗涤、高温蒸煮及化学清洗后仍能保持其阻燃特性，从而确保持久的防护效果。

2.2 增强耐用性与使用寿命

高性能阻燃纤维具有优异的物理化学稳定性，显著延长防护服的使用寿命[6]。相较于传统材料，此类纤维不仅具备较高的抗拉伸强度，还能有效抵抗紫外线、化学物质及微生物的侵蚀。在复杂多变的作业环境中，高性能阻燃纤维能够保持其结构完整性，避免因反复摩擦、拉伸或化学反应导致的性能衰退。除此之外，纤维表面的拒水拒油特性使其在接触液体化学品时不易发生渗透，从而进一步提升防护性能。上述特性共同保证防护服在长期使用中的稳定性和可靠性，降低频繁更换的频率，具有较高的经济价值和使用效益。

2.3 改善穿着舒适度与灵活性

高性能阻燃纤维在提升防护性能的同时，亦兼顾穿着舒适度与灵活性，实现功能与体验的平衡[7]。此类纤维具有较低的密度和优异的透气性，能在保持防护性能的同时，减少因材料厚重而产生的闷热感，其柔软的质地和良好的弹性使防护服能够适应人体动作的变化，提供更大的活动自由度，尤其在需要频繁弯折、爬升或负重作业的场景中表现尤为突出。

3 高性能阻燃纤维防护服应用实例

3.1 消防领域

在消防作业场景中，高性能阻燃纤维通过多层复合结构设计实现热防护与功能性的协同提升。以芳纶纤维和聚酰亚胺纤维为代表的高性能材料因其极限氧指数超过28%的优异特性，成为消防装备的核心构成。例如，美国杜邦公司开发的Nomex 纤维在高温环境下可形成致密碳化层，有效隔绝热量传递并抑制火焰蔓延，为消防员在800℃以上的火场环境中争取至少30秒的安全撤离时间。中国自主研发的聚苯并咪唑（PBI）纤维则通过混纺技术进一步提升防护服的热稳定性，在2022年重庆山火扑救行动中，采用该材料的防护装备显著降低人员烧伤率。三维立体编织技术的应用使防护服在关节部位实现灵活性与防护性的平衡，解决了传统材料因刚性过强导致行动受限的问题，此类技术创新推动消防防护装备逐步向轻量化、智能化方向发展，部分高端产品已集成温度传感器与自冷却系统，形成主动防护机制。

3.2 工业领域

在工业领域，高性能阻燃纤维的应用同样广泛而深入。工业生产环境中，工人常面临易燃、易爆物质的潜在威胁，因此阻燃工作服成为保障工人安全的必备装备。高性能阻燃纤维，如超高分子量聚乙烯纤维经过特殊阻燃处理后，制成的阻燃工作服具有极高的热稳定性和阻燃性，能有效抵御火花、电弧等高温源的侵害，从而不仅为工人提供可靠的热防护，还具有良好的耐磨性和抗撕裂强度，确保工人在恶劣工作环境下的作业安全[8]。高性能阻燃纤维的加入还使得工作服在燃烧时能够迅速炭化形成保护层，有效隔绝了热量和火焰的进一步侵袭。如中国宝钢集团定制的芳砜纶混纺工装，在焦化车间应用中实现连续工作8小时无热应激反应，归功于材料0.05W/(m·K）的超低导热系数。

3.3 医疗领域

阻燃牛津布制成的医疗防护服，为医护人员提供有效的阻燃保护，同时具备良好的透气性和舒适性，确保医护人员在紧急情况下的生命安全和工作效率。此外，阻燃窗帘和隔帘在火灾发生时能够有效阻隔火焰蔓延，为患者和医护人员创造一个相对安全的环境。医疗设备罩采用高性能阻燃纤维制成，不仅能够防止灰尘和细菌的侵入，还能在火灾发生时减少设备损坏的风险，确保医疗设备的正常运行，如美国强生公司应用于烧伤科的高端敷料采用海藻酸钙-芳纶复合纤维，在500℃明火下仅发生表面碳化而不助燃，其钙离子缓释功能还可加速创面愈合。

4 高性能阻燃纤维防护服应用挑战

4.1 高生产成本与材料成本限制

高性能阻燃纤维生产成本居高不下，源于多方面因素[9]。一是制备工艺上，本质阻燃纤维合成流程复杂，如芳纶合成涉及严格的缩聚反应，对反应温度、压力及原料纯度把控严苛，生产设备昂贵，维护成本高，导致单位产量成本增加；二是改性阻燃纤维虽基于常规纤维加工，但共聚、共混、涂覆等处理步骤繁多，且需使用特殊阻燃剂，这类阻燃剂价格不低，进一步推高成本；三是从原材料角度来看，部分高性能阻燃纤维原料稀缺，如聚酰亚胺纤维合成原料供应不稳定，采购难度大，价格波动剧烈，造成材料成本难以控制。防护服生产企业为平衡成本与防护性能，若降低高性能阻燃纤维用量，防护效果则难以保证；若维持用量，产品价格上涨，市场竞争力下降，处于两难困境。

4.2 技术瓶颈与性能平衡难题

现阶段高性能阻燃纤维技术存在瓶颈，在性能平衡上遭遇挑战。一方面，高温环境下，部分纤维虽保持阻燃性能，机械性能却大幅下滑，如某些有机高性能纤维在高温中脆化，强度骤降，影响防护服实际使用；另一方面，多功能集成时性能矛盾凸显。提升阻燃性能，可能堵塞纤维孔隙，降低透气性与舒适性，穿着者易感闷热。开发新型纤维时，兼顾阻燃、强度、柔韧性、耐化学腐蚀性等关键性能困难重重，如增强纤维与阻燃剂结合力，会改变纤维原有结构，影响其他性能，如何协调各性能关系，实现最佳平衡，是亟待攻克的技术难题。

4.3 标准体系与测试方法不完善

当前，高性能阻燃纤维在防护服领域标准体系不健全，测试方法也存在缺陷[10]。不同国家和地区标准差异大，在阻燃性能、物理性能、化学性能的判定指标和测试方法上各有不同。比如：EN ISO 11612通过多维度测试确保防护服在高温、火焰环境下的安全性，是欧洲及国际市场上热防护服装的核心认证标准。美国NFPA 1971聚焦消防员全身防护，更强调整体装备性能（如抗水、反光条）。中国GB 8965.1阻燃要求与EN ISO 11612类似，但测试方法及分类体系与EN ISO 11612存在差异。现有测试方法模拟实际场景能力不足，多是单一因素测试，无法全面反映防护服在复杂环境中的性能。

5 高性能阻燃纤维防护服应用路径

5.1 新型纤维开发与材料复合创新

在高性能阻燃纤维的应用优化路径中，新型纤维的开发与材料复合创新扮演着至关重要的角色[11]。一方面，科研人员正致力于探索更为环保、高效的阻燃剂配方，以期在降低生产成本的同时，提升纤维的阻燃性能与热稳定性。例如，借助生物基原料合成阻燃单体，再经聚合反应生成新型本质阻燃纤维，不仅能减少对化石资源的依赖，还能赋予纤维更优异的生物相容性与可降解性；另一方面，材料复合创新成为提升防护服综合性能的关键。将高性能阻燃纤维与智能纤维、高强度纤维、抗菌纤维等进行多层次复合，可构建出集阻燃、透气、抗菌、高强度于一体的新型防护材料。复合纤维不仅保持单一纤维的优势，还协同效应实现了性能上的飞跃，为防护服的多功能化提供坚实基础。

5.2 多功能集成与智能技术应用

随着科技的发展，多功能集成与智能技术在高性能阻燃纤维防护服中的应用日益广泛[12]。第一，运用先进的纺丝与织造技术，将阻燃、隔热、抗静电、抗紫外线等多种功能集成于同一纤维之中，使得防护服在提供基础阻燃保护的同时，还能适应复杂多变的作业环境；第二，智能技术的应用为防护服带来革命性的变革。例如，集成温度传感器的智能防护服能够实时监测穿着者体温，一旦环境温度过高或体温异常，即可触发预警系统，保障人员安全；第三，利用形状记忆合金或智能纤维开发的自适应防护服，可根据人体动作自动调节服装形态，提高穿着舒适度与灵活性。

5.3 标准化建设与全生命周期管理

在推动高性能阻燃纤维防护服产业化进程中，标准化建设与全生命周期管理不可或缺。一方面，国际间应加强合作，共同制定统一、科学的阻燃纤维及防护服性能评价标准，确保产品在全球范围内的安全与可靠性，包括阻燃性能的测试方法、物理性能的评估指标、化学稳定性的判定依据等，旨在构建一个全面、系统的标准体系，为防护服的生产、检测与使用提供科学依据；另一方面，实施全生命周期管理，从原料采购、生产加工、产品检测到回收利用，每一环节都需严格遵循环保与质量标准，减少资源消耗与环境污染。借助建立完善的追溯体系，确保每一批次防护服都能追溯到源头，便于质量追溯与问题排查。

6 结语

高性能阻燃纤维凭借提升防护等级、增强耐用性和改善舒适度等优势，在消防、军事、工业、医疗等领域广泛应用。但目前仍面临材料性能与制备技术的限制，比如阻燃机理与改性方法不足，有机阻燃剂在高温下易分解失效，无机阻燃剂可能影响纤维的柔韧性。高性能阻燃纤维的制备需复杂工艺且对原料纯度要求高，导致生产成本上升。未来，研究需聚焦开发新型阻燃体系（如纳米杂化技术）、优化绿色制备工艺，并推动跨学科合作以突破多功能集成瓶颈。随着新型纤维开发、智能技术集成和标准化建设推进，高性能阻燃纤维有望实现成本降低、性能突破和标准统一，推动防护服功能升级与产业化发展，为各领域安全防护提供更坚实保障，创造更大经济与社会效益。

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