新型碳化纤维防火材料的应用及产品推介
2026-01-26
预氧丝，全称为预氧化聚丙烯腈纤维，是聚丙烯腈（PAN）原丝在200-300℃的空气中经过预氧化处理而形成的一种耐高温、难燃的特种纤维材料，在300℃下长期稳定，瞬间可承受1000℃
以上火焰。这一制备过程构成了碳纤维生产的核心前置工序。从分子结构层面分析，预氧化过程的本质是PAN线性大分子链在热和氧的作用下，发生环化、脱氢和氧化等一系列复杂的化学交
联反应，逐步形成更为稳定的梯形结构。这种结构转变赋予了预氧丝区别于原丝和碳纤维的独特性能特征，使其成为一种性能独特的高技术纤维材料。化学性能稳定，耐酸、碱及多种有机溶
剂腐蚀。
预氧丝的制备工艺参数控制极为精密，包括升温速率、温度场均匀性、张力控制和停留时间等都对最终产品的性能有着决定性影响。适当的工艺条件能够促进分子结构的规整转变，避免纤维
过度收缩或产生缺陷，从而获得性能优异的预氧丝产品。这种精确控制的制造过程使得预氧丝在继承PAN原丝良好纺丝性能的基础上，获得了显著提升的热稳定性和机械性能。具有良好的可
加工性，可制成短纤、纱线、织物、毡等多种形态。
在材料特性方面，预氧丝表现出多重优异性能。其极限氧指数（LOI）通常高达35-45%，属于难燃材料范畴，遇火不熔融、不软化收缩、无熔滴，仅会发生碳化，避免二次伤害。同时，预氧
丝还具有良好的热稳定性，能够在200-300℃环境下长期保持性能稳定，瞬时耐温更高。在电学性能方面，预氧丝开始展现出一定的导电性，体积电阻率介于PAN原丝和碳纤维之间。这些特
性共同构成了预氧丝作为独立材料应用的基础。
预氧丝的形态类别有纤维与纱线，包括短纤维、连续纱线；织物，包括机织布、针织布、碳布；非织造材料，如针刺毡、预氧丝毡、碳纤维毡；密封与预制体，如盘根（密封填料）、针刺预
制体等。
预氧丝纤维的连续长丝保持了良好的力学性能，拉伸强度可达300-500MPa，模量约为10-15GPa，同时具备柔韧性和可纺性，能够直接用于织造或作为增强材料。短切纤维则包括不同长度
规格的产品，通常为3-12mm，适用于非织造工艺或作为复合材料填料。
纱线通过加捻等传统纺纱工艺制成，提高了纤维的集束性和加工性能，便于后续的织造工序。
机织布中平纹织物结构稳定，适用于防火服装的内层和密封材料；斜纹织物手感柔软，常用于防护服装的外层面料；缎纹织物表面光滑，适合高温过滤场景。
针织布具有良好的伸长率和弹性，适用于需要较高形变能力的应用场景，如防护手套、头套等人体工程学要求较高的防护装备。
毛毡是通过短纤维梳理成网、针刺固结工艺纺织而成，具有三维网络结构，是优质的高温隔热材料，使用温度可达300℃以上。
预氧丝纸通过湿法造纸工艺制成，厚度通常为0.1-1.0mm，具有良好的电绝缘性能和耐热性，是高端电气设备的理想绝缘材料。
预氧丝复合材料方面有以下材料：
预氧丝复合树脂材料，结合了预氧丝的耐热性和树脂的成型便利性，通过模压、拉挤等工艺制成各种耐热结构件，应用于交通运输、电子电气等领域。这类复合材料通常能够在150-200℃环
境下长期使用，且燃烧时发烟量低、毒性小，具有优异的环境友好性。
预氧丝复合橡胶布，主要应用于高性能密封制品，如发动机垫片、油田防喷器等耐高温密封件。预氧丝与橡胶基体形成的牢固界面保证了复合材料在高温、高压条件下的密封可靠性。
预氧丝金属复合材料，通过特殊工艺将预氧丝与低熔点金属复合，制备兼具金属导热性和预氧丝耐温性的功能材料，在热管理领域展现出应用潜力。
预氧丝复合背胶无纺布，通过复合高温复合双面胶的形式，将无纺布一面具有方便粘贴的优点。
预氧丝复合铝箔无纺布，铝箔具有反射热辐射的性能，复合铝箔毛毡能用于消防面罩、防火帘等领域。
预氧丝复合硅胶布，预氧丝机织布作为基布，单面或双面复合硅胶层，兼具基布的高温尺寸稳定性和硅胶层的弹性、密封性，可加工成复杂形状。用于高温管道柔性补偿器、特种设备防火隔
热罩、超软隔热垫片。
预氧丝复合气凝胶毡，具有低导热、轻质、柔韧且兼具良好力学强度，是新能源汽车动力电池包内理想的隔热防火材料，能有效延缓热蔓延。
预氧丝复合芳纶面料，芳纶纤维加入混纺弥补预氧丝脆性，提升面料强度和耐磨性，可制成有色面料。应用于高等级消防服、特种作战服、军警防护装备、高温工业围裙等对强度和耐用性要
求极高的防护服装。
预氧丝复合聚酰亚胺面料，在保持高阻燃性的同时，赋予面料优异的耐高低温稳定性。用于航空航天器内饰、特种灭火服、极端环境（如深空、极地）防护装备、高温过滤等对耐温与阻燃有
极端要求的领域。
新型碳化纤维防火材料应用
1.建筑施工领域
①外墙保温防火
在建筑外墙保温系统中，可将预氧丝防火棉作为保温层的防火保护材料。将其填充在保温材料与外墙装饰层之间,当发生火灾时，能有效阻止火势蔓延,保护保温材料不被燃烧,提高建筑外墙的
防火安全性。
②钢结构防火包裹
对于建筑中的钢结构部件,如钢梁、钢柱等,可使用预氧丝防火棉进行包裹。钢结构在高温下强度会迅速下降，预氧丝防火棉具有良好的隔热性能,能降低钢结构在火灾中的温度上升速度,延长钢
结构的耐火时间为人员疏散和消防救援争取更多时间。在工业厂房和大型商业建筑中，常采用这种方式对钢结构进行防火保
护。
③防火隔断
在建筑内部，可利用预氧丝防火棉制作防火隔断。将其安装在需要防火分隔的区域,如楼梯间、电梯井、电缆井等与相邻区域之间，能有效阻止火势和烟雾的扩散,起到隔离火源的作用,保障建
筑内人员的生命安全和财产安全。
④管道防火保护
建筑内的各种管道,如通风管道、电缆管道等,在穿越防火墙或防火分区时,可在管道周围填充预氧丝防火棉对管道进行防火保护，防止火灾通过管道蔓延。
2.个人防护领域
在防火防护领域，预氧丝制品发挥着不可替代的作用。防火服装是预氧丝最为传统的应用领域，包括消防服、工业防护服、军用防护装具等。预氧丝织物在接触火焰时形成致密碳化层，有效
阻隔热传导，为使用者提供宝贵的逃生时间。现代高性能防火服通常采用预氧丝与其他纤维（如阻燃粘胶、芳纶）的多层复合结构，兼顾防护性能与穿着舒适性。
防火毯、逃生绳等应急救援产品是预氧丝的另一重要应用。预氧丝防火毯极限氧指数高，不助燃，是家庭、工厂和公共场所必备的安全设施。预氧丝制品在这些应用中的卓越表现主要源于其
本质难燃的特性和高温下的尺寸稳定性。
3.防火隔热领域
预氧丝针刺毡滤袋能够连续在200℃以上环境下工作，瞬时耐温可达260℃，且耐化学腐蚀性能良好，应用于燃煤锅炉、垃圾焚烧、水泥生产等行业的烟气净化系统。与传统涤纶滤料相比，
预氧丝滤料在高温条件下使用寿命更长，过滤效率更稳定，且表面光滑，清灰性能优异。
建筑防火材料领域，预氧丝非织造布和毡制品用于钢结构防火包覆、防火门窗密封条等，在发生火灾时能有效延缓结构升温，为人员疏散和消防救援争取关键时间。
工业隔热方面，预氧丝毡、毯制品被用于各种工业炉窑、高温管道和设备的保温隔热。预氧丝材料在中低温区（200-600℃）的隔热性能尤为突出，导热系数低，热容量小，能够有效降低工
业能耗。在航空航天领域，预氧丝复合材料用于热防护系统，保护结构不受气动热影响。这些应用充分利用了预氧丝轻质、耐温、低热导率的综合优势。
4.密封与摩擦领域
①预氧丝增强橡胶密封件应用于汽车发动机、变速箱和排气系统，能够在持续高温环境下保持弹性和密封性能。
②在石油化工领域，预氧丝编织填料用于泵、阀的密封，耐受腐蚀性介质和高温双重挑战。用于耐高温输送带，在煤矿并下使用具有阻燃效果。
③摩擦材料领域，预氧丝作为增强纤维用于制造高性能刹车片，摩擦系数稳定在0.35-0.45，耐磨性比金属材料提升40%以上，特别是适用于重型车辆和高温工况。预氧丝摩擦材料具有摩擦
系数稳定、磨损率低、无热衰退和噪音低等优点。
④新能源汽车安全防护方面，电池包隔热层使用预氧丝气凝胶，有效阻断电芯热失控蔓延，耐受瞬时1000℃高温。
⑤轨道交通与航空航天方面，预氧丝无纺布耐高温防火，发烟量低，质量轻，用于汽车、高铁座椅防火层，飞机引擎隔热置。
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