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纖維素纖維的裂解和阻燃機理

纖維素纖維是碳水化合物，受熱不熔融，遇火后燃燒較快，下圖為纖維素纖維的燃燒裂解過程。纖維素纖維受熱后產(chǎn)生裂解，裂解產(chǎn)物為固態(tài)物質(zhì)、液態(tài)物質(zhì)或氣態(tài)物質(zhì)，其中可燃性液態(tài)物質(zhì)和氣態(tài)物質(zhì)著火燃燒，并產(chǎn)生熱和光，使燃燒過程繼續(xù)進行。纖維的燃燒可分為有焰燃燒和無焰燃燒（陰燃），有焰燃燒主要是纖維素?zé)崃呀鈺r產(chǎn)生的可燃性氣體或揮發(fā)性液體的燃燒，而陰燃則是固體殘渣（主要是碳）的氧化，有焰燃燒所需溫度比陰燃要低得多。纖維素的裂解是纖維燃燒的最重要的環(huán)節(jié)，因為裂解將產(chǎn)生大量的裂解產(chǎn)物，其中可燃性氣體和揮發(fā)性液體將作為有焰燃燒的燃料，燃燒后產(chǎn)生大量的熱，又作用于纖維使其繼續(xù)裂解，使裂解反應(yīng)循環(huán)下去。纖維素的裂解是個相當(dāng)復(fù)雜的過程，其中涉及到許多物理、化學(xué)變化。一般認為纖維素纖維的裂解反應(yīng)分為兩個方向，一個方向是纖維素脫水炭化，產(chǎn)生水、二氧化碳和固體殘渣；另一個方向是纖維素通過解聚生成不揮發(fā)性的液體左旋葡萄糖，左旋葡萄糖進一步裂解，產(chǎn)生低分子量的裂解產(chǎn)物，并形成二次焦炭。在氧的存在下，左旋葡萄糖的裂解產(chǎn)物發(fā)生氧化，燃燒產(chǎn)生大量的熱，又引起更多纖維素分子發(fā)生裂解。這兩個反應(yīng)相互競爭，始終存在于纖維素裂解的整個過程中。纖維素纖維的熱裂解過程可以分為三個階段，即初始裂解階段、主要裂解階段和殘渣裂解階段。各裂解階段的裂解溫度、裂解速率及殘渣量均可通過測試?yán)w維的DSC、TG和TMA譜圖得到。溫度低于370℃的裂解屬于初始裂解階段，這個階段是纖維素纖維裂解的開始，主要表現(xiàn)為纖維物理性能的變化及少量失重。纖維素纖維的初始裂解階段主要與纖維素纖維中的無定型部分有關(guān)。溫度在370℃至431℃的裂解屬于主要裂解階段，這一階段失重速率很快，失重量很大。裂解的大部分產(chǎn)物是在這一階段產(chǎn)生的，左旋葡萄糖是主要中間裂解產(chǎn)物，再由它分解成各種可燃性氣體產(chǎn)物。纖維素纖維的主要裂解階段發(fā)生在纖維的結(jié)晶區(qū)。溫度