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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生裂解，裂解產物為固態物質、液態物質或氣態物質，其中可燃性液態物質和氣態物質著火燃燒，并產生熱和光，使燃燒過程繼續進行。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熱裂解時產生的可燃性氣體或揮發性液體的燃燒，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節，因為裂解將產生大量的裂解產物，其中可燃性氣體和揮發性液體將作為有焰燃燒的燃料，燃燒后產生大量的熱，又作用于纖維使其繼續裂解，使裂解反應循環下去。纖維素的裂解是個相當復雜的過程，其中涉及到許多物理、化學變化。一般認為纖維素纖維的裂解反應分為兩個方向，一個方向是纖維素脫水炭化，產生水、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性的液體左旋葡萄糖，左旋葡萄糖進一步裂解，產生低分子量的裂解產物，并形成二次焦炭。在氧的存在下，左旋葡萄糖的裂解產物發生氧化，燃燒產生大量的熱，又引起更多纖維素分子發生裂解。這兩個反應相互競爭，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纖維的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。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。裂解的大部分產物是在這一階段產生的，左旋葡萄糖是主要中間裂解產物，再由它分解成各種可燃性氣體產物。纖維素纖維的主要裂解階段發生在纖維的結晶區。溫度