微波接枝改性尼龙66织物的燃烧性能研究

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尼龙66(PA66)织物价格低廉,具有抗收缩性、抗磨损性和穿着舒适等多种优良性能,在民用和军用领域应用广泛。但是该类织物比表面积比较大,热稳定性能较差,容易燃烧,并且燃烧过程产生熔滴,从而引发二次火灾,会对皮肤造成灼伤。所以研究PA66织物的阻燃改性对防范火灾事故和减少火灾伤亡具有重要的现实意义。本文主要采用微波技术对PA66织物进行阻燃改性。将含有阻燃元素的单体通过微波辐照接枝到PA66织物表面,对改性织物进行了分析表征,发现接枝法改性后PA66织物具有持久的阻燃性能;同时对比了表面浸轧法改性PA66织物的燃烧性能、手感及力学性能。本论文主要工作如下:第一部分采用一步法接枝改性PA66织物。以过硫酸钾(KPS)为引发剂,用微波法把含有Si元素的单体一乙烯基三甲氧基硅烷(VTMS)接枝到PA66织物表面。接枝反应采用环保溶剂水作为反应溶剂,在水溶剂中加入十二烷基磺酸钠(SDS),从而形成乳液,VTMS可以充分分散在乳液中,实现了VTMS与PA66织物的成功接枝。研究了反应条件对接枝反应的影响规律,得到最佳反应条件为:VTMS浓度:40wt.%,KPS浓度:0.3wt.%,反应温度:75℃,反应时间:75 min。经过VTMS接枝改性后的PA66织物热稳定性得到明显改善,成碳性能显著提高,燃烧过程的熔滴完全消除。锥量测试结果表明,纯PA66织物的总热释放速率(THR)为6.0 MJ·m-2,改性后降低至5.4 MJ·m-2;纯PA66织物最大热释放速率(pHRR)值为291 kW·m-2,改性后降低至213 kW·m-2;纯PA66织物的总烟释放量(TSR)为63.7 m2·m-2,改性后降低至50.9 m2·m-2; 烟释放速率(SPR)的峰值由0.043 m2·s-1降低到0.023 m2·s-1,并且锥形量热测试后有大量的残炭剩余。疏水性能进一步增强,力学性能在改性后变化较小。第二部分采用二步法改性PA66织物。首先把含有-C=C.双键的第一步接枝物甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)以微波法接枝到PA66织物表面,起到桥梁的作用,然后再进一步与硫脲接枝。该部分反应仍以KPS为引发剂。之后再将硫脲与GMA缩合,得到硫脲改性后的PA66织物。得到的最佳反应条件如下:GMA浓度:5wt.%,硫脲浓度:20 wt.%,反应时间:90 min,微波功率:500 W。经过GMA与硫脲两步接枝改性后的织物,具有良好的热稳定性,氧指数由20.0提高到25.0,燃烧过程无熔滴,成碳性能良好。纯PA66织物的pHRR值为291 kW·m-2,改性后降低至141kW·m-2;SPR的峰值由0.043 m2·s-1降低到0.037 m2·s-1;从马弗炉煅烧后的残炭形貌中可以观察到清晰的织物结构,但不足之处是力学性能有所下降。第三部分为微波合成和二浸二轧工艺表面改性。在微波环境下,将四羟甲基硫酸磷(THPS)与硫脲反应,生成大分子聚合物,并应用于阻燃改性PA66织物。该部分研究了织物增重和THPS与硫脲添加量的关系,得出当THPS与硫脲两者的物质的量之比为6:1时为最佳配比。经过浸轧处理后的PA66织物,织物的损毁长度由20 cm减少到10 cm,燃烧过程中的熔滴完全消除,氧指数由20.0提高到25.6。热稳定性和锥量测试结果均有显著提高:纯PA66织物的点燃时间为4s,经过改性处理后延长至11 s;纯PA66织物的pHRR为219.2kW·m-2,改性处理后下降至140.7kW·m-2,THR由6.1 MJ·m-2减少至4.7 MJ·m-2。织物改性后力学性能有所增加,手感色泽均无明显变化。
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