阻燃纺粘非织造材料的制备及性能.pdf

82023年（第38 卷）第1期现代丝绸科学与技术阻燃纺粘织造材料的制备及性能朱云斌，肖春晓，陈廷2（1.江苏盛纺纳米科技股份有限公司，江苏苏州2 1530 0；2.苏州大学纺织与服装工程学院，江苏苏州2 150 2 1）摘要：聚丙烯是纺粘非织造材料的主要原料，但由于阻燃性能较差，限制了其应用。通过对聚丙烯纺粘非织造材料进行阻燃整理，制备了阻燃聚丙烯纺粘非织造材料，测试了聚丙烯纺粘非织造材料的阻燃性能。研究结果表明：用以十溴二苯乙烷和三氧化二锑为主要阻燃成分的阻燃剂处理聚丙烯纺粘非织造材料，能够提高聚丙烯纺粘非织造材料的阻燃性能；十溴二苯乙烷和三氧化二锑的质量分数越大，聚丙烯纺粘非织造材料的阻燃性能越好。关键词：阻燃；聚丙烯；纺粘；非织造材料聚丙烯是石油工业的副产品之一，由于成本较低廉、性质较稳定，成为非织造材料的主要原料之一。在非织造领域，纺粘和熔喷是制备聚丙烯非织造材料的主要方法。根据Price Hanna Consultants公司预测，到2 0 2 4 年，全球细旦聚丙烯非织造材料的产能将达到56 4.2 万t，比2 0 2 1年增加10%以上；从2 0 2 2 年到2 0 2 7 年，全球平均年需求量增长预计将在 5%左右 1。随着经济社会的快速发展，产品安全越来越受到消费者的重视，消防安全是其中一个重要方面。包括非织造材料在内的纺织产品的阻燃性能直接影响消防安全，因而政府和公众都非常重视。聚丙烯纤维的极限氧指数仅为18.6%，属于易燃材料（极限氧指数不超过2 0%），聚丙烯非织造材料的应用也因此受到了限制。本研究通过对聚丙烯纺粘非织造材料进行阻燃整理制备了阻燃纺粘非织造材料，测试了纺粘非织造材料的阻燃性能。1实验1.1原料本研究使用的聚丙烯型号为H39S-2，由中国石油天然气股份有限公司大连石化分公司提供，其基本性质如表1所示。1.2制备本研究利用纺粘复合非织造设备制备聚丙烯纺粘非织造材料，制备过程见图1。如图1所示，喂人表1聚丙烯基本性质序号性能数值1分子量（X105)232分子量分布指数2.53.03玻璃化温度/6.54熔点/1735拉伸断裂应力/MPa176拉伸断裂应变/%2007拉伸弹性模量/MPa1 5428拉伸屈服应力/MPa29熔体流动速率/（g/10min）4410等规指数（质量分数）/%97系统将聚丙烯切片喂人螺杆挤压熔融设备，该设备利用高温使聚丙烯切片熔融，得到聚丙烯熔体。熔体流过箱体拉伸器，从长丝模头挤出形成纤维。长丝模头S2制得的纤维在接收帘上铺叠成网，接收帘将其输送至长丝模头S1下方，与长丝模头S1制得的纤维交叠在一起，形成复合纤网。复合纤网由于结合力较弱，需要在热轧复合设备中重新熔融和粘合，从而得到聚丙烯纺粘非织造材料。在功能后整理设备中对纺粘非织造材料进行阻燃整理。所使用阻燃剂的组分包括水、聚丙烯酸树脂、十溴二苯乙烷、三氧化二锑、硅烷偶联剂。将阻燃剂倒人带有搅拌装置的试剂桶中，试剂桶与试剂槽相连。使非织造材料从压辊和上料辊之间通过，上料辊将试剂槽中的阻燃剂透过网框转移到非织造材料上。将带阻燃剂的非织造材料置于压辊机的两现代丝绸科学与技术92023年（第38 卷）第1期智能材料分配器Z1智能材料分配器Z1螺杆挤压熔融设备螺杆挤压熔融设备图箱体拉伸器箱体拉伸器自动回料系统超声波处理器热熔处理系统热轧夏合设备长丝模头S2长丝模头S1丝复合成网卷绕成型机功能后处理设备智能分切机图1纺粘非织造材料制备过程示意图个压辊之间进行挤压，一方面将阻燃剂压人非织造材料内部，使其均匀分布；另一方面，通过挤压去除多余的阻燃剂。将非织造材料在高温条件下干燥一段时间，即可得到阻燃纺粘非织造材料。本研究为探讨阻燃剂组分质量对非织造材料阻燃性能的影响，制备了3种试样。3种试样的组分质量和相关工艺参数如表2 所示。表2阻燃剂组分质量和相关工艺参数质量/参数试样1试样2试样3水/g70.070.070.0聚丙烯酸树脂/g20.019.018.0十溴二苯乙烷/g7.08.09.0三氧化二/g2.32.52.7硅烷偶联剂/g0.70.50.3干燥温度/160170180干燥时间/min101010轧余率/%6259561.3测试表征测试依据为GB/T5455一2 0 14 纺织品燃烧性能垂直方向：损毁长度、阴燃和续燃时间的测定。采用垂直燃烧法测试纺粘非织造材料的燃烧性能。所用仪器为垂直燃烧试验箱。垂直燃烧法是指利用特定点火源，火焰高度（4 0 土2）mm，在距离纺织品底边2 0 mm中心处对固定在U型夹中的垂直纺织品进行燃烧，在规定的燃烧时间内，通过考察纺织品的燃烧状态、续燃时间、阴燃时间、损毁长度等指标来测试纺织品阻燃性能。具体试验步骤如下：（1)关闭试验箱前门，开启供气阀，打燃点火器，将火焰高度调节稳定至（4 0 士2）mm。首次试验进行前，火焰应保持此状态至少1min，将火焰熄掉；(2)将从密封容器中取出的试样载人试样夹，注意试样应尽量平整。试样夹底边应与试样底边平齐，用足够多的夹子将试样夹边缘夹牢，将试样夹上端吊在支架上，用固定装置固定好试样夹侧面，将试样夹竖直吊在试验箱中间；（3关上前门，打燃点火器，火焰稳定以后，挪动火焰将试样底边固定于火焰中点位置上方，使试样燃烧。此时离试样从密封容器中取出的时间须在1 min 内;（4）点火时间是12 S；（5）到点火时间后，移开点火器，灭掉火焰，并开启计时器，记下续燃时间、阴燃时间，精确到0.1s；(6)在箱底铺上厚度为10 mm的脱脂棉。观察熔融脱落物会否导致脱脂棉燃烧或阴燃，并进行记录；（7）启动风扇，排放试验箱中烟气；（8)开启试验箱，拿出试样，顺着试样长度方向损毁面积内最高点折出一条直线，在试样下端一侧，距离底边和侧边均大概6 mm处，吊上重锤，用手慢慢拎起试样下端另一侧，使重锤悬空，然后放下，测量、记录试样的撕裂长度，这就是损毁长度，精确到1 mm。聚丙烯纺粘非织造材料的平方米质量为10 0 g/m。2结果与讨论采用本文1.2 节工艺制备的3种纺粘非织造材料进行测试，测试结果见表3，其损毁长度均不超过100mm，续燃时间不超过8.0 s，阻燃性能等级均为收稿日期：2 0 2 3-0 7-19102023年（第38 卷）第1期现代丝绸科学与技术B2级，表明所制备的纺粘非织造材料能够满足阻燃要求。表3阻燃性能测试结果指标试样1试样2试样3损毁长度/mm1009589续燃时间/s8.07.05.8阻燃性能等级/级B2B2B2聚丙烯是一种高分子聚合物，其燃烧过程有以下几个步骤：(1)随着温度升高，大分子链中的弱键发生断裂，材料开始热分解。随着热分解不断进行，材料表面渐渐散出小分子气体，这些小分子气体大多数都具有可燃性，它们与环境空气中的氧气混合形成了可燃性气体；(2)随着热分解进行，材料表面的混合气体中可燃物的浓度不断增加，当混合气体中可燃性气体浓度与环境温度达到燃烧所需的临界条件时，就会发生剧烈反应，材料表面被点燃；（3)可燃性混合气体迅速燃烧，释放出许多热量，这些热量将传递到材料底部，并将进一步提高环境温度，从而使材料分解加快，并释放出更多可燃性气体，最终导致燃烧反应持续进行。由表3可以看出，随着十溴二苯乙烷和三氧化二锑的质量分数逐渐增大，非织造材料的损毁长度和续燃时间逐渐减小。十溴二苯乙烷是一种高效溴系阻燃剂，具有含溴量高（质量分数为8 2%）、热稳定性好（分解温度超过32 0）、抗紫外线能力强、毒专利集锦(52)王元荪专利名称：一种纯手工精细真丝艺术绣的制作方法专利申请号：CN201310467718.7公开号：CN103498306A申请日：2 0 13.0 9.2 5公开日：2 0 14.0 1.0 8申请人：山阴县时代绣品专业合作社本发明公开了一种纯手工精细真丝艺术绣的制性低等优点，还能赋予被处理材料良好的力学性能，并且在燃烧时不会产生致癌物质。三氧化二锑作为阻燃协效剂起的是协同阻燃作用，可以在提高阻燃剂阻燃效率的同时减小其用量。经过阻燃处理的聚丙烯纺粘非织造材料燃烧时首先产生溴化氢和溴氧化锑，溴氧化锑在大量吸热后分解成溴化锑，溴化锑能够中止聚丙烯燃烧时的自由基反应；另外，溴氧化锑、溴化锑的气体密度较大，能够沉附在聚丙烯纺粘非织造材料表面，将其与周围环境中的氧气隔离开，从而降低燃烧速度。因此，十溴二苯乙烷和三氧化二锑的质量分数越大，经过阻燃处理的聚丙烯纺粘非织造材料的阻燃性能就越好。3结论本研究通过对聚丙烯纺粘非织造材料进行阻燃整理制备了阻燃聚丙烯纺粘非织造材料，并研究了其阻燃性能。研究结果表明，采用以十溴二苯乙烷和三氧化二锑为主要阻燃成分的阻燃剂处理聚丙烯纺粘非织造材料，能够提高聚丙烯纺粘非织造材料的阻燃性能；十溴二苯乙烷和三氧化二锑的质量分数越大，聚丙烯纺粘非织造材料的阻燃性能越好。参考文献：1纺粘/纺熔聚丙烯非织造布产能和需求展望 EB/OL.2023-07-09J(2023-07-15).https:/