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摘要：聚酰胺6（PA6）是制备无纺布的主要化工材料，广泛应用于建筑阻燃领域。通过添加六氯环三磷腈（HCCP）可以更加有效地提高阻燃性能。采取熔喷工艺制备了一种PA6/HCCP无纺布，并通过实验测试的手段表征其阻燃性能。研究结果表明：HCCP与PA6范德华作用不能直接作用于PA6分子链，是以物理吸附方式与其他大分子相互作用，加入HCCP后可使提高PA6阻燃性能。添加HCCP后，织物面密度和厚度均减小，其厚度在1.2～1.7 mm之间，其表面密度大于261.4 g/m2。该研究有助于提高对树脂高分子原理的认识，也可拓宽到其它的化工领域。
关键词：PA6无纺布；六氯环三磷腈；阻燃性能；物理性能
0引言
聚酰胺（Polyamide，PA）纤维具有相对较高力学性能，被广泛应用于建筑领域[1]。熔喷加工技术是通过喷射小孔对聚合物熔融物产生挤压作用，之后在热风气流中对其进行拉伸处理得到直径尺寸至少为1μm的非织造物[2]。因为熔融喷法制备过程无需外加溶剂，可以实现很高的产量，因此通过一步法来制备非织造布是完全可行的[3-4]。
PA6树脂阻燃性能的研究吸引了很多的学者。张文琪等[5]采用熔融共混得到阻燃抗熔滴PA6树脂，研究了添加CFA阻燃剂后PA6树脂的阻燃性能，阻燃抗熔滴PA6树脂极限氧指数从纯24.5%提升到33.4%。高喜平等[6]以聚酰胺6（PA6）为聚合物成炭剂，熔融共混制备PP/PA6阻燃材料，显著提高PP阻燃材料的阻燃性能，PA6含量为5%时PP阻燃材料LOI提高到了30.0%。董昊松等[7]熔喷制备PA6/HCCP无纺布并表征其阻燃和热稳定性性能，实现了强烈脱水效果，促进了PA6更快炭化的过程，可以达到很小的热导率，添加HCCP后纤维直径尺寸减小并形成集中分布状态。
非织造材料因其具备优良保温效果，可将其作为屋面保温材料，从而有效防止热量丧失，保证房间内达到理想的舒适程度。综合考虑成本和制备工艺等各方面因素的影响，非晶高分子材料可以兼顾以上多种性能[7-8]。本文采用熔喷法制备得到尼龙6/HCCP非织造织物，以此测定织物微观结构和保温性能。
1实验部分
1.1阻燃PA6无纺布的制备方法
本文选择PA6与六氯环三磷腈（HCCP）作为原料，在双螺杆挤压机中按照不同比例加入上述原料，再对其进行熔合工艺研究。进行纺丝之前，先在100℃温度下对制得的PA6/HCCP片真空干燥10 h。制备过程如图1所示。
1）先把PA6、PA6/HCCP置于真空烘箱中加热到105℃经机械能8 h烘干，然后将二者充分拌和均匀后送至进料区，控制各段区域的温度高于高分子熔点，从而达到适宜的工艺黏性，最终制得了具备均匀结构的非织造产物[9]。表1列出了非织造布生产过程中的各种技术指标。
2）加热聚合物使其熔融后，再搅拌均匀并进行适当挤压，之后通过模具以适当速率进行喷射。为模具的其中一侧配备了气体喷射管道，从而实现高分子熔体的迅速降温，并将热气体温度与高分子温度维持在相近的部位，从而保证高分子材料完成熔融与拉伸。
3）距离磨具数厘米处，流动中的细丝被周围空气冷却后发生固化并互相缠绕形成网状。
1.2性能表征
在M606B数字式氧指数测试仪（中国山东青岛）上进行LOI测试，依据标准为ASTMD2863。
2结果分析
2.1阻燃性分析
表1是对加入不同比例HCCP的样品进行洗涤处理前后测试得到的LOI，经比较可以发现，加入HCCP后可使PA6阻燃性能得到大幅提高。在PA6中添加质量分数为10%的HCCP后，其氧指数比单一PA6高出26%，达到阻燃用纤维的各项控制指标。测试结果表明，HCCP添加量（质量分数，下同）为12%时，LOI发生了一定程度的提升，但随着HCCP添加量增加，LOI仅有非常微小的增长。其中分子结构中含有磷氮环的膦腈类化合物具备优良耐热性。结果表明，随着HCCP加入量的增大，其阻燃性能也得到了明显改善。
通过对纤维开展清洗试验，研究了HCCP与PA6两种材料的粘接强度，结果表明，两种材料的LOI均有一定程度的减小，特别是当添加量更大的情况下，LOI发生明显下降。结果显示，HCCPs与PA6的范德华作用不能直接作用于PA6的分子链，而是以一种物理吸附方式与其他大分子发生相互作用。进行洗涤的时候，部分粘接强度较低的阻燃剂会与纤维分离，导致LOI减小，但仍具有优异阻燃性能。
本研究通过纵向燃烧试验对继续点火时间、破坏长度、熔滴速率进行测定，得到的试验数据列于表2中。根据以上材料测试结果可知，单一PA6纤维更易发生着火，同时在燃烧阶段会生成大量熔滴。在相同时间燃烧的情况下，添加HCCP之后，只发生了极少量纤维的破坏，可以推断在这个阶段纤维的燃烧速度发生了下降的趋势，去除外层火焰后，其燃烧持续时间也大幅缩短[10]。当HCCP添加量低于10%的情况下，该纤维品经过1.5 s左右时间的燃烧后内仍未发生阴燃，因此推测该阶段已出现砂轮挥发性可燃物。虽然这时仍有熔滴生成，但生成速度已经大幅减小。该技术可在熔融状态下将光纤试样热量完全吸收，加速试样更快熄灭，进而减少熔滴对试样造成的二次破坏。导致熔滴发生收缩的主要因素是由于在裂解过程中纤维炭化速率较快。根据以上结果可知还可以观察到在纤维表面存在明显炭化现象而生成炭黑，这种炭黑对纤维的炭化进程起到了加速作用，使其进一步提高了结构稳定性。通过上述试验可知，将HCCP添加到PA6中可以获得更好的阻燃性能，并且可以减少熔滴造成的损伤程度。
2.2面密度及厚度
无纺布面密度大小对纺织品加工品质具有直接作用。无纺布面密度是指每一种材质所占的各区域对应的质量。研究发现，添加HCCP后，织物面密度和厚度均发生了一定程度减小，其原因是纤维形成了更细小直径尺寸。试验表明，具有阻燃性能的PA6/HCCP非织造布厚度在1.2～1.7 mm之间，其表面密度大于261.4 g/m2（见表3），与同样熔喷法生产出来的丙纶无纺布相比，具有更大厚度，并且其质量获得了较明显提高。
3结论
本文开展HCCP添加下建筑阻燃用PA6无纺布性能分析，取得如下有益结果：
1）HCCPs与PA6范德华作用不能直接作用于PA6分子链，是以物理吸附方式与其他大分子相互作用，加入HCCP后可使提高PA6阻燃性能。
2）添加HCCP后，织物面密度和厚度均减小，其厚度在1.2～1.7 mm之间，其表面密度大于261.4 g/m2。
参考文献
[1]王国振.具有高效阻燃和抑烟性能的聚苯乙烯建筑塑料的制备与性能研究[J].塑料科技，2021，49（4）：49-52.
[2]吕成，周杰睿，张华鹏，等.共聚阻燃尼龙材料研究进展[J].化工新型材料，2023，51（9）：25-28.
[3]唐印，王顺平，李刚，等.三聚氰胺硬质泡沫的性能及应用[J].化工新型材料，2020，48（S1）：146-149.
[4]韩顺涛，段昌榆，李明谦，等.聚酰胺6无卤阻燃改性的研究进展[J].中国塑料，2022，36（12）：133-141.
[5]张文琪，李莉莉，胡泽旭，等.基于均三嗪环结构的聚己内酰胺6复合树脂制备及其抗熔滴阻燃特性[J].纺织学报，2023，44（11）：1-8.
[6]高喜平，张兴刚，卢梦雅，等.聚酰胺6对聚丙烯/膨胀阻燃体系阻燃性和力学性能的影响[J].化工新型材料，2023，51（8）：168-171.
[7]董昊松，杨志年，周云龙.HCCP添加量对建筑用PA66阻燃无纺布性能的影响[J].塑料工业，2021，49（10）：101-105.
[8]惠飞，丛波，江黎丽，等.无机水合物掺杂热固复合聚苯板的燃烧性能[J].消防科学与技术，2020，39（10）：1412-1414.
[9]汤洪梅，高华，陆安良.聚氨酯硬泡在节能建筑中的应用及性能优化研究进展[J].合成树脂及塑料，2020，37（5）：91-94.
[10]匙静.建筑模板用不同配比高密度聚乙烯/木塑材料性能表征[J].塑料工业，2019，47（2）：130-133.后台-系统设置-扩展变量-手机广告位-内容正文底部 -
本文标签：
HCCP添加下建筑阻燃用PA6无纺布性能分析论文
人参与 2024-12-26 11:31:15 分类 : 理学 点这评论 作者：团论文网 来源：https://www.tuanlunwen.com/
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