高阻燃涤纶／芳砜纶交织面料的制备及性能研究

高阻燃涤纶／芳砜纶交织面料的制备及性能研究为了制备高阻燃交通工具内饰面料，以阻燃涤纶为经纱，阻燃涤纶／芳砜纶为纬纱进行交织；研究芳砜纶含量对面料阻燃和力学性能的影响，并确定涤纶、芳砜纶佳配比为１∶１。为了进一步提高面料的阻燃性能，采用非离子水性聚氨酯乳液、聚磷酸铵、三聚氰胺、氢氧化镁等为原料，按一定比例复配成阻燃涂层胶，并对上述佳配比的阻燃涤纶／芳砜纶交织面料进行阻燃涂层整理；研究涂层面料的阻燃和力学性能，并观察面料的燃烧过程。结果表明，芳砜纶提高了面料的阻燃性能，但却降低了面料的力学性能，极限氧指数ＬＯＩ大值达２７。阻燃涂层胶进一步提高了面料的阻燃性能，极限氧指数ＬＯＩ大值接近２９．５，燃烧时无烟、熔滴微量。佳阻燃工艺：经纱采用阻燃涤，纬纱采用芳砜纶，阻燃涂层胶用量为１６０ｇ／ｍ２，涂层轧车压力０．３ＭＰａ、浸渍时间０．５ｈ，预烘温度１００℃、时间４ｉｎ，焙烘温度１７０℃、时间３ｍｉｎ关键词　阻燃涤纶，芳砜纶，极限氧指数，水性聚氨酯，聚磷酸铵　随着技术的发展，人们对交通工具内饰面料的要求越来越高，简单归纳起来有４个方面：具有更多的功能性和舒适性；更加绿色健康、环保和可回收；更高的安全性；整体化开发与设计［１－３］。而动车座椅面料除具有普通座椅面料的要求外，更需要其有良好的阻燃性和力学性能。聚酯因其高强力、高模量、回潮低、易燃性差、防腐等优点而备受汽车厂商的青睐，另涤纶织物尺寸稳定、耐磨性好，经特殊处理具有优良的抗紫外线特性。因而目前全球９０％的汽车座椅面料使用的是聚酯纤维，少量使用聚酰胺纤维，主要制成长丝、变形纱、ＰＯＹ等形式［４－８］。但是普通涤纶的极限氧指数只有２２％，远远达不到交通工具内饰高阻燃的要求。本研究为了改善交通工具内饰面料的阻燃、力学性能，采用阻燃涤纶为经纱，涤纶／芳砜纶为纬纱进行交织，研究芳砜纶含量对交织面料阻燃和力学性能的影响，并确定佳配比；为了进一步提高面料的阻燃性能，采用非离子水性聚氨酯乳液、聚磷酸铵、磷酸等为原料，复配制成阻燃涂层胶体系，探讨上胶量对交织面料阻燃、力学性能的影响。课题的研究将为交通工具内饰用面料的设计与性能研究提供有益的参考。１　试验部分１．１　原材料与设备原材料：７５ｔｅｘ阻燃涤纶长丝，；２０Ｓ／２芳砜纶纤维，阳离子水性聚氨酯乳液（化学纯；聚磷酸（化学纯），；三聚氰胺（化学纯），；氢氧化镁，。仪器设备：全自动剑杆织样机（ＳＵ１１１型），；织物拉伸强力测试仪（ＹＧ０２６Ｃ－３００型），；扫描电子显微镜（ＳＵ１５１０型），日本ＨＩＴＡＣＨＩ公司生产；电热鼓风干燥箱（１０１Ａ－４Ｓ型），南京沃环科技实业有限公司生产；动立式小轧车（ＨＤ３９４Ａ），南通宏大实验有限公司生。１．２　测试内容１．２．１　阻燃性能参照ＧＢ／Ｔ　２４０６－９３《织物垂直燃烧氧指数法》［９］标准要求，测试阻燃涂层面料的极限氧指数ＬＯＩ值，观察熔滴、发烟量。将试样夹于试样夹上垂直于燃烧筒内，在向上流动的氧氮气流中，点燃试样上端，观察其燃烧特性，并与规定的极限值比较其续燃时间或损毁长度。通过在不同氧浓度中一系列试样的试验，可以测得维持燃烧时氧气百分含量表示的低氧浓度值。１．２．２　拉伸性能参照ＧＢ／Ｔ　９２３．１－１９９７《织物断裂强力和断裂伸长率的测定（条样法）》［１０］标准要求，测试阻燃涂层面料的经、纬纱拉伸性能。将试样两端夹在织物拉伸强力测试仪的钳口上，隔距长度为２０ｍｍ（因织物的伸长率＜７５％），并设置拉伸速度为１００ｍｍ／ｍｉｎ，预加张力为０．５Ｎ。启动仪器直至布样破损，记录其断裂强度和断裂伸长率。１．２．３　ＳＥＭ电镜扫描利用ＳＵ１５１０型扫描电子显微镜对阻燃涂层整理前后交织物燃烧残留物进行形貌观察。２　试样制备．１　涤纶／芳砜纶阻燃面料阻燃涤纶纤维为经纱，芳砜纶与涤纶为纬纱（比例分别为０∶１、１∶１、２∶１、１∶０），采用平纹组织结构，并在ＳＵ１１１型全自动剑杆织样机上进行交织制成涤纶／芳砜纶阻燃面料，备用。交织面料的经密为２１２根／１０ｃｍ，纬密为８２根／１０ｃｍ；克重大约为１８０ｇ／ｍ２。２．２　涤纶／芳砜纶涂层阻燃面料２．２．１　阻燃涂层胶的制备阻燃涂层胶的组分为：非离子水性聚氨酯６０％，聚磷酸铵３０％，三聚氰胺５％，氢氧化镁５％，增稠剂极少量。将适量的聚磷酸铵，三聚氰胺，氢氧化镁加入水性聚氨酯乳液中，搅拌均匀后加入少量增稠剂，以调节体系黏度，制得适合涂层用的阻燃涂层胶。２．２．２　涤纶／芳砜纶涂层阻燃面料涂层整理工艺为：第１，采用二浸二轧法，将织物充分浸渍于阻燃剂内０．５ｈ，轧车压力０．３ＭＰａ；第２步，用小轧车挤压，重复２次；第３步，将浸渍阻燃涂层液的织物放置于烘箱中，在１００℃温度下预烘４ｍｉｎ；第４步，将织物放置于１７０℃温度下焙烘３ｍｉｎ，取出、冷却。３　结果与讨论３．１　涤纶／芳砜纶交织面料阻燃性能涤纶／芳砜纶交织面料的阻燃性能如图１所示。由图１可知，涤纶／芳砜纶交织面料的阻燃性能随着芳砜纶纤维含量的增加而增加。当芳砜纶纤维含量为０时，织物阻燃性能（ＬＯＩ值）为２４．４；芳砜纶含量为１／６时，ＬＯＩ值为２５；芳砜纶含量为／４时，ＬＯＩ值为２５．８；芳砜纶含量为１／２时，ＬＯＩ值为２７。这是因为，芳砜纶纤维的主链含有大量的苯环，在燃烧时可缩合成芳构型炭，产生的气态可燃性产物少；而且形成的炭层能覆盖于燃烧着的高聚物表面而使火焰窒息［１１－１２］。图１　涤纶／芳砜纶交织面料的阻燃性能图２　涤纶芳砜纶阻燃交织面料的断裂强力３．２　涤纶／芳砜纶交织面料拉伸性能涤纶／芳砜纶交织面料的力学性能如图２所示。由图可知，随着芳砜纶含量的增多，交织物的经、纬向拉伸断裂强力呈现先下降后上升的趋势。当芳砜纶纤维含量为０时，经向断裂强力为９６８Ｎ，纬向为９４２Ｎ；当芳砜纶含量为１／６时，经向断裂强力为９１０Ｎ，纬向为８１０Ｎ；当芳砜纶含量为１／４时，经向断裂强力为８８０Ｎ，纬向为７４６Ｎ；当芳砜纶含量为１／２时，经向断裂强力为９１８Ｎ，纬向为７７９Ｎ。这是因为本次试验采用的阻燃涤纶和芳砜纶线密度不同，涤纶的线密度大于芳砜纶纱线的线密度。（１）当以阻燃涤纶为经纱，涤纶／芳砜纶混纺纤维作为纬纱时，织物经、纬向均不平整，直接导致织物的经、纬向强力随着芳砜纶含量的增加而下降；（２）当以阻燃涤纶为经纱，芳砜纶为纬纱时，织物经、纬向表面均平整，因此织物经、纬向强力又有一定程度的上升。综合芳砜纶含量对涤纶／芳砜纶交织面料的阻燃性能、力学性能等指标，发现涤纶与芳砜纶佳比例为１∶１，即以阻燃涤纶为经纱，芳砜纶为纬纱时，涤纶／芳砜纶交织织物具有较好的阻燃、力学性能；同时交织物外观平整、结构紧实，便于后道工序的加工上胶量对交织面料阻燃性能的影响为了进一步提高涤纶／芳砜纶交织面料的阻燃性能，本课题采用非离子水性聚氨酯乳液为载体，聚磷酸铵、三聚氰胺、氢氧化镁、增稠剂等为助剂，复配制成一种阻燃涂层胶，对上述佳配比的涤纶／芳砜纶交织织物进行涂层整理，以进一步高织物的阻燃性能。上胶量对涤纶／芳砜纶交织物阻燃性能的影响如图３所示。由图可知，涤纶／芳砜纶交织物的阻燃性能随着上胶量的增加而增加。当上胶量为１２０ｇ／ｍ２时，织物阻燃性能ＬＯＩ值为２７．６；当上胶量为１４０ｇ／ｍ２时，ＬＯＩ值为２８．３；当上胶量为１６０ｇ／ｍ２时，ＬＯＩ值为２９．０；当上胶量为１８０ｇ／ｍ２时，ＬＯＩ值为２９．３；当上胶量为２００ｇ／ｍ２时，ＬＯＩ值为２９．５。这是因为由聚磷酸铵、三聚氰铵等膨胀型阻燃剂体系对涤纶／芳砜纶交织物具有较好的阻燃效果［１３－１５］。图３　上胶量对涤纶／芳砜纶交织物阻燃性能的影响图４　上胶量对织物力学性能的影响３．４上胶量对交织面料拉伸性能的影响上胶量对涤纶／芳砜纶交织物拉伸性能的影响如图４所示。由图可知，涤纶／芳砜纶交织物的经向断裂强力随着上胶的增加而迅速下降。当上胶量为１２０ｇ／ｍ２时，织物经向断裂强力为８２０Ｎ；当上胶量为１４０ｇ／ｍ２时，断裂强力为７５８Ｎ；当上胶量为１６０ｇ／ｍ２时，断裂强力为７１２Ｎ；当上胶量为１８０ｇ／ｍ２时，断裂强力为６５Ｎ；当上胶量为２００ｇ／ｍ２时，断裂强力为６５０Ｎ。综合上胶量对涤纶／芳砜纶交织面料的阻燃、力学性能等指标，发现上胶量为１６０ｇ／ｍ２时，交织面料的阻燃、力学性能指标较为合适。此时，交织面料的阻燃性能ＬＯＩ值为２９．０，涂层前ＬＯＩ值为２７，提高了７．４％；交织面料的拉伸断裂强力为７１２Ｎ，涂层前断裂强力值为９１８Ｎ，下降了２．２４％。３．５　涂层整理前后交织物燃烧特性分析图５分别为未进行阻燃涂层整理［图５（ａ）］，以及上胶量达１６０ｇ／ｍ２时的交织物图５（ｂ）］燃烧后的残留物扫描电镜照片。由图可知，（１）未进行阻燃涂层整理的交织物燃烧残留物表面较为平实、光滑。这是因为燃烧残余物中主要成分是未完全燃烧产生的涤纶熔滴、少量的芳砜纶，以及部分分解不完全的涤纶和填料及很少一部分残炭，这些滴落物在一定的温度条件下还可能继续燃烧。（２）经过阻燃涂层整理后的交织物燃烧残留物表面有很多孔洞，是一种比较理想的炭层结构。这是由交织物及阻燃剂分解释放出的挥发性物质所致。这些膨胀泡沫炭层一方面可以阻止涤纶降解，一方面炭层中泡沫的传质传热比致密的炭层速率慢，可以阻止热源向交织物传递并隔绝氧气源，并能阻止或延缓生成的小分子可燃物进入气相而起阻燃作用［１６－１８］。（ａ）未经整理的交织物　（ｂ）涂层整理后的交织物图５　阻燃涂层整理前后交织物燃烧残余物的ＳＥＭ照片（１）芳砜纶与涤纶交织有利于提高面料的阻燃能，但降低了交织物的力学性能。当两者比例为１∶１时，交织面料的极限氧指数ＬＯＩ值为２７％，熔滴发烟量均较低；经向断裂强力为９１８Ｎ，纬向为７７９Ｎ。（２）磷氮系膨胀型阻燃涂层胶提高了交织物的阻燃性能，但降低了交织物的力学性能。当上胶量为１６０ｇ／ｍ２时，交织物的极限氧指数ＬＯＩ值达到２９，提高了７．４％，且燃烧时无烟、熔滴微量；交织物的拉伸断裂强力为７１２Ｎ，下降了２．２４％。（３）芳砜纶／涤纶交织面料佳涂层整理工艺为：阻燃涂层胶用量为１６０ｇ／ｍ２，涂层轧压力０．３ＭＰａ、浸渍时间０．５ｈ，预烘温度１００℃、时间４ｍｉｎ焙烘温度１７０℃、时间３ｍｉｎ。rYwDnxoYW1