探究阻燃PP纺粘无纺布的性能

探究阻燃PP纺粘无纺布的性能

20世纪50年代末纺粘法无纺布生产技术及其产品由美国杜邦公司首次开发，其在产品性能、工艺技术、生产效率等方面所存在的明显的优势，在近20年来获得了举世瞩目的快速发展。2006年，我国共有255条纺粘生产线，所生产的PP纺粘无纺布约为393kt，但是所有这些PP纺粘无纺布的绝大多数为常规产品，附加值小。目前虽然有大量的有关阻燃PP及阻燃PP纤维的报道，但有关阻燃无纺布以及阻燃PP纺粘无纺布的报道很少。作者通过在PP中加入阻燃母粒的直接纺丝成网法和后整理法所得到的阻燃PP纺粘无纺布进行了力学性能、热性能及阻燃性能测试。

一、实验

1、原料及试样

PP纺粘无纺布(I)及阻燃母粒法阻燃PP纺粘无纺布(II)：由江苏省扬州志成无纺布厂提供，其中Ⅱ是在PP中加入阻燃母粒用直接纺丝成网法制得；阻燃剂A、B：均为环保的含磷、氮的膨胀型阻燃剂，自制；硅烷偶联剂：JS-D758，上海锦山化工有限公司提供。

后整理阻燃PP纺粘无纺布(III)：自制。其制备工艺如下：

(1)选用阻燃剂A和阻燃剂B两种阻燃剂，分别配制成质量分数为15％，18％，20％，25％，28％的溶液，并在阻燃液中加入一定量的硅烷偶联剂；

(2)将50g／m2，130mm×58mm的PP纺粘无纺布浸泡其中10min；

(3)把浸泡过的上述PP纺粘无纺布置于压辊机的两个橡胶压辊之间，挤压除去多余的液体；

(4)将阻燃整理后的PP纺粘无纺布(IIIA，IIIB)烘干备用。

2、仪器设备

自制小型涂层压辊机，YG065型电子织物实验仪：山东莱州市电子仪器有限公司制，NntzschSta409PG／PC型热重分析仪：德国Nntzsch公司生产；Perkin-Elmer差示扫描量热仪：美国PerkinElmer公司制；CriticalOoygenIndex氧指数测试仪：英国SDL公司制。

3、分析测试

断裂强力及伸长率：依据非织造布断裂强力及断裂伸长的测定标准FZ／T6005---91使用电子织物实验仪进行测定，试样尺寸为50mm×200mm，试样为6块。

热重(TG)分析：利用热重分析仪，对试样进行分析，升温速率10℃／min，N2气氛。

DSC测试：利用差示扫描量热仪对试样进行分析，升温速率10℃／min，N2气氛。

极限氧指数(LOI)：依据纺织品燃烧性能试验(垂直法)GB／T5455-1997在氧指数测试仪上进行测试，试样尺寸80mm×300mm，试样5块。

二、结果与讨论

1、无纺布的断裂强力及伸长率

由表1可知，PP纺粘无纺布与阻燃母粒法制得的阻燃母粒法阻燃PP纺粘无纺布的纵横向断裂强力基本相同，说明阻燃剂的存在对无纺布的强力影响较小。这是由于阻燃剂在PP中分散均匀，且添加量较小，因此对强力不会造成大的影响。但其断裂伸长率要小于PP纺粘无纺布，这是因为添加的无机阻燃剂虽然是以很小的颗粒存在于无纺布中，但是阻燃剂颗粒的存在，导致了PP晶相的缺陷，因此在拉伸实验中，会在阻燃剂存在部位产生应力集中，类似于银纹现象，而导致无纺布优先在此处断裂。而后整理法所得到的阻燃PP纺粘无纺布的强力及断裂伸长率与PP纺粘无纺布的接近，这是因为后整理法中阻燃剂是通过吸附作用附着于PP纺粘无纺布上的，故阻燃剂的存在对基体材料PP纺粘无纺布来说不会造成大的影响。

表1不同PP纺粘无纺布的力学性能

注：后整理PP纺粘无纺布所用阻燃剂A及B的质量分数均为20％。

2、TG测试

由图1曲线1可知，PP纺粘无纺布失重迅速，只有—个失重阶段，整个失重在318．3～493．3℃，在998．6℃时，失重达到99．44％，基本无炭残渣，说明PP纺粘无纺布极易燃烧，成炭性极差。

图1不同PP纺粘无纺布的TG曲线

1一I；2一Ⅱ；3一ⅢA；4一ⅢB

而图1曲线2表明，阻燃母粒法阻燃PP纺粘无纺布有两个大的失重区域，失重区域为291．1～369．6℃，该阶段失重35．59％，这是阻燃剂优先分解失重所致；第二个大的失重区域为430．2～504．6℃，此阶段失重25．61％，这是PP和阻燃剂共同失重的结果；此后失重较小，直至999．2℃时仍有25．56％的残留量，成炭性比PP纺粘无纺布要好。

图1中的曲线3表明，用阻燃剂A整理后的PP纺粘无纺布的TG曲线有2个失重峰。个大的失重峰失重迅速，位于268．8～418．8℃失重59．8％，第二个小的失重峰位于818．2～1000℃，失重14．3％，1000℃时仍有24．0％的炭残渣；曲线4表明阻燃剂B整理后的PP纺粘无纺布的失重曲线与曲线3中的不同，失重峰较宽，且只有一个大的失重区域，该区域位于219．4～474．6℃，失重62％，此后失重非常缓慢，1000℃时仍有33．2％的炭残渣。说明纺粘无纺布通过A，B阻燃整理后，都使得阻燃体系的热分解温度降低，这是阻燃剂优先分解所致，而终的高的炭残渣说明阻燃剂A，B均使得PP纺粘无纺布的阻燃性能得以提高。这一点也可从下面的LOI值的测定中得以证明。

3、LOI

通过测试，纯PP纺粘无纺布与试样Ⅱ的LOI值分别为18．3％和27．8％，说明阻燃PP纺粘无纺布的阻燃性能优于PP纺粘无纺布。另外，由图2可知，随着阻燃剂A添加量的增加，LOI值增加迅速，当阻燃剂质量分数为25％时，LOI值达到大值26．5％，随着阻燃剂A浓度的进一步增加，LOI值反而下降。阻燃剂B与阻燃剂A具有类似的趋势，所不同的是初期增长缓慢，当阻燃剂B质量分数超过20％后，LOI值急剧增加，达到22％时，LOI值已高于26％，当质量分数为25％时，LOI值出现大值为38．7％，之后LOI值随阻燃剂浓度的增加反而呈现下降的趋势。出现这种LOI值先增大后减小的原因可能是阻燃剂浓度较低时，随阻燃剂浓度的增大，阻燃剂熔融吸热带走了一部分能量，随着温度的升高，阻燃剂的热分解释放出不燃性的气体覆盖在燃烧材料的表面，起到了气相阻燃的作用，并稀释了可燃性气体，同时由于阻燃剂的良好的成炭作用，使得PP提前熔融分解成炭而隔热、隔氧阻止了PP的进一步氧化分解，起到了固相阻燃的效果，二者的共同作用使得阻燃材料的LOI值迅速增大。当阻燃剂浓度超过一定值后，由于后整理法存在的缺陷，使得一部分阻燃剂没有很好的结合到阻燃材料上去，造成实际阻燃剂含量的减小；另外，阻燃剂含量的加大，阻燃剂分解所释放出的热量又会反馈到被阻燃材料中去，加剧材料的熔融分解，造成LOI值的相应减小。故阻燃剂的添加量为25％左右。

图2试样ⅢA和ⅢB的LOI值与阻燃剂浓度的关系

1一IIIA：2一IIIB

三、结论

1．PP纺粘无纺布LOI值分别为18．3％，而用质量分数为25％阻燃剂A后整理得到的阻燃PP纺粘无纺布的LOI值为26．5％，相应的阻燃剂B质量分数为22％时，LOI值已高于26％，说明阻燃剂B的阻燃效果要优于阻燃剂A的阻燃效果。

2．PP纺粘无纺布只有一个失重阶段，1O00℃左右时失重高达99．44％，成炭性极差；而阻燃PP纺粘无纺布的失重较复杂，在同样温度下，有24．0％～33．2％炭残渣，成炭性良好。

3．阻燃母料法制的阻燃PP纺粘无纺布的断裂强力与PP的相近，断裂伸长率小于纯PP；而后整理法所得到的阻燃PP纺粘无纺布的强力及断裂伸长率与PP纺粘无纺布均相近。fc4ue9c7a5