共聚型阻燃PET纤维的制备及其结构性能研究

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目前,聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)纤维是世界第一大合成纤维,其力学性能优良、耐光热性能好,广泛应用于服装、家纺、产业用纺织品等领域。然而PET属易燃材料,它的燃烧会带来极大的危害,所以对PET进行阻燃改性,通过技术手段赋予PET纺织品以阻燃性是非常必要的。本文先综述了阻燃技术的研究发展,然后采用共聚法合成了系列阻燃PET共聚酯,并研究了切片、纤维、织物各方面的性能及内在关系,期望为阻燃PET纤维的广泛应用提供理论支持。主要研究内容如下:1.通过酯化缩聚反应合成了阻燃PET共聚酯。随阻燃剂2-羧乙基苯基次磷酸(CEPPA)投料比的增加,缩聚反应愈加困难。由核磁共振氢谱(~1H-NMR)、傅里叶转换红外光谱(FTIR)、等离子体光谱仪(ICP)可得,阻燃单体CEPPA以共聚的形式结合到PET大分子链上。合成的共聚酯的特性粘度为0.607~0.650 d L/g,熔融指数为33.52~70.17 cm~3/10min,达到纺丝标准。差示扫描量热仪(DSC)显示,阻燃PET共聚酯的玻璃化转变温度(Tg)、熔融温度(Tm)和结晶度(C)均随CEPPA投料比的增加而降低。热失重仪(TGA)测试结果表明,在空气氛围下,CEPPA投料比越高,阻燃PET共聚酯在600℃的残炭量越多;共聚酯起始分解温度(T5%)均高于374℃,要高于生产中纺丝温度,对纤维成形及后续纺织加工无较大影响。阻燃PET共聚酯的燃烧性能测试结果表明,当CEPPA的添加量为6 mol%(CEPPA与对PTA的摩尔比)时,共聚酯的极限氧指数(LOI)和垂直燃烧(UL-94)测试达到难燃及V0。锥形量热仪(Cone)显示,阻燃剂的加入能有效降低热释放,燃烧过程中气相阻燃和凝固相阻燃同时存在。2.利用DSC探索阻燃PET共聚酯的等温结晶过程。测试及拟合结果表明,阻燃PET共聚酯倾向于异相成核,三维球晶生长,偏光显微镜(POM)测试结果对这一结论进行了验证。由于等温结晶过程受到多因素的影响(主要包括CEPPA对阻燃PET共聚酯结晶链段的“塑化”、“稀释”效应和成核作用),共聚酯的结晶速率随CEPPA投料比的增加出现不规则变化,具体表现为先增大后减小再增大的趋势。3.选取CEPPA含量为8 mol%的阻燃PET共聚酯切片进行熔融纺丝。与PET纤维相比,阻燃PET纤维的结晶度下降、取向度减小、回潮率上升,沸水收缩率变大。阻燃PET纤维的断裂强度和断裂伸长率降低,但仍可满足织造要求。阻燃PET纤维在空气中点燃后能很快自熄,具备较好的阻燃性。4.利用小样机织造了阻燃PET织物,探究了常温常压染色工艺参数对织物染色性能的影响。分散红、分散黄、分散蓝质量分数分别为3、2、3 wt%时,上染率最高。且随着染料质量分数增加,织物的K/S值越高。经工艺优化,阻燃PET织物在100℃下恒温60 min,染液p H=5时可获得最好的染色效果。实验数据表明,与PET织物高温高压染色不同,阻燃PET织物可在常压沸染条件下就取得较好的染色效果。通过分析染色前后织物的阻燃性能可以发现,染色后阻燃PET织物的垂直燃烧性能有一定程度的降低,这表明染色工艺的选取对织物的阻燃性有一定的损伤,需要在后续研究中加以解决。
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