超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维/织物表面改性及阻燃性能研究

来源 :北京化工大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:mayf014
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超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维/织物因为具有良好的自润滑性、低的吸水性、不粘性,以及优异的耐磨性、拉伸性能、耐冲击性能、耐化学药品性等,在化工、农业、建筑、纺织以及军事、警用、等领域都得到了广泛的应用,但是作为聚烯烃类聚合物,UHMWPE的阻燃性能比较差,极限氧指数(LOI)只有17.5%,这大大限制了它的应用和发展,而且在燃烧过程中发热量和生烟量大,还产生熔滴现象,从而造成二次火灾危害。因此对UHMWPE纤维/织物进行阻燃改性具有十分重要的意义。本论文主要采用浸轧焙烘法、表面涂层法和微波接枝改性法对UHMWPE纤维进行改性,前两种改性方法均是通过物理吸附方法进行改性,而微波接枝是将含有特定功能的单体通过化学键接枝到UHMWPE纤维表面上,以改善其燃烧性能,达到持久改性效果,从而克服物理浸轧阻燃工艺、表面涂层改性工艺耐水洗性能较差的弊端。本论文主要工作如下:第一部分主要研究三种阻燃体系对UHMWPE纤维进行浸轧阻燃改性,并对三种阻燃体系(难溶阻燃体系,易溶阻燃体系、以及多元复配阻燃体系)的阻燃效果进行了对比分析,最终选取易溶阻燃体系中的间苯二酚(二苯基磷酸酯)RDP对UHMWPE纤维进行阻燃改性试验,并最后细化出最优的阻燃配方。研究了RDP的浓度、浸泡的时间及轧车的压力对UHMWPE纤维增重率的影响。结果显示当RDP浓度为20 wt%、浸泡时间为60+40min、轧车压力为0.1 MPa时,改性效果最佳。采用衰减全反射-红外光谱(ATR-FTIR)及扫描电镜(SEM)对纤维表面进行微观结构表征,结果表明通过浸轧改性后,RDP成功吸附在了纤维表面;分别采用热重分析(TGA)和对比燃烧法对改性前后的UHMWPE纤维的热稳定性以及燃烧性能进行了表征,结果表明浸轧改性后,纤维的阻燃性能得到了明显的改善,纤维的点火时间延长,具有自熄性并且在燃烧过程中不产生熔滴,同时随着RDP浓度的增加,增重率增加,同时纤维的拉伸强度提升,但是断裂伸长率略有下降。第二部分采用涂层改性的方法将丙烯酰胺(AM)-硫脲水凝胶体系吸附到UHMWPE织物表面以提高UHMWPE织物的阻燃性能。衰减全反射-红外光谱(ATR-FTIR)及扫描电镜(SEM)分析表明涂层改性后阻燃凝胶体系成功吸附在织物表面;热重分析(TGA)表明,涂层改性提高了织物的热稳定性,采用极限氧指数仪(LOI)、垂直燃烧仪(UL-94)和锥型量热(Cone Calorimeter)对燃烧性能进行了表征。涂层后织物的LOI由17.1%上升至22.3%,熔滴和续燃时间降低,同时损毁长度由全部损毁下降至32mm,另外点燃时间从10s延长至17s,PHRR由324 kW/m2降低为220 kW/m2,其阻燃性能随凝胶中硫脲组分比例的增加而增加。但是硫脲组分超过1:1配比时不能形成凝胶体系,同时,随着硫脲组分的增加,改性织物的力学性能下降,但是改性织物的力学性能优于未改性织物。第三部分首次对UHMWPE的纤维进行了微波接枝改性。表面接枝单体为丙烯酰胺(AM),引发剂为过硫酸钾(KPS)实验探索出的最佳的反应条件为:先将UHMWPE纤维在0.3wt.%的KPS引发剂中微波辐射(400W)预反应30 min,然后转移至单体蒸馏水溶液(最佳浓度为20 wt.%)中,75℃条件下进行表面接枝反应30 min。采用ATR-FTIR、SEM对接枝后织物的结构进行了分析,采用TGA和对比燃烧法对改性前后纤维的热稳定性和燃烧性能进行了表征,结果表明微波改性后纤维的燃烧残炭率由13.48%提升到22.56%,熔融滴落现象显著减少,当接枝率为20.40%时,纤维的断裂力值最大。
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