超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纖維-織物表面改性及阻燃性能研究.pdf

1、超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纖維/織物因?yàn)榫哂辛己玫淖詽櫥浴⒌偷奈?、不粘性，以及?yōu)異的耐磨性、拉伸性能、耐沖擊性能、耐化學(xué)藥品性等，在化工、農(nóng)業(yè)、建筑、紡織以及軍事、警用、等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用，但是作為聚烯烴類聚合物，UHMWPE的阻燃性能比較差，極限氧指數(shù)(LOI)只有17.5％，這大大限制了它的應(yīng)用和發(fā)展，而且在燃燒過程中發(fā)熱量和生煙量大，還產(chǎn)生熔滴現(xiàn)象，從而造成二次火災(zāi)危害。因此對UHMWPE纖維/織物進(jìn)行阻燃改性具

2、有十分重要的意義。
　　本論文主要采用浸軋焙烘法、表面涂層法和微波接枝改性法對UHMWPE纖維進(jìn)行改性，前兩種改性方法均是通過物理吸附方法進(jìn)行改性，而微波接枝是將含有特定功能的單體通過化學(xué)鍵接枝到UHMWPE纖維表面上，以改善其燃燒性能，達(dá)到持久改性效果，從而克服物理浸軋阻燃工藝、表面涂層改性工藝耐水洗性能較差的弊端。本論文主要工作如下:
　　第一部分主要研究三種阻燃體系對UHMWPE纖維進(jìn)行浸軋阻燃改性，并對三種阻燃體系（

3、難溶阻燃體系，易溶阻燃體系、以及多元復(fù)配阻燃體系）的阻燃效果進(jìn)行了對比分析，最終選取易溶阻燃體系中的間苯二酚（二苯基磷酸酯）RDP對UHMWPE纖維進(jìn)行阻燃改性試驗(yàn)，并最后細(xì)化出最優(yōu)的阻燃配方。
　　研究了RDP的濃度、浸泡的時間及軋車的壓力對UHMWPE纖維增重率的影響。結(jié)果顯示當(dāng)RDP濃度為20wt％、浸泡時間為60+40min、軋車壓力為0.1MPa時，改性效果最佳。采用衰減全反射-紅外光譜(ATR-FTIR)及掃描電鏡(S

4、EM)對纖維表面進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)表征，結(jié)果表明通過浸軋改性后，RDP成功吸附在了纖維表面;分別采用熱重分析(TGA)和對比燃燒法對改性前后的UHMWPE纖維的熱穩(wěn)定性以及燃燒性能進(jìn)行了表征，結(jié)果表明浸軋改性后，纖維的阻燃性能得到了明顯的改善，纖維的點(diǎn)火時間延長，具有自熄性并且在燃燒過程中不產(chǎn)生熔滴，同時隨著RDP濃度的增加，增重率增加，同時纖維的拉伸強(qiáng)度提升，但是斷裂伸長率略有下降。
　　第二部分采用涂層改性的方法將丙烯酰胺(AM)-

5、硫脲水凝膠體系吸附到UHMWPE織物表面以提高UHMWPE織物的阻燃性能。衰減全反射-紅外光譜(ATR-FTIR)及掃描電鏡(SEM)分析表明涂層改性后阻燃凝膠體系成功吸附在織物表面;熱重分析(TGA)表明，涂層改性提高了織物的熱穩(wěn)定性，采用極限氧指數(shù)儀(LOI)、垂直燃燒儀(UL-94)和錐型量熱(Cone Calorimeter)對燃燒性能進(jìn)行了表征。涂層后織物的LOI由17.1％上升至22.3％，熔滴和續(xù)燃時間降低，同時損毀長度由

6、全部損毀下降至32mm，另外點(diǎn)燃時間從10s延長至17s，PHRR由324kW/m2降低為220kW/m2，其阻燃性能隨凝膠中硫脲組分比例的增加而增加。但是硫脲組分超過1∶1配比時不能形成凝膠體系，同時，隨著硫脲組分的增加，改性織物的力學(xué)性能下降，但是改性織物的力學(xué)性能優(yōu)于未改性織物。
　　第三部分首次對UHMWPE的纖維進(jìn)行了微波接枝改性。表面接枝單體為丙烯酰胺（AM），引發(fā)劑為過硫酸鉀(KPS)實(shí)驗(yàn)探索出的最佳的反應(yīng)條件為:先

7、將UHMWPE纖維在0.3wt.％的KPS引發(fā)劑中微波輻射(400W)預(yù)反應(yīng)30min，然后轉(zhuǎn)移至單體蒸餾水溶液（最佳濃度為20wt.％）中，75℃條件下進(jìn)行表面接枝反應(yīng)30min。采用ATR-FTIR、SEM對接枝后織物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，采用TGA和對比燃燒法對改性前后纖維的熱穩(wěn)定性和燃燒性能進(jìn)行了表征，結(jié)果表明微波改性后纖維的燃燒殘?zhí)柯视?3.48％提升到22.56％，熔融滴落現(xiàn)象顯著減少，當(dāng)接枝率為20.40％時，纖維的斷裂力值最