注:未整理亚麻织物的极限氧指数为21%,迅速有焰燃烧至尽,生成灰白色粉末。
由表1看出,阻燃剂APP用量为5%时,整理后亚麻织物具有较好的阻燃性,阻燃效果基本达到国家标准的B1级。另外,在阻燃剂APP中加入适量的MEL,可提高亚麻织物的阻燃性。试验表明,APP与MEL的优化配比为2:1,炭损长度为10.2 cm,且离火即熄。
2.2阻燃剂用量整理亚麻织物阻燃性能的影响
采用不同质量分数的APP/MEL膨胀型阻燃剂(APP和MEL配比2:1)进行亚麻织物阻燃整理,测试整理后亚麻织物的阻燃性能,结果见表2。
表2阻燃剂用量对亚麻织物阻燃性能的影响
从表2可以看出,随着阻燃剂质量分数增加,亚麻织物的极限氧指数不断提高。当阻燃剂用量为25%时,亚麻织物的极限氧指数高达37%,垂直燃烧的炭损长达到10.0cm,表明亚麻织物具有良好的阻燃性能。
2.3热失重分析
对经阻燃整理的亚麻织物进行热重分析,并与未整理的亚麻织物进行比较,结果见图1。
图1亚麻织物热重曲线
从图1可见,亚麻织物在260℃左右开始分解,此时亚麻织物质量保留率高于90%,织物相对稳定。当温度超过260℃时,亚麻织物开始剧烈分解,至400℃左右时失重率较大,700℃时亚麻织物的质量保留率仅为16%左右。经阻燃整理的亚麻织物起始热解温度降低,约为200℃左右,较弱的P—O—C键先行断裂生成磷酸,磷酸进一步脱水,生成偏磷酸或多聚磷酸:随着温度升高,磷酸、偏磷酸或多聚磷酸的存在使纤维素脱水炭化,P—N和C—N键大量断裂,释放出大量挥发性物质,如氮气和氨,以及小分子产物等,体系质量大幅损失。700℃时阻燃亚麻织物的质量保留率为35%。以上结果说明,膨胀型阻燃剂的加入极大地降低了亚麻的热降解速度,提高了亚麻在高温条件下的热稳定性。
2.4微观结构分析
采用St3M观察燃烧前后阻燃亚麻织物样品的表面形态(见图2)
图2阻燃亚麻织物燃烧前后的S1M照片
图2表明,未经燃烧时,膨胀型阻燃剂以球状颗粒均匀分布于亚麻织物的表层或纤维间;经燃烧后,亚麻织物产生了明显的膨胀发泡效果,形成了蓬松的焦化炭层。
2.5其它性能分析
采用质量分数为25%的膨胀型阻燃剂,按照1.3节工艺整理亚麻织物。整理后织物的强力、白度、手感及透气性如表3所示。
表3织物整理前后其它性能对比
由表3可见,整理后织物的白度由原来的92.5%略降至90.6%,阻燃整理对织物的白度影响不大。
经过阻燃整理后,织物的强力略有下降。织物的透气量由原来的236.2 L/m2·s下降至整理后的180.4L/m2·s。这是因为织物经整理后,膨胀型阻燃剂不仅固着在织物的表面,而且还渗透至纤维内部,一方面限制了亚麻纤维间的相对滑移,导致纤维在受外力时,应力集中,使大分子链更容易断裂,进而引起纤维强度的下降:另一方面使织物中的孔洞和缝隙减少或变小,从而使织物的透气性下降。
整理后织物的手感由原样的5分下降至3分,说明膨胀型阻燃剂的使用会使织物的手感发硬。为了改善整理后织物的手感,可在整理液中加入相容性较好的柔软剂。
3结论
(1)由APP和MEL组成的膨胀型复合阻燃剂对亚麻织物具有良好的膨胀阻燃效果。当APP与MEL的配比为2:1,总质量分数为25%时,膨胀型阻燃剂整理亚麻织物的LOI值为37%,炭损长度10.0cm,阻燃性能良好。
(2)常温下,阻燃亚麻纤维表面被阻燃剂所覆盖:200℃左右时阻燃剂开始分解,700℃时亚麻织物的质量保留率为35%。阻燃亚麻织物的起始失重温度、最大失重速率温度均低于未阻燃整理织物,但其质量保留率远高于后者。
(3)膨胀型阻燃剂整理亚麻织物的剩炭表面形成一层厚且密的膨胀发泡焦炭层,起到隔热、隔氧,截断燃烧链的作用,具有优异的阻燃效果。
(4)经膨胀型阻燃剂整理后,亚麻织物的强力、白度、透气性和手感均有一定程度的下降。
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