CMSs/MWNTs阻燃PET纤维的制备及其结构性能研究

来源 :太原理工大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:yaocjs
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随着因高分子材料引起火灾事件的频繁发生,带给人们的危害日益严重,而PET纤维位居合成纤维之首,其极限氧指数很低,仅为21%左右,属于熔融易燃纤维,燃烧时易形成大量熔滴,还会引发二次灾难,因此对PET进行阻燃改性成为迫切需要解决的问题;而在无机阻燃剂中,纳米碳材料中碳微球(CMSs)与碳纳米管(MWNTs)都具有热稳定性、化学稳定性等,国内外目前主要针对碳纳米管在阻燃性能方面的研究,对碳微球阻燃性能的研究略有报道,但对二者复配后阻燃效应的研究未有报道。本课题首先选用CMSs与MWNTs分别作为添加型阻燃剂,通过熔融共混法制备了不同含量的CMSs/PET与MWNTs/PET复合材料,系统地研究了二者阻燃性能、热稳定性能及力学性能;研究发现二者在阻燃性能方面都存在缺陷,再次结合复配技术,制备了不同含量不同质量比的CMSs/MWNTs/PET复合材料,重点研究了同时添加CMSs/MWNTs在阻燃性能方面的最佳质量比,并对其热稳定性能、力学性能等其他性能进行分析,但发现二者在PET基体中的相容性较差;为改善此相容性,通过微胶囊技术对CMSs与MWNTs进行表面修饰,采用原位聚合法分别在CMSs与MWNTs表面包覆一层低聚物PET,制备成胶囊碳微球(PCMSs)与胶囊碳纳米管(PMWNTs),对其微观结构及分子结构进行了表征,并制备了PCMSs/PMWNTs/PET复合材料,对其阻燃性能、热稳定性能进行分析;最后通过熔融纺丝法制得最佳质量比下不同含量的PCMSs/PMWNTs/PET纤维,对其微观结构、取向度、吸湿性、热稳定性及阻燃性能等进行研究分析。通过大量实验研究,本课题得出以下结论:(1)添加少量纳米碳材料对PET的阻燃效果较为理想,其中质量分数为1%CMSs/PET的LOI值可高达28.9%,比纯PET提高了7.2,垂直燃烧级别可达V-0级,但抗熔滴性能稍微提高;而质量分数为1%MWNTs/PET的LOI值仅上升到22.3%,垂直燃烧级别可到V-0级,但抗熔滴性能明显提高,熔滴数由24d/min下降为6d/min。(2)CMSs/MWNTs是一种高效多功能阻燃剂,当其质量分数为1%、CMSs/MWNTs的质量比为1:2时,其阻燃性能最佳,LOI值可高达27.3%,且抗熔滴性能明显改善,熔滴数仅为4d/min,其垂直燃烧级别可到V-0级。(3)经胶囊化修饰后的PCMSs/PMWNTs改善了CMSs/MWNTs与PET基体的相容性,使其分散性提高,与CMSs/MWNTs/PET相比,其力学性能明显上升,在PCMSs/PMWNTs质量分数为1%、质量比为1:2时,其抗拉强度提高了26.1%,在其他质量比下,其抗拉强度均有所上升。(4)经胶囊化修饰后的PCMSs/PMWNTs,在其质量分数为1%、质量比为1:2时,PET复合材料的热稳定性能明显提高、质量损失明显减少,剩余质量由原12.65%上升到15.70%,其LOI值由21.7%上升到28.1%,熔滴数由24d/min下降为3d/min,达到抗熔滴高阻燃的效果。(5)与纯PET纤维相比,在PCMSs/PMWNTs含量为0.4%时,阻燃PET纤维的分散性、力学性能及取向度最好;而在其含量为1%时,其吸湿性及阻燃性能最佳,LOI值为27.4%,熔滴为11d/min,垂直燃烧级别达到V-0级。
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