论文部分内容阅读
聚酰胺6(PA6)纤维具备诸多优良性能(如强度、耐磨性、回弹性等),在民用、工业以及军事等领域被广泛应用,但其极限氧指数(LOI)仅为21%左右,属于易燃纤维,近年来随着PA6纤维用量的增加,由其引起的火灾隐患也随之增加。故对PA6纤维进行阻燃改性具有丰富的研究价值并有助于扩大其应用领域。三聚氰胺氰尿酸盐(MCA)是适用于PA6的一种经典阻燃剂,本论文仍以它作为阻燃剂,但通过设计系列反应,改变了 MCA引入PA6的方式,成功制备了 MCA/PA6复合材料,并通过熔融纺丝和牵伸制得MCA/PA6纤维,对其结构和性能进行了表征。主要开展的工作和研究结果如下:(1)以等摩尔比氰尿酸、己二胺和三聚氰胺、己二酸在水溶液中合成了氰尿酸己二胺盐(CA-HMDA盐)和己二酸三聚氰胺盐(ADA-MEL盐),考察了反应温度、时间、溶剂量对产率的影响,确定了在实验范围内CA-HMDA盐的优化反应条件为温度75℃、时间2.5h;ADA-HMDA盐的优化反应条件为温度85℃、时间2h、溶剂量600ml。红外光谱(FT-IR)表明两种盐中存在着缔合结构;热重分析(TGA)表明其热稳定性可满足聚合温度的要求;溶解度测试表明两种盐较MEL、CA的溶解度得到提高。(2)将CA-HMDA盐和ADA-MEL盐引入熔融己内酰胺体系,通过水解开环聚合的方法原位合成PA6,并同时原位形成阻燃剂MCA。利用FT-IR和广角X射线衍射(WAXD)对其结构进行研究,结果表明MCA通过自组装成功形成;特性粘数表明MCA的引入使PA6相对分子量有所降低;对MCA和PA6界面结构的研究表明两者间存在化学键的结合方式;垂直燃烧测试(UL94)和极限氧指数测试(LOI测试)表明其阻燃效果明显,在MCA含量为8wt%时能达到 UL94V-0 级别,LOI 达到 29.3。(3)研究了 PA6、MCA/PA6复合材料的热降解动力学和非等温结晶动力学。对PA6、MCA/PA6不同失重率时的热降解活化能计算结果表明MCA的引入降低了 PA6的热降解活化能,并随着失重率的增大而增大。由于二次结晶的存在,OZAWA方法对数据的分析不能达到理想的线性关系;莫志深法能应用于各样品的非等温结晶研究,结果表明MCA/PA6的结晶速率较PA6变大。用Kissinger法和Takhor法对PA6、MCA/PA6结晶活化能进行了计算,结果一致表明MCA/PA6的活化能绝对值比PA6高。(4)在合理的纺丝工艺条件下,MCA/PA6复合材料可纺性良好,卷绕成型和牵伸性能较好,通过扫描电镜、声速取向仪、纤维强伸度仪、WAXD等对所纺制PA6和MCA/PA6纤维的结构性能进行分析。结果表明:MCA/PA6纤维的强度、取向、结晶度较PA6纤维有所下降;晶面间距变化不大,但晶粒尺寸明显变大;MCA/PA6纤维的沸水收缩率和干热收缩率提高。总的来讲,MCA/PA6纤维能满足服用及家纺纤维的纺织要求。