摘要: 聚丙烯（PP）纤维有无毒、耐化学腐蚀、易加工及性价比高等优点，广泛应用于衣料、工业用织物及包装材料等领域。然而PP纤维本身易燃，其极限氧指数（LOI）值仅为17-18%，限制了其在较多领域的应用，因此，提升其阻燃性迫在眉睫。而随着当下阻燃领域对... 展开 聚丙烯（PP）纤维有无毒、耐化学腐蚀、易加工及性价比高等优点，广泛应用于衣料、工业用织物及包装材料等领域。然而PP纤维本身易燃，其极限氧指数（LOI）值仅为17-18%，限制了其在较多领域的应用，因此，提升其阻燃性迫在眉睫。而随着当下阻燃领域对绿色、环保阻燃剂的迫切需要及有关阻燃的法规法令日益苛刻，使得开发绿色、环保型无卤阻燃剂阻燃PP纤维的任务显得尤为重要。因此，本文针对PP纤维的阻燃改性，开展如下研究： 首先，研究了碳微球（CMSs）对PP阻燃性能的影响。采用熔融共混法制备了CMSs/PP复合材料，采用LOI、垂直燃烧仪（UL-94）、锥形量热仪（CCT）、热重（TG）等手段表征分析材料的阻燃性能、热稳定性能等。结果表明，当CMSs含量仅为3%时，使PP的LOI值提高了22.2%，热释放速率的峰值（PHRR）比纯PP降低了30.7%，但不能通过UL-94等级，说明单一CMSs不能满足PP的阻燃要求；CMSs的添加显著提升了PP的热稳定性，当CMSs含量为5%时，CMSs/PP复合材料的初始分解温度比纯PP延后30℃；适量CMSs的添加增强了PP的拉伸强度，当CMSs含量为5%时，CMSs/PP复合材料的拉伸强度最大，为37.53 MPa，比纯PP提高7.2%。 其次，为满足PP的阻燃要求，结合CMSs在阻燃PP方面的优势，分别探讨了 CMSs 作为协效剂，与膨胀阻燃体系—壳聚糖/聚磷酸铵（CS/APP）、抑烟剂—氢氧化镁（MH）及还原铁粉（Fe）三种阻燃体系对PP的协同阻燃效应。 1. 通过CMSs协效CS/APP阻燃PP的研究表明：CMSs与CS/APP间存在显著的协同阻燃效应，当CMSs含量为3%、CS/APP含量为27%时，CMSs/CS/APP/PP复合材料LOI值比纯PP、CMSs/PP复合材料、CS/APP/PP复合材料分别提高75%、58.33%、18.89%，PHRR值比纯PP、CMSs/PP复合材料、CS/APP/PP 复合材料分别降低 71.30%、56.80%、21.50%。CMSs/CS/APP/PP复合材料的残炭量最多为36%，比CMSs/PP复合材料、CS/APP/PP复合材料分别提升36%、27%；且对燃烧后的残炭结构进行红外（FTIR）、扫描电镜（SEM）的表征进行分析，推断CMSs/CS/APP对PP的阻燃机理为CMSs/CS/APP/PP复合材料在燃烧过程中发生交联，从而形成连续、致密的炭层结构，最终达到阻燃效果。 2. 通过CMSs协效氢氧化镁（MH ）阻燃PP的研究表明：CMSs与MH间存在明显的协同效应。当CMSs含量为3%、MH含量为27%时，CMSs/MH/PP复合材料的PHRR值比纯PP、CMSs/PP复合材料、MH/PP复合材料分别降低了70.50%、56.03%、18.46%，在700℃时，CMSs/MH/PP复合材料的残炭量最多为35%，比纯PP、CMSs/PP复合材料、MH/PP复合材料分别提高了35%、35%、23%。通过SEM对PP复合材料的残炭结构分析表明CMSs/MH/PP复合材料在燃烧过程中形成炭层最致密，推断CMSs/MH对PP的阻燃机理主要是固相阻燃机理，即CMSs/MH/PP复合材料在燃烧的过程中形成交联、致密的炭层，起到隔绝外界热源与氧气的作用，进而达到阻燃的目的。 3. 通过CMSs协效还原铁粉（Fe）阻燃PP的研究表明：CMSs/Fe的添加不仅使PP的PHRR显著降低，还使热稳定性能有所提升，当CMSs含量为3%、Fe含量为7%时，CMSs与Fe的协同阻燃效应最佳，其中CMSs/Fe/PP复合材料的PHRR值比纯PP、CMSs/PP复合材料、Fe/PP复合材料分别降低70.59%、44.05%、54.20%，残炭量比纯PP、CMSs/PP复合材料、Fe/PP复合材料分别提升22%、22%、15%，表明适量CMSs/Fe可改善PP的热稳定性及阻燃性，推断CMSs/Fe对PP的阻燃机理为CMSs/Fe/PP复合材料在燃烧的过程中生成致密、耐高温且力学强度大的炭层结构，最终达到阻燃的作用。 最后，对比三种体系的阻燃性能、力学性能及纤维可纺性参数，筛选出用于PP纤维的阻燃体系——CMSs/CS/APP ，采用熔融纺丝法制备了CMSs/CS/APP/PP复合纤维，并对纤维的微观形貌、阻燃性能、热稳定性能、聚集态结构、吸湿性能及力学性能等进行研究。结果表明：随着CMSs/CS/APP含量的增加，PP复合纤维的结晶度、取向度及断裂强度均呈先提高后降低的趋势，当CMSs/CS/APP含量为0.6%时，其结晶度、取向度及断裂强度均达到最大。随CMSs/CS/APP含量的增加，PP复合纤维的阻燃性能及热稳定性均有所提升，当CMSs/CS/APP含量为0.9%时，PP复合纤维的LOI值比纯PP纤维提升43.86%，PHRR值比纯PP纤维降低26.97%，初始分解温度比纯PP纤维提升16.35%，残炭量比纯PP纤维提升6%。此外，CMSs/CS/APP的添加明显提高了PP功能纤维的吸湿性能。 收起