表征聚酯切片阻燃性能的氧指數法研究

龔 蔚

(中國石化上海石油化工股份有限公司質量管理中心， 200540)

表征聚酯切片阻燃性能的氧指數法研究

龔 蔚

(中國石化上海石油化工股份有限公司質量管理中心， 200540)

討論了基礎樣品預處理、試樣尺寸和試樣條燃燒長度對氧指數表征的影響。結果表明，基礎樣品經預處理后，采用熔體流動速率儀制備的直徑1.4 mm及以下且燃燒長度為30 mm的試樣條，能夠滿足氧指數法聚酯切片阻燃性能表征要求。

氧指數法 表征 聚酯切片 阻燃性能 形狀 尺寸

隨著安全意識的增強，人們對紡織品的阻燃要求不斷提高。作為阻燃紡織纖維主要原料之一的阻燃聚酯切片生產近年來得到了迅速發展。國內阻燃聚酯切片生產途徑不盡相同，但按阻燃機理基本上可以分為三大類，即共聚阻燃改性、共混阻燃改性和后整理阻燃改性［1］，使用的阻燃劑包括磷系阻燃劑、溴系阻燃劑和共混型阻燃劑等。盡管目前已有織物阻燃性能評價標準，如《紡織品燃燒性能試驗氧指數法(GB/T 5454—1997)》，《紡織品燃燒性能試驗垂直法(GB/T 5455—1997)》，《紡織織物燃燒性能垂直向樣品易點燃性的測定(ISO 6940—2004)》和《紡織織物燃燒性能垂直向樣品火焰蔓延的測定(ISO 6941—2003)》，但紡織纖維加工原料(如阻燃聚酯切片)評價標準尚屬空白。雖然已經有一些磷系阻燃聚酯生產企業用磷含量來表征阻燃聚酯切片的阻燃效果，然而這種方法具有一定的局限性，無法表征磷系阻燃聚酯以外的阻燃聚酯的阻燃性能。為此在開展了用氧指數法表征聚酯切片阻燃性能研究，分析了基礎樣品預處理、試樣條幾何形狀和試樣條燃燒長度等因素對氧指數表征結果的影響，并進行了磷系阻燃聚酯切片的阻燃性能測試，以完善表征聚酯切片阻燃性能的氧指數法，為今后推廣至非磷系阻燃性能測試進行先期探索。

1 試驗部分

1.1 基礎樣品

由中國石化上海石油化工股份有限公司提供11個常規聚酯和磷系阻燃聚酯參照物，構成試驗的基礎樣品，其中既有有光聚酯切片，也有半消光聚酯切片，同時參照物的磷含量不盡相同(見表1)。

表1 基礎樣品類型及其磷含量

1.2 主要儀器和設備

JF－3型氧指數儀，南京市江寧區分析儀器廠;RL－Z1B1型熔體流動速率儀，上海思爾達科學儀器有限公司;HTB110XB型塑料注射成型機，海天機械有限公司;SZ－5－C型實驗室注塑機，武漢市瑞鳴塑料機械有限公司;分度值為0.01 g的天平，上海實驗儀器廠;101B型干燥烘箱，上海實驗儀器廠。

1.3 試驗方法

(1)試樣制備。將表1所示的基礎樣品在130～140℃條件下干燥2 h，用RL－Z1B1型熔體流動速率儀按一定要求制備不同規格，尤其是直徑1.4 mm、長度75 mm的試樣條。

(2)試樣條檢測。將試樣條垂直固定在向上流動的氧、氮混合氣體的透明燃燒筒里，點燃試樣條頂端，觀察其燃燒特性，記錄試樣條的連續燃燒長度，并與給定的判據相比較，通過一系列試驗，估算氧質量分數的最小值。

2 結果與討論

2.1 基礎樣品預處理

由于未處理的基礎樣品內部含有一定數量的氣泡，可能會影響燃燒和性能測試，因而有必要對表1所示11種基礎樣品分別進行預處理。

參照《纖維級聚酯切片試驗方法》［2］，把磷含量及二氧化鈦(消光劑)含量不同的聚酯切片基礎樣品分別放入101B型干燥烘箱進行預處理，預處理溫度為130～140℃，預處理時間為2 h，以去除水分和進行預結晶。用這種經過預處理的基礎樣品制備試樣條時，可以確保其內部無氣泡。

2.2 試樣條形狀

將1#、4#和8#基礎樣品用塑料注塑成型機制成長度為130 mm、寬度和厚度不同的樣條，然后進行燃燒試驗，試驗結果見表2。

表2 未經預處理的試樣條燃燒試驗結果

由表2可知，不論試樣條是否含有磷阻燃劑成分，都因試樣條制備尺寸過大，燃燒時僅1/2寬度在燃燒，而且呈單邊燃燒，達不到試驗要求，也造成儀器無法正常讀數，加之塑料注射成型機難以完成直徑和長度均在2 mm以下的樣條制作，所以不宜采用注塑機制樣。在用SZ－5－C型實驗室注塑機制樣前需使用脫膜劑。由于脫膜劑為有機物，必須在樣品燃燒試驗前進行清洗處理。用實驗室注塑機制取樣條，并進行燃燒試驗，結果見表3。

表3 經預處理的試樣條燃燒試驗結果

由表3可知，除4－5#試樣條外，其他3個試樣條均有氧指數讀數，初步確認試樣條尺寸應為1.0 mm×1.0 mm×75 mm。

用熔體流動速率儀制取長度均為75 mm的不同直徑的試樣條并進行燃燒試驗，結果見表4。

表4 用熔體流動速率儀制取的試樣條燃燒試驗結果

由表4可見，采用熔體流動速率儀制備試樣條，直徑2.09 mm的試樣條燃燒不完全，且測得數據偏高;直徑分別為1.1 mm和1.4 mm的試樣條燃燒狀況均能達到規定要求，且測得數據一致性較好，因此決定選用直徑1.4 mm及以下尺寸的試樣條。

2.3 試樣條燃燒長度

采用熔體流動速率儀將 1#、2#、5#、6#基礎樣品制成直徑1.4 mm的試樣條，并進行燃燒試驗，試驗結果見表5。

試驗初期，參照《滌綸纖維阻燃性能試驗方法——氧指數法》［3］，把燃燒長度定為 50 mm，但不同試樣條在燃燒試驗時，當燃燒長度在40 mm左右時，試樣條就會自熄。經分析，滌綸纖維采用加捻形式并條，其樣條比較松散，四周充滿毛羽，故在燃燒時可通過毛羽牽引進行燃燒，燃燒長度可超過50 mm;而聚酯切片試樣條表面光滑，容易自熄。通過多次試驗，把燃燒長度定為30 mm。

表5 不同長度的試驗條燃燒試驗結果

2.4 重復性試驗

對4種磷含量和二氧化鈦含量(即消光類型)不同的阻燃聚酯切片基礎樣品分別進行6次重復測定，試驗結果見表6。試驗結果顯示:標準偏差為0.052，相對標準偏差小于0.2%。可以認為所選形狀和尺寸的試樣條燃燒試驗數據具有較好的重復性。

表6 氧指數重復性試驗結果 %

2.5 基礎樣品氧指數測試

采用RL－ZIBI型熔體流動速率儀制備將1#～11#基礎樣品制成直徑和長度分別為1.4 mm和75 mm的樣條，然后進行燃燒試驗，結果見表7。

根據表7的試驗結果分析，基礎樣品中磷含量不同，其氧指數也不同;氧指數隨著磷含量的增加而上升，特別是不含磷和含磷的基礎樣品，它們的氧指數有明顯的分界線。當基礎樣品中磷含量相同，其氧指數數據也有一定差異，這是因為1#～4#基礎樣品是有光聚酯，5#～7#基礎樣品是半消光聚酯，8#～11#基礎樣品是全消光聚酯所致，即基礎樣品中所含二氧化鈦添加劑含量不同時，同樣會造成氧指數的差異。

表7 不同基礎樣品的燃燒試驗結果

3 結論

(1)聚酯切片氧指數測試前，基礎樣品必須經過加熱烘干處理;

(2)可采用熔體流動速率儀制備直徑1．4 mm及以下的試樣條，試樣條燃燒長度30 mm為宜;

(3)不含磷與含磷聚酯切片的氧指數有著明顯的分界線，且氧指數隨著試樣條中磷含量的增加而上升;

(4)如果試樣條的磷含量相同，但其他添加劑的含量不同，則測得的氧指數存在一定的差異。

［1］ 夏延致，孔慶山．含磷阻燃共聚酯的結構與性能研究［J］．高分子材料科學與工程，2001，17(5):90－93．

［2］ 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會．GB/T 14190—2008．纖維級聚酯切片(PET)試驗方法［S］．北京:中國標準出版社，2008．

［3］ 中華人民共和國工業和信息化部．FZ/T 50017—2011．滌綸纖維阻燃性能試驗方法——氧指數法［S］．北京:中國標準出版社，2011．

Study on Oxygen Index Method Characterizing Flame－retardant Performance of Polyester Slices

Gong Wei
(Quality Management Center，SINOPEC Shanghai Petrochemical Co．，Ltd．200540)

The effects of pretreatment of basic sample，sample size and combustion length of sample strips on the characterization of oxygen index were discussed．The experimental result showed that after pretreatment，sample strips with diameter of 1.4 mm or shorter and combustion length of 30 mm which were prepared with melt flow rate instrument could meet the characterization requirements of flame－retardant performance of polyester chips with oxygen index method．

oxygen index method，characterization，polyester chips，flame retardant performance，shape，size

1674－1099 (2012)03－0043－04

TQ342+.7

A

2012-05-11。

龔蔚，女，1964年出生，1985年畢業于上海紡織工業高等專科學校合成纖維專業，2005年畢業于華東理工大學高分子材料專業，工程師，現從事分析管理工作。