阻燃改性麻/棉非織造復合材料的研究

瞿菁霞++++李山珊

摘要

本研究以經過硅烷偶聯劑和粘合劑整理的氫氧化鎂為阻燃劑，采用浸漬整理工藝，制備阻燃麻/棉非織造復合材料。通過研究阻燃劑的濃度，粘合劑的體積分數、浸漬時間以及焙烘溫度，探討各工藝參數對阻燃性能的影響。結果表明：經過阻燃劑整理的復合材料阻燃性能提高，且在中頻段吸聲性能更好，同時拉伸斷裂強力增加。

關鍵詞：氫氧化鎂；麻/棉非織造復合材料；阻燃整理；阻燃性能

1 引言

棉、麻纖維作為天然纖維具有得天獨厚的優勢，來源廣泛，可降解回收，天然環保。棉纖維吸濕、隔熱耐熱、透氣性能好；麻纖維強度高、耐磨性能好。因此天然纖維復合材料在交通運輸、家用及公共場所的裝飾領域的運用越來越廣泛[1]。

阻燃紡織品主要包括阻燃纖維和后整理。目前常用方法是阻燃后整理，工藝簡單、生產效率高。無機阻燃劑氫氧化鎂具有特殊的層狀結構及組成，低表面能、優異的觸變性。受熱分解釋放水，吸收燃燒過程熱量，降低溫度，并稀釋可燃氣體，同時分解后的氧化鎂附著在紡織品表面，抑煙、阻燃、不易揮發、安全無毒、成本低，成為目前阻燃劑中常用的一類[2-4]。氫氧化鎂使用時填充量大，這對材料的力學性能、加工性能影響較大[5]。

本文利用硅烷偶聯劑對氫氧化鎂進行表面改性，添加粘合劑以提高氫氧化鎂在復合材料上的附著率。將麻/棉針刺復合材料浸漬在配好的阻燃液中壓軋、焙烘。通過研究阻燃整理各工藝參數對復合材料阻燃性能的影響，進行優化，并進行阻燃測試、吸聲測試、力學性能測試，并與處理前對比，研究阻燃劑對復合材料的各項性能影響。

2 試驗部分

2.1 試驗材料和儀器

材料：納米級氫氧化鎂MH（合肥中科阻燃新材料有限公司）；工業級聚磷酸銨APP（濟南泰星精細化工有限公司）；工業級乙酸乙烯酯乙烯共聚物乳液VAE（上海影佳實業發展有限公司）；工業級硅烷偶聯劑A-172（廣州典木復合材料經營部）

儀器：ACS030M/C-D電子計數天平；AL-204電子分析天平；LLY-07復合材料阻燃性能測試儀；PBI橫式壓染機；R3自動定型烘干機；SW-463材料吸隔聲測試系統；WDW-T200微機控制電子萬能試驗機。

2.2 制備工藝流程

原料準備→混合開松（FZK500開松機）→梳理成網（FZSCDZ1050-850梳理機）→交叉鋪網（FZP-1000網機）→針刺加固（FZZ-Ⅰ-1000預針刺機；FZZ-Ⅱ-1000主針刺機）→阻燃后整理。

2.3 阻燃性能測試

一般紡織品阻燃性能測試方法為垂直燃燒法，在規定的燃燒時間內，通過復合材料的燃燒狀態，考核續燃時間、陰燃時間、損毀長度等指標來綜合評價復合材料阻燃性能。測試時先設定點火器的點燃時間，再將試樣放入試樣夾中垂直掛于燃燒箱內，關閉箱門。點著點火器待火焰高度達到規定值并穩定后，使點火器移動到試樣正下方，點燃試樣12s后，點火器恢復原位，用續燃時間計和陰燃時間計計量續燃時間和陰燃時間[6]。

3 結果分析

3.1 氫氧化鎂的濃度對復合材料阻燃性能的影響

配制不同氫氧化鎂濃度分別為100g/L、200g/L、300g/L和400g/L。偶聯劑固定為阻燃劑的1%，粘合劑體積分數不變，為總溶液體積的25%，將復合材料放在溶液中浸泡，浸泡時間30min，壓軋、焙烘：預烘10min，焙烘5min，焙烘溫度150℃。

在阻燃性能測試中，阻燃整理液濃度為100g/L的復合材料，基本沒有阻燃性能。其他濃度的阻燃劑，測得續燃時間如圖1所示。

由圖1可得，隨著濃度的提高，復合材料的續燃時間逐漸減少，阻燃性能逐漸提高。但濃度300g/L的和濃度400g/L的續燃時間相差很小，兩個試樣幾乎沒有續燃時間，又考慮到氫氧化鎂的添加量越大對復合材料的力學性能影響越大以及成本的節約，所以選擇氫氧化鎂阻燃劑的最佳參數是濃度為300g/L。

3.2 浸漬時間對復合材料阻燃性能的影響

以浸漬時間為變量，氫氧化鎂濃度300g/L，偶聯劑為阻燃劑質量的1%，粘合劑為總溶液體積的25%。將復合材料放在溶液中浸泡，浸泡時間設定為20min、30min、40min、50min，壓軋、焙烘：預烘10min，焙烘5min，焙烘溫度150℃。

在阻燃性能測試中，在濃度為300g/L的情況下，所有的試樣都幾乎沒有續燃時間，測試其陰燃時間，如圖2。

圖2顯示，隨著浸漬時間的延長，試樣的陰燃時間逐漸減少，但浸漬時間過長，對復合材料的阻燃效果并沒有幫助，圖中40min的浸漬中復合材料的陰燃時間最短，所以選擇浸漬時間40min作為最佳參數。

3.3 焙烘溫度對復合材料阻燃性能的影響

以焙烘溫度為變量，氫氧化鎂濃度300g/L，偶聯劑為阻燃劑質量的1%，粘合劑體積為總溶液體積的25%。之后將復合材料放在溶液中浸泡，浸泡時間40min，壓軋、焙烘，先預烘10min，再焙烘5min，焙烘溫度改變設定為140℃、150℃、160℃、170℃。本次試驗依舊選取燃時間作為標準，見圖3。

從圖3可知，隨著焙烘溫度的增加，試樣的陰燃時間減少，但焙烘溫度過大，復合材料的陰燃時間反而有所增加。如圖所示當焙烘溫度為160℃時，復合材料的陰燃時間最小，阻燃性能最好。因此選取焙烘溫度160℃作為最佳參數。

3.4 粘合劑體積分數對復合材料阻燃性能的影響

以粘合劑（即乙酸乙烯酯乙烯共聚物乳液）的體積分數為變量，分別為20%、25%、30%、35%。氫氧化鎂濃度300g/L，偶聯劑為阻燃劑質量的1%。之后將復合材料放在溶液中浸泡，浸泡時間40min，壓軋、焙烘，先預烘10min，再焙烘5min，焙烘溫度150℃。在本輪阻燃性能測試中，以陰燃時間作為標準，見圖4。

從圖中4可知隨著粘合劑體積分數的增加，陰燃時間逐漸減少，但粘合劑體積分數過大，反而會降低復合材料的阻燃性能。當粘合劑體積分數為30%時，復合材料的阻燃性能最好，選擇粘合劑體積分數為30%作為最佳參數。

4 結論

通過研究阻燃劑的濃度、粘合劑的體積分數、浸漬時間以及焙烘溫度，探討各工藝參數對阻燃改性麻/棉非織造復合材料阻燃性能的影響，得出以下結論：

（1）無機阻燃劑氫氧化鎂能有效地提高麻/棉非織造復合材料的阻燃性能，使其阻燃。

（2）復合材料最佳阻燃性能的參數是阻燃劑濃度為300g/L，粘合劑的體積分數為30%，浸漬時間為40min，焙烘溫度為160℃。

（3）與未處理的試樣相比，經過阻燃劑處理的復合材料的力學性能有了很大改變，斷裂強力顯著增加，斷裂伸長略有減少。

參考文獻：

[1]劉曉華.大麻纖維氈汽車內飾板基材阻燃性能的研究[D].安徽：安徽農業大學，2008.

[2]李佳佳.阻燃劑的分類及發展趨勢[J].科技視界，2013（16）：67+149.

[3]崔小明，陳天舒.阻燃劑氫氧化鎂的研究和開發進展[J].塑料制造，2009（11）：71-73.

[4]P.R.Hornsby，C.L.Watson.A study of the mechanism of flame retardance and smoke suppression in polymers filled with magnesium hydroxide[J]. Polymer Degradation and Stability.1990.

[5]田雪梅.金屬氫氧化物阻燃劑研究進展[J].塑料助劑，2011（6）：13-15.

[6]GB/T 5455—2014 紡織品 燃燒性能 垂直方向 [S].

（作者單位：南通市纖維所）endprint