高温真空处理对阻燃粘胶纤维性能影响

杨　旭

(江西服装学院， 江西 南昌 330201)

高温真空处理对阻燃粘胶纤维性能影响

杨旭

(江西服装学院， 江西 南昌 330201)

文章通过高温真空处理对阻燃粘胶纤维不同时间，分析高温真空处理对阻燃粘胶纤维的性能影响。研究表明，除纤维断裂伸长率外，经过不同高温真空处理不同时间后，纤维热学、断裂强度及结晶度均有不同程度的下降，且变化幅度最大的温度区间在300～400℃，而纤维分子结构经过高温真空处理保持纤维素Ⅱ的晶型结构不变。

高温真空；阻燃粘胶；热学；分子结构；力学性能

阻燃粘胶纤维是在阻燃抗熔滴性能基础上开发出来的极限氧指数高于28的新型纤维材料，不仅具有普通粘胶纤维优良的抗静电、舒服、透气、手感柔软等特点，还具有防止较好的抗熔融和防止火焰蔓延、低烟不释放毒气等特点而被广泛应用于特种防护服及高档家居装饰品[1]。目前，通过纤维改性使得粘胶纤维具有阻燃性能的方法主要是通过接入具有阻燃性能大分子链段的共聚法和将阻燃剂与纺丝液共混进行纺丝制得阻燃粘胶纤维的共混法[2]。本文通过研究南通罗莱化纤有限责任公司采用共混法生产的阻燃粘胶纤维在真空高温下的纤维性能，为新型阻燃粘胶纤维的开发提供一定的参考依据。

1　实验部分

1.1实验材料

磷系阻燃粘胶纤维(规格：1.33 dtex×36 mm)、丙酮(分析纯)。

1.2实验仪器

RN2-300-7真空回火炉，NETZSCH STA409PC同步热分析仪，FA2004电子分析天平，CT-C-Ⅰ热风循环烘箱，LRHS-225B-LH恒温恒湿试验箱，XQ-1型纤维强伸度仪。

1.3实验方法

1.3.1阻燃粘胶高温处理将阻燃粘胶纤维投入到丙酮溶液中浸泡5 min后取出，采用倾斜式冲洗的方式使用蒸馏水对浸泡丙酮后的阻燃纤维进行反复清洗，以除去阻燃粘胶纤维表面的杂质，防止实验误差的产生。将清洗后的阻燃粘胶纤维再放置到温度为105℃的烘箱中干燥至恒重。

使用天平分别称取5份干燥后的阻燃粘胶纤维，每份阻燃粘胶纤维10 g。取其中4份，放置到RN2-300-7真空回火炉中(在真空状态下防止纤维在高温状态下的燃烧)，分别在温度200℃的条件下保持1 h，3 h，6 h，10 h。按照同样的实验方法，在温度为300℃、400℃、600℃处理阻燃粘胶纤维。

1.3.2热学性能

取仅经丙酮溶液清洗后的阻燃粘胶纤维与经600℃处理10 h的阻燃粘胶纤维剪成纤维碎末，在氮气的保护下使用NETZSCH STA409PC同步热分析仪对阻燃粘胶纤维进行热性能测试。NETZSCH STA409PC同步热分析仪升温速率为20℃/min，阻燃粘胶纤维实验温度为室温～700℃。

1.3.3X衍射

取仅经丙酮溶液清洗后的阻燃粘胶纤维与经600℃处理10 h的阻燃粘胶纤维剪成纤维碎末，依据XRD-6000岛津X射线衍射仪的实验要求将粘胶纤维碎末制成纤维压片。粘胶纤维X衍射测试条件：X衍射扫描的起始角为5°，终止角为45°；扫描步宽为0.02°；扫描电压为30 kV；扫描电流为20 mA；射线管为Cu靶；扫面方式为连续扫描，扫描速度为 4°/min；接收狭缝为0.30；防散射狭缝为1；发散狭缝为1；波长为0.154 nm；单色化方法为石墨单色器；扫描段数为1；叠加次数为1。

使用分峰软件对仅经丙酮溶液清洗后的阻燃粘胶纤维与经600℃处理10 h的阻燃粘胶纤维的X衍射曲线进行分峰处理，使用公式1计算实验前后阻燃粘胶纤维的结晶度[3]。

(1)

式(1)中，Cr代表阻燃粘胶纤维结晶度/%；Sa代表阻燃粘胶纤维无定形峰积分面积；Sc代表阻燃粘胶纤维结晶峰积分面积。

1.3.4力学性能

将每个温度处理的每个时间点的阻燃粘胶纤维(未经处理的阻燃粘胶纤维标记为处理时间为0 h)放置到恒温恒湿试验箱中，设置恒温恒湿试验箱的温度为20℃，相对湿度为65%，在该环境条件下平衡24 h后待用。使用XQ-1型纤维强伸度仪在阻燃粘胶纤维的夹持长度为20 mm，纤维拉伸速度为20 mm/min，纤维初始张力为0.2 cN，力的测试精确度为0.01 cN，伸长的测试精度是0.01 mm的条件下测试阻燃粘胶纤维的断裂强度与断裂伸长率。每个温度处理的每个时间点的阻燃粘胶纤维测试30根，排除异常数据后，取其平均值。

2　结果与讨论

2.1热学性能分析

仅经丙酮溶液清洗后的阻燃粘胶纤维与经600℃处理10 h的阻燃粘胶纤维DSC曲线与TG曲线如图1所示。从图1的热学分析曲线可以明显看出，仅经丙酮溶液清洗后的阻燃粘胶纤维与经600℃处理10 h的阻燃粘胶纤维DSC曲线与TG曲线均可以分为4个反应阶段。第1阶段为室温～100℃左右，从图1(a)的DSC曲线可以看出，室温～100℃左右的温度区间为吸热区间，而在相应的区间内TG曲线的质量残存百分率略有下降，该阶段由于纤维内部的吸附水受热挥发和纤维内部吸附气体的析出造成的纤维质量减损，由于在实验前已经将实验纤维进行了干燥处理，因此该阶段纤维质量的损失较小。第2阶段为100～300℃区间，该区间具有较小的吸热峰，同时在该区间内纤维的质量残存率有较小的幅度的降低，这是由于在温度区间内，纤维内部的氢键开始断裂，折叠链大分子链段在热量的牵引下开始伸直，并开始滑移，导致其中部分左旋葡萄糖裂解基脱水，使得纤维质量有较低程度的减少。第3阶段为300～400℃。在该区间，仅经丙酮溶液清洗后的阻燃粘胶纤维与经600℃处理10 h的阻燃粘胶纤维均具有较强的吸热峰，同时从TG曲线上也可以看出，在该阶段纤维质量残存率下降幅度较高，这是由于在该温度区间内，阻燃粘胶纤维内部在吸收大量的热量后，糖甙键与C—C、C—O均开始断裂，在此过程中，会产生大量的低分子量的挥发物，造成纤维质量的急剧下降。第4阶段为400～600℃，纤维内部的分子结构取向于芳环化，以形成石墨环状结构以保持结构的稳定。由能量低态稳定原则可知，纤维在该过程中会放出部分能量，以保持结构在最低能量状态。从该过程中的DSC曲线也可以看出，纤维在该过程中有放热峰出现[4]。

同时，从DSC曲线也可以看出，在温度100～300℃的温度区间内，纤维分子吸热强度较小，质量残存率变化不大，这是由于纤维内部的阻燃剂在温度区间内脱水生成偏磷酸，而偏磷酸进一步脱水共聚而形成聚偏磷酸，出现了二次结晶的现象，有效地吸热[5]。从该角度来说，高温真空处理并未从大幅度降低阻燃粘胶纤维的阻燃性能。

从图1中的DSC曲线与TG曲线也可以明显看出，仅经丙酮溶液清洗后的阻燃粘胶纤维在温度为100℃与350℃附近的吸热峰强度均高于经600℃处理10 h的阻燃粘胶纤维的吸热峰强度，同时从最终的阻燃粘胶纤维质量残存率也可以看出，仅经丙酮溶液清洗后的阻燃粘胶纤维的质量残存率高于经600℃处理10 h的阻燃粘胶纤维。这是由于经过高温真空处理，阻燃粘胶纤维的结晶结构受到一定程度的破坏，而导致结晶度的降低，无定型区的增加，从而导致纤维结构的稳定下降。该结论将在下述的X衍射实验的结晶度理论计算中得到验证。

2.2X衍射

图1　阻燃粘胶纤维实验前后热学分析曲线

图2　阻燃粘胶纤维实验前后X衍射曲线

2.3力学性能

不同温度不同时间处理条件下阻燃粘胶纤维力学性能测试结果如表1所示。从表1可知，在相同的处理温度条件下，断裂强度随着处理时间的增加而不断降低，而断裂伸长率随着处理时间的增加而不断增加。在相同的处理时间条件下，断裂强力随着温度的升高而不断降低，而断裂伸长率随着温度的升高而不断下降[6]。这是由于处理时间越长，处理温度越高，纤维的结晶度下降越大，对纤维结构的破坏性也就越大。同时，从表中可以看出，在300℃以前与400℃以后的相应温度区间内，在相同的处理时间点上，纤维的断裂强度与纤维的断裂伸长率变化幅度均较小，而温度区间300～400℃之间，纤维的断裂强度与断裂伸长率的变化幅度均达到最大值，对照上述的TG曲线可以明显看出，纤维在300～400℃之间结构受到的影响最大，质量残存率最低，由此也可以推知，阻燃粘胶纤维的结晶结构破坏最严重的区间也在300～400℃之间。

表1　不同温度不同时间处理条件下阻燃粘胶纤维力学性能测试结果

3　结论

阻燃粘胶纤维在不同高温真空处理不同时间后，纤维热学、力学性能及结晶度均有不同程度的下降，且变化幅度最大的温度区间在300～400℃，而纤维分子结构经过高温真空处理，保持纤维素Ⅱ的晶型结构不变。

[1]朱正锋，齐大鹏，蔡丽丽，等.阻燃粘胶纤维的性能研究[J].中原工学院学报，2010, 21(4):37—40.

[2]张瑞文，崔世忠.共混改性阻燃粘胶纤维的性能研究[J].中原工学院学报，2009,20(6):17—20.

[3]刘瑞刚，胡学超，章谭莉.粘胶纤维素在NMMO中溶解前后结晶结构的变化[J].中国纺织大学学报，1998,24(4): 7—10.

[4]朱正锋，齐大鹏.阻燃粘胶纤维的热力学性能研究[J].人造纤维，2011,25(1):2—4.

[5]于伟东，储才元.纺织物理[M].上海：中国纺织大学出版社，2001.

[6]褚明利，胡江涛，肖明慧，等.接枝改性阻燃粘胶纤维的性能研究[J].山东纺织科技，2007，48(6)：16—18.

Performance and Impact of Flame Retardant Viscose Fibers Treated by High Temperature Vacuum Processing

YangXu

(Jiangxi Institute of Fashion Technology, Nanchang 330201, China)

Performance of flame retardant viscose fibers were tested to study influence of flame retardant viscose fibers treated by high temperature vacuum processing in different high temperature and processing time. Study shows that thermal properties, breaking strength and crystallinity were all dropped except elongation at break. The largest temperature range of the changes of indexes all above, were between 300～400℃, meanwhile, molecular structure keep the cellulose Ⅱ crystal structure the same before and after high temperature vacuum processing.

high temperature vacuum; flame retardant viscose; thermal properties; molecular structure; mechanical properties

2015-07-16

杨旭(1984—)，女，河南驻马店人，讲师。

TS102.51

A

1009-3028(2015)05-0046-04