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涤/棉混纺织物由于其服用性能优良和结实耐用,是当今用途最广的纺织品之一,当其用于防护服和室内装饰时,常常需要具备较高的阻燃性能。虽然国内外对涤/棉织物的阻燃进行了大量的研究,但涤/棉阻燃仍是目前纺织领域一个难以攻克的问题。20世纪中后期阻燃纤维芳纶1313(Nomex)和芳纶1414(Kelvar)的问世是纺织品阻燃界的重大突破,高性能芳纶阻燃面料被广泛用于航空航天、国防军工、个体防护及体育休闲等领域。但是高昂的设备投资以及生产成本使得芳纶纤维及纺织品的价格居高不下,而尼龙或Nomex与棉的混纺织物可有效降低产品成本,但混纺织物需要进行后期阻燃整理。本文通过对涤/棉、尼龙/棉和Nomex/棉混纺织物进行热性能分析以及阻燃整理,开发出在特殊环境下能够实现有效防护的低成本纺织品。本文的主要研究内容及取得的研究成果如下。本课题研究了尼龙/棉混纺、涤/棉混纺以及Nomex/棉混纺织物的裂解燃烧过程,并分析比较了组成各棉混纺织物的两组分纤维在燃烧过程中的相互影响。课题首先采用一种新型的热分析仪器微型量热仪(Micro-scale Combustion Calorimeter,MCC)来持续监测织物在整个燃烧过程中的热释放速率(Heat Release Rate,HRR),由于HRR是衡量材料在着火状态下危害程度最重要的指标,因此测得纺织品的HRR值可有效且定量地表征该织物的燃烧性能和危害。当下传统的热分析手段如差示扫描量热仪(Differential Scanning Calorimetry,DSC)或热重分析(Thermogravimetric Analysis,TGA)均无法获得材料燃烧过程中的HRR。锥形量热仪虽然能够测定材料的HRR,但对测试样品的尺寸、形状和厚度均有一定要求,限制了其在纺织品领域的应用。此外,锥形量热仪测试所需的样品质量大,也容易造成分析结果受样品厚度、放置方向和通风条件等因素影响。本研究中利用MCC测量了涤/棉,尼龙/棉和Nomex/棉混纺织物的热释放速率等参数,通过比较发现尼龙/棉和Nomex/棉织物不存在类似涤/棉织物的“支架效应”。相比纯棉或纯涤纶织物,涤/棉混纺织物燃烧性能增加,而尼龙和棉经过混纺后两纤维的相互影响使尼龙/棉混纺织物的燃烧性能反而下降。数据表明,Nomex和棉混纺后燃烧性能为纯棉和纯Nomex织物燃烧性能的加和,两纤维在燃烧过程中几乎不存在相互作用。此外,尼龙/棉混纺燃烧后的成炭量随尼龙组分的增加而减少,而涤/棉织物的成炭量随着涤纶组分的增加而增加。其次,采用基于一种含羟基的有机磷低聚物(HFPO)的阻燃体系分别对尼龙/棉、涤/棉和Nomex/棉混纺织物进行阻燃整理,研究了混纺织物中纤维间相互作用对织物阻燃效果的影响,并探讨了有机磷整理体系在三种棉混纺织物上的固着机理以及整理后织物的阻燃性能:1.经过HFPO整理后的50/50尼龙/棉混纺织物,由于棉和尼龙两组分纤维之间的相互影响,增强了混纺织物的阻燃性能。通过将整理后尼龙/棉混纺织物的热释放性能以及其它燃烧性能参数与纯棉织物和纯尼龙织物进行对比,得到结果:(1)经过阻燃整理后,50/50尼龙/棉混纺织物中两组分纤维的最大热释放速率(Peak Heat Release Rate,PHRR)比对应的单一纤维织物(纯棉和纯尼龙织物)的PHRR要低,而混纺织物燃烧后的炭生成量却高于单一纤维织物炭生成量的加权平均值;(2)在垂直燃烧实验中,尼龙/棉混纺织物的损毁长度小于纯棉和纯尼龙织物的加权平均数。由此可以证明在织物燃烧裂解过程中,尼龙/棉混纺织物中两组分纤维之间的相互影响促进并提升了整理后混纺织物的阻燃性能。2.HFPO通过与二羟甲基二羟基乙烯脲(DMDHEU)形成桥基和交联网状结构结合到尼龙/棉混纺织物上,达到耐久的阻燃整理效果。探讨了HFPO/DMDHEU体系在尼龙/棉织物上的固着反应,并对有机磷整理体系的阻燃耐洗性能进行了研究。研究结果表明HFPO可通过DMDHEU作为桥基直接与棉纤维相连,也可通过形成HFPO/DMDHEU的交联网状结构与尼龙和棉纤维结合而固着到整个混纺织物上。整理体系中HFPO和DMDHEU的比例决定了HFPO/DMDHEU交联结构和HFPO-DMDHEU-棉桥基结构的多少。此外,HFPO/DMDHEU针对尼龙/棉混纺织物是一种耐久性的阻燃整理体系,整理后的织物具有优异的阻燃耐久性,经过40次水洗(按照AATCC织物洗涤测试标准124)仍能通过垂直燃烧损毁测试。最后,混纺织物中棉的比例越高,结合到织物上的HFPO越多,阻燃耐久性越好。3.将HFPO/DMDHEU阻燃体系应用到涤/棉混纺织物上制备阻燃涤/棉织物,发现整理后的涤/棉织物具有半耐久的阻燃效果。涤/棉织物上的磷主要是通过HFPO与DMDHEU形成共价键的方式连接到棉纤维上,HFPO/DMDHEU形成的交联结构对涤/棉的固着效果不及尼龙/棉织物。通过测试整理后织物的极限氧指数(LOI),垂直燃烧测试损毁长度以及织物裂解时的热释放参数,评估了织物的阻燃整理效果和耐洗性。结果表明HFPO/DMDHEU对棉含量高的涤/棉混纺织物效果更佳。经过HFPO/DMDHEU整理后的织物的总的释放热降低,成炭量增加,说明整理体系主要在凝聚相起阻燃作用。经过36%HFPO/10%DMDHEU整理后的涤/棉织物可耐洗涤20次。4.HFPO和1,2,3,4-丁烷四羧酸(BTCA)组成无甲醛阻燃体系对65/35Nomex/棉混纺织物进行阻燃整理,研究发现HFPO/BTCA对Nomex/棉的阻燃效果突出但耐洗性不佳,因此在整理体系中引入三乙醇胺(TEA)来提高织物的阻燃耐洗性。整理体系中的HFPO是通过BTCA作为桥基而连接到棉纤维上,因此经过HFPO/BTCA整理后的Nomex/棉混纺织物阻燃性能提高,具体表现为混纺织物在燃烧过程中棉组分的最大热释放速率(PHRR)降低,织物总的释放热(Total Heat Release,THR)下降,成炭量增加。然而,水中的钙离子易与BTCA上游离的羧基发生反应而沉积到织物上,影响了织物上磷的固着,阻燃效果随着水洗次数显著下降。体系中三乙醇胺(TEA)的加入可以有效地抑制水中钙离子与BTCA的反应从而提高织物阻燃耐洗性。此外,TEA分子中的氮元素和HFPO中的磷元素组成P-N协同体系共同作用于Nomex/棉织物上,增加了整理后织物的阻燃效果。经过8%HFPO/3%BTCA/2%TEA整理后的65/35Nomex/棉织物经过25次水洗后仍能通过垂直燃烧测试(损毁长度仅为66mm),LOI值达到27.0%。