涤纶纤维的有机硅抗熔滴改性及其性能研究

摘要

涤纶纤维(PET)具有高强度、高模量、良好的耐热性及尺寸稳定性等综合性能,在我国有着广泛的应用和产业基础。但涤纶纤维属于熔融性的可燃性纤维,燃烧过程中出现熔滴现象,容易引起烫伤、烧伤等在内的二次伤害,并且火焰传播到其他物质上引起更大火灾。因此改善涤纶纤维的抗熔滴性能是目前的研究热点。传统抗熔滴改性大多都是采用添加抗熔滴添加物(如聚四氟乙烯、层状硅酸盐等)与涤纶切片共混纺丝,通过增大粘度或增加燃烧成炭量达到抗熔滴的目的,或者利用共聚法,但都存在纺丝困难或者添加量少效果差等问题。
　　 本文采用共混改性,添加材料为实验室合成的甲基丙烯酸甲酯(MMA)与甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)的共聚物(本文称为硅树脂),籍共聚物中的MMA组分赋予树脂加工流动性,籍KH570中交联的硅氧基团赋予硅树脂抗熔滴性能。通过粘度计法、FTIR、熔体流动速率仪和RH-7毛细管流变仪、SEM、XRD、TG、DSC、KES-G1万能试验机和抗熔滴测试等手段研究了共聚反应的反应特性、共混物的流变性能以及抗熔滴纤维的性能。
　　 研究内容和结论如下:
　　 (1)采用本体聚合的方法制备MMA与KH570的共聚物。研究了引发剂浓度、聚合温度和时间、引发剂种类以及单体配比对产物转化率的影响,发现随着引发剂浓度、聚合温度的升高以及MMA用量的增大,聚合速率变大,转化率提高。采用乌氏粘度计对硅树脂的粘度进行表征,发现随着引发剂浓度的增大和聚合温度的升高,硅树脂的粘度降低。FT-IR测试表明两种单体发生共聚反应。熔融指数仪和TG对硅树脂的流动性及热稳定性进行表征,通过与涤纶切片的流动性比较,得出最佳反应条件为0.8％AIBN,反应温度为45℃、反应时间为1.5h。
　　 (2)采用熔体流变速率仪和RH-7型毛细管流变仪对PET、PET/硅树脂共混物熔体进行流变性能测试。结果表明,PET/硅树脂共混物的熔融指数随着硅树脂含量的增加而减小;表观粘度随着温度的升高或剪切速率的增加而逐渐减小,熔体表现出假塑性流体的特性;非牛顿指数n随着温度升高而逐渐增大;结构粘度指数和零切粘度随着温度的升高而降低;表观粘度和粘流活化能随剪切速率的增加而减小。随着硅树脂含量的增加,共混物熔体的非牛顿指数和粘流活化能变小,结构粘度指数增大。共混硅树脂对涤纶切片的纺丝性能影响小。
　　 (3)SEM测试结果表明,抗熔滴涤纶纤维的表面与涤纶纤维表面相差不大,比较光滑;XRD结果显示,当硅树脂添加量为5％时,结晶度下降到26％随着硅树脂的增多,结晶度逐渐上升。
　　 (4)TG测试表明,抗熔滴涤纶纤维的热分解过程分为两个阶段:硅树脂的分解和涤纶的分解;DSC结果表明,由于混入少量的硅树脂,抗熔滴涤纶的熔点有所下降;抗熔滴涤纶纤维的断裂强度为129Mpa,略低于纯涤纶纤维的断裂强度;熔滴实验表明,硅树脂的添加量为10％(对涤纶切片重量)时,经过水后处理的纤维燃烧后炭化,抗熔滴效果明显。