聚酯纳米复合材料的纤维具有改进的阻燃性和热稳定性

1、聚酯纳米复合材料的纤维具有改进的阻燃性和热稳定性Mangesh D. Teli, Ravindra D. Kale纤维系和纺织加工技术，化学技术（原UDCT），Matunga研究所，孟买400019，印度聚酯（PET）的纳米复合音响别尔斯通过加入的装载有蒙脱石（MMT）的纳米粘土相容的PET和LLDPE后线型低密度聚乙烯（LLDPE）母料纺丝。纺出的纤维显示增加的热稳定性，以及阻燃性，其与纳米粘土装入纤维的量逐渐增加。有一个在纤维伴随着降低伸长率表示除了纳米粘土的抗拉强度略有下降，使纤维有更高的强度。结晶温度发病在较高温度下发生的情况下，复合材料连接的BER不是因为核纳米粘土效果的纯PET纤维

2、。该的纤维的染色性没有受到影响，并也纤维的阻燃性的影响非常小。POLYM. ENG. SCI., 52:11481154, 2012. ª 2012 Society of Plastics Engineers介绍使用层状硅酸盐纳米'纳米粘土'改善物理，化学和同质聚合物的力学性能的好处科幻TS已经证明了许多研究1-5和几位作者综述6,7。这些盘形纳米粒子呈现出明显的优势，因为显着降低体积分数需出示等于整体性质的改善与传统纤维（即玻璃纤维滑石粉）相比，8。纳米粘土的高特定影响C面面积，由于其纳米尺寸和高宽比，提供了相对于常规网络连接列尔斯聚合物 - 颗粒和颗粒间的相互作用

3、的数量增加。最大性能的改进被认为是获得当纳米颗粒被均匀地分散到聚合物基质中的各个片材。聚合物纳米复合材料（PNCS）都在此列，因为他们的成本低，它们容易得到的近10年来备受关注。在与纯聚合物或常规（微型）复合材料，据报道，纳米颗粒在聚合物基质中的存在可显着增加的模量，强度和耐热性，并降低气体渗透性和纤维的可燃性9。在PNCS的合成中最常用的粘土是蒙脱土（MMT），这是膨润土的主要成分。术语聚合物 一 层状硅酸盐纳米复合材料描述了一类，其中的增强相，在血小板的形状，仅具有纳米级的尺寸。该纳米复合材料显示出甚至在非常低的硅酸盐含量（3-6重量）10在机械，物理和热性能显着改善。几个作者已报道了熔纺

4、纳米复合影响纤维的可纺性和机械性能的聚丙烯11-15，聚酰胺16，和芳族聚酯（宠物）17-19的聚合物基质。从等规聚丙烯纺丝纳米复合音响别尔斯表现出拉伸强度的显着的减少而增加纳米粘土的浓度等。研究纳米粘土对聚酰胺-6纤维的力学性能与纺丝速度的影响，得出的比例，分别为。示弹性模量和韧性的值，以增加与纳米粘土的浓度和纺丝速度高达应力诱导结晶16的发生。对于近十多年来，与相关的有机溴潜在的环境问题纤维的阻燃系统已经促使寻找囟素为基础的方法，以减少聚合物纤维的可燃性。最初，研究主要集中在新型磷基纤维阻燃剂和众多的出版物和专利在该领域20-24已经发出发展。同样地，激励研究也产生无卤纤维阻燃方法的基础上

5、的其他元素，如硼25和硅26。同时，对使用的添加剂，或影响纤维，具有纳米级的初级粒子大小的工作，产生PNCS。这种新的方法来纤维阻燃聚合物材料的独特性质是降低的峰值热释放速率的双重好处影响和改进的物理性能，而不是通常与常规的纤维阻燃剂发现的组合。三氧化锑，它是含卤素的制剂的一部分，是一种路易斯酸，并且可以破坏一些缩合聚合物。无机氢氧化物被用来以非常高的负载水平。只有某些聚合物，例如型多元醇影响只是纳秒级别，可以容忍这样的高负荷没有物理性能的显着损失。此外，相对低的热稳定性，特别是氢氧化铝的，显着地限制了使用无机氢氧化物20。PET是由不同的方法，例如，将母料添加法大规模着色。在这种情况下，将含

6、有着色剂的高百分比（10-50）着色芯片使用的聚合物，例如聚乙烯或低熔点的PET制造。可替代地，相同的PET可用于制备着色剂的母料（MBS）。彩色芯片MB被用白色的芯片中的所需比例混合在一起，并纺在一起以获得一个影响纤维可染性 27。如着色剂，许多其它类型的添加剂/ 纤维可以完美添加/分散根据其应用和要求来修改/加强塑料的某些性能。基聚合物材料适用性取决于基体和它的处理方法时。仔细选择适当的载体树脂是至关重要的。作为基质树脂，或所谓的万向浓缩物也可用于28它应该是相同的。线型低密度聚乙烯（LLDPE）是高度灵活的具有良好的伸长特性，良好的耐化学性能，拉伸强度29。在本文篇文章中，PET纳米复合

7、材料是由母料添加技术制成，采用LLDPE。纳米复合材料为热性能，机械性能，热稳定性，和纤维的阻燃性性的表征进行了详细讨论。实验步骤材料商品级的聚合物，染料，化学品和助剂在本研究中使用。其四，0.73聚酯（PET）切片由信实工业公司（印度孟买）和LLDPE有熔体溢流55指数是由科莱恩化工（印度）提供提供。纳米粘土（蒙脱石-MMT）是由水晶纳米粘土，（印度浦那）提供的。Optim GE-340（GMALLDDPE）用作相容剂增容LLDPE和PET和从Pluss聚合物提供（新德里，印度）。母料的制备 （MA-gLLDPE）的添加MB的LLDPE具有变化制备最初以优化相容剂量量相容剂（基于LLDPE的

8、重量计）至compatiblize LLDPE与PET。的MB通过混合LLDPE和增容的MARIS-TS进行双螺杆挤出机中制备的，具有七个区温度在100RPM的速度。保持在这些区域中的温度列于表1中。 这些只是中型企业前纺然后翻滚用PET切片混合。在所有这些测试中，6.5的LLDPE MB的掺混用的PET，和这些的MB的细节示于表2中。 然后，在准备的MB的纳米粘土的通过混合的LLDPE与纳米粘土（30），在双螺杆挤出机中使用的相容剂（0.25）的最优化用量。熔融纺丝熔融纺丝之前，将聚酯切片在真空干燥器中干燥16小时，在1508C以除去水分的痕迹。所述LLDPE的MB也烘箱中干燥，在608C4

9、小时。配合纳米粘土MB的PET切片的熔融纺丝上进行实验室熔融纺丝的M /C从公平交易协会（新德里，印度）获得。保持这些挤出机区的温度分别为2708C，2858C，以及用于区域-I，区域，以及第三区，2908C，以及他们是明显高于PET切片的熔点。在挤出机区，存在用于供给氮气，以防止PET的氧化的规定。切屑熔化以形成熔融物，其进一步移动到计量泵，然后向模头区。从喷丝头挤压的纤维在1.5米长的淬火管吹冷空气冷却下来。在被引导到通过计量旋光洁度通道的导丝辊，随后他们被带到了到牵引轮。该图进行了两个阶段的拉伸法以3先前优化拉伸比。采用Q一20型差示扫描量热仪，样品预结晶后，以5min的升温速率从30升

10、至300 C，停留5 min，然后以5 Cmin降温至室温，氮气气氛保护8。红外光谱测试采用Nicolet公司研制的NEXUS_670型傅里叶红外测试仪，ATR，扫描范围为4 000400 cm一，分辨率为4 cm5cm，扫描次数为32。表面接触角测试采用德国Data physics公司的OCA40Micro型视频接触角测量仪，在25条件下测试样品的静态表面接触角，测试前将样品压成50 mm×10 mm×3 mm的样条。阻燃性能测试采用意大利ATS FAAR型高温氧指数测试仪，将试样在熔融状态下制成样条。性黏度分析 测得1。4。亲水聚酯切片的特性黏度分别为0784、0777

11、、0759、0710 dlMg。亲水聚酯切片的特性黏度在071078 dLg之间，与普通聚酯切片相比有所上升，这是由于添加的第三单体中含有磺酸基团，该基团具有极强的极性和空间位阻，从聚合实验中的扭矩数据(间接反映熔体表观黏度的大小)可以得出，随着反应时间的延长，扭矩逐渐增大，即表观黏度急剧增加。热重分析 亲水聚酯切片、阻燃母粒的热重曲线如图1所示。由图可见，1 444亲水聚酯切片的起始分解温度为405410 oC。其中4。亲水聚酯切片起始分解温度为408 oC，与1。、2”和3亲水聚酯切片的起始分解温度接近。由图1中阻燃母粒的热重分析图可得，起始分解温度为397 oc，并出现了2个快速分解温度

12、(2个DTG峰)，其中，第2个特征峰为阻燃母粒中无机粒子分解温度。综上所述，阻燃母粒在纺丝温度范围内热稳定性良好，不会发生强烈的热降解。转变温度分析4种亲水聚酯切片和阻燃母粒的DSC曲线如图2所示，它们的热转变温度见表2。所有样品均有2个熔点且相隔较远，说明共聚物为微观非均相体系”。随着第三单体、第四单体和第五单体的加入，纤维的熔点均低于普通PET的熔点，这是因为第三单体的加人破坏了大分子链结构的规整性，同时由于磺酸基团的极性和空间位阻”1，使晶体的生长受到影响。形成的晶粒尺寸较小，导致其在较低的温度下即可熔融。而第四单体和第五单体主要进入纤维非晶区，导致其曲线向低温方向移动¨1。亲

13、水聚酯切片的玻璃化转变温度r。熔融温度r。随第四单体增多明显增高，说明除第四单体外，其他亲水单体的加入破坏了亲水聚酯中链段的规整性，使得共聚酯的结晶能力下降。由图2可得阻燃母粒的Ts以及Tm均与亲水聚酯切片接近，为熔融纺丝提供了依据。红外光谱分析 亲水聚酯切片、阻燃母粒的红外光谱图如图3所示。可以看到，1。、24、3 4样品的红外光谱十分相似，4。稍有不同。所有样品在1 250 cm“处的宽峰为对苯二甲酸基团特征峰；1020cm“为对位苯环双取代cH的面内弯曲振动吸收峰重叠；1 721 cm“处为主链上的酯羰基(CO)伸缩振动吸收峰，1 6001 520 cm。1处为苯环的骨架振动吸收峰；4。

14、样品3 430 cm一处为氢键吸收峰旧。由于母粒基体为PET，因此与亲水聚酯切片的红外光谱十分相似。这一方面是由于阻燃剂单体含量较少的缘故，另一方面也是由于含磷阻燃剂的特征峰与PET特征峰重叠的原因。在1 250 cm。处的宽峰为对苯二甲酸基团特征峰，与PO的伸缩振动特征吸收峰重叠；1 020 cm。处为POC的吸收峰，与对位苯环双取代CH的面内弯曲振动吸收峰重叠。亲水聚酯表面接触角测试分析 亲水性聚酯材料的表面亲水性可以通过表面接触角的测试获得。当接触角为0<0<900时，液体能够润湿固体表面；当90。<0<180。时，液体不能润湿固体表面。表面接触角0越小，润湿性能

15、越好。图4为亲水聚酯样条和阻燃母粒亲水聚酯切片共混物样条的表面接触角数据。由图4(a)可见，1。、24、3。和4。亲水聚酯样条的表面接触角分别为611。、590。、582。和563 o。从表面接触角数据分析可知，表面接触角范围在563。一611。之间，小于650，表明聚合物具有良好的亲水性，而且随着第四单体的添加量不同，表面接触角减小。材料表面引入极性基团数目越多，材料的表面能越高，润湿性越好，材料表面的触角越小¨0|。4接触角最小，表明4。聚酯切片含极性基团较多，亲水性最好。由图4(b)可见，阻燃母粒亲水聚酯切片共混物对水有较好的润湿性能。当阻燃母粒共混添加量分别为7、10和13时

16、，共混物样条的表面接触角分别为5030、477。和4680。与亲水聚酯切片比较，表面接触角数据相近，且随着阻燃母粒的质量分数增加，表面接触角减小，说明阻燃母粒的添加对亲水性有一定的提高，但在添加量较小时，其对材料亲水性能影响不大。共混物阻燃性能分析表3列出亲水阻燃聚酯样条的极限氧指数值。在加入阻燃母粒前，亲水聚酯切片的极限氧指数是270，而加入阻燃母粒的聚酯样条的极限氧指数达到301342，都大于27，为难燃级材料，阻燃性能有了很大的提升。随着质量分数的增加，LOI值增大，且成烟情况得到改善。纳米技术无机阻燃剂的超细化研究是当今阻燃技术研究的一个热点。 采用物理、化学方法将固体阻燃剂分散成 1

17、- 100nm大小微粒的方法就是所谓的纳米技术。物理方法有蒸汽冷凝法, 机械破碎法; 化学方法有气相反应法, 液相法。阻燃剂超细化技术, 不仅可以提高阻燃效率, 还可以起到改善阻燃剂的发烟性、耐候性、着色性的作用。近年来, 国外开发的胶体三氧化二锑具有粒径小 (小于 100n m )、易分散、着色强度低的特点, 在阻燃纤维的应用中取得了较好的效果 18。 20世纪 80年代末至 90年代初兴起的聚合物 /无机物纳米复合材料更是开辟了阻燃高分子材料的新途径 19, 国内外已经研究在聚酯聚合过程中或纺丝熔体中加入纳米层硅酸盐材料来 改 善 聚 酯 材 料 的 物 理 机 械 性 能 或 燃 烧性能

18、 20-21。表征复合纤维拉伸强度和断裂伸长率拉伸强度和断裂伸长率的PET断裂滤波器aments测定对'天氏欧森'M / c供给通过Aimil。测试长度为10厘米的单丝使用在分机速率50mm /分。 15个读数的平均英格斯指出，并表示以公斤计算。试验 - 荷兰国际集团进行每次测试方法ISO5079的的纤维30断裂强度。广角X射线衍射将切细的纤维的样品轻轻地压入一个使用适当的间隔矩形感受。广角X射线衍射录（WAXD）模式的2Y角度08至508实验室XRD（Ricaku，日本）。扫描电子显微镜纳米复合纤维的表面形态是煤焦利用扫描型电子显微镜acterized（SEM）日本电子JSM

19、6380LA，日本电子（日本）。差示扫描量热法纳米复合材料的热性能分析在氮气氛下（流速20ml /分钟）通过differ-无穷区间扫描量热（DSC）（岛津，日本）31。要删除以前的热历史，所有样品首先加热2908C5分钟，然后骤冷以508C。加热和冷却速率分别设定在208/分钟。加热和冷却的第二扫描是然后在相同的条件下进行的，并且这些数值的UE报告。热重分析该纳米复合材料的热稳定性进行了研究通过热重分析（TGA）。重量损失是由于以形成挥发性产物的降解后在高温监视为温度的函数。样品在氮气气氛下在加热的208C/ min的升温速率从508C到5008C。为TGA纯净PET和纳米复合材料的PET，进

20、行与DTG-60H热重分析仪（日本岛津）。阻燃估计使火焰明显评估衡量保护性的极限氧指数（LOI），根据ASTM D-2863测定。这些纤维上述21着火和燃烧更慢，LOI值一般当LOI值超过26-28，这些纤维和织物可被认为是阻燃将通过大部分的小火焰引燃布料测试中在水平和垂直方向32的PET纤维进行压缩成形，以对PET/纳米粘土复合材料的票据。成型片材用于进一步测试对Dynisco公司的LOI机聚合物用于评估阻燃性。纳米复合纤维的染色 从包中纺出的长丝被切成细纤维，充分混合，然后染色使用标准在高温PET纤维染色的方法/高压（HTHP）烧杯染色机，用分散染料黄棕F2GL（分散橙30），1的遮荫。该

21、染色样品然后进行用于减少在清用苛性碱为2g /升荷兰国际集团处理20分钟，在708C苏打和2克/升亚硫酸氢钠（hydrose）。所有纤维样品然后彻底在室温温水洗TURE然后中和以1克/升乙酸的解决化。纤维样品最后洗涤水和空气干燥。评估颜色强度 样品进行了评价颜色深度在术语用一个光谱Flash1的库贝尔卡芒克功能（K / S）SF300，电脑配色系统通过提供数据彩国际，U.S.A.33，34。库贝尔卡芒克K / S函数由下式给出其中R是反射率完全不透明，K是吸收系数，S是散射系数。评价水洗牢度的该染色样品然后进行用于洗涤坚牢度的ISO3在一个洗涤循环计20分钟，608C，使用2-克/升非离子型皂

22、（Auxipon NP）和2克/升苏打灰分在50浴比：1 33，34。评价耐日光强度 测定耐光牢度ISO105-A02染色的纤维样品贴在纸板纸上，其一半部分覆盖有黑色片和剩下ING部分暴露在连续点亮17小时。之后暴露样品的褪色比较与蓝色羊毛标准，这也被同事暴露出来。结果与讨论四个不同的中型企业使用不同数量的准备增容中混合PET和熔纺。丝的拉伸强度和伸长率（）纺示于表2的0.25的相容剂给出了最佳的拉伸强度。不相容的聚合物相比共混常常具有差的机械性能与它们各自的，因为它们的高分量界面张力，从而控制形态不佳在固态下加载和应力传递。一个艾菲在共混物中cient增容所述减少界面张力并增强界面粘合两种不

23、相容聚合物之间的并因此提高了它的机械性能35。随后，纳米复合PET纤维纺用0.5，1，并通过添加2纳米粘土负载使用相容剂的0.25的LLDPE MB的制备和30的纳米粘土。 PET和nanoclay-的确切金额装载的LLDPE示于表3中。该系列PET纳米复合材料的WAXD谱现场光纤被示于图1.强烈的衍射MMT纳米粘土的峰值出现在2Y¼30.128。然而，对于PET/ MMT纳米复合材料，在WAXD峰纳米粘土几乎虽然量消失纳米粘土负载从0.5提高到2。它indi-凯茨这些硅酸盐层可能是完全exfoli-ated并分散于在PET基质上形成nanome-器规模复合。热行为表4和图2-6显示

24、的结果与热敏聚酯纳米复合材料的发作行为，在的速度加热208C/分在DSC分析。纳米粘土的存在下示出增加结晶和峰的开始结晶温度相对于PET。从熔体结晶的增加48C在0.5和68，在1的负荷，并在2的加载;该温度增加108。纳米粒子自己作为引众多充当成核剂文献36-39 还应当指出的是，曲线PET / MB的十分相似，在PET（图2和3）。在纳米粘土填充的情况下，冷结晶进展比纯的PET样品更快。因此，该晶体增长速度是由纳米粘土的存在加速并转移到更高的温度。加入纳米的粘土对纳米的熔化温度没有影响复合材料，所有纳米复合材料的熔融峰（Tm）的网站在第二加热几乎相同的PET。然而，超冷却的程度（DT）与减

25、小在所有的纳米复合材料增加填料含量说明纳米粘土作为成核剂在聚合物基体和加速结晶速率40。它也是荷兰国际集团要注意的是在加入纳米粘土的显示没有显上的玻璃化转变温度，Tg为着影响的PET，这是约758C。热稳定性结果列于表4还表明，该纳米复合材料纤维具有程度较低的结晶度比纯的PET纤维。PET开始分解，在约2978C（5重量损失）和它的重量损失急剧增大，而PET /纳米粘土复合纤维是稳定达较高的温度（参照表5和图7）。热降解温度带来的重量损失5，10，20和50的总为纳米复合更高posite纤维比纯PET纤维。这可能是归因于粘土充当热屏障，这增强了该系统的整体的热稳定性，以及协助在热分解后形成的炭

26、。这篇报道称，这也限制了的热运动聚合物中的密闭空间，并防止断链或延迟的挥发性分解产物作为发射的渗透率降低的结果。后燃烧，该粘土层塌陷，形成不易燃炭渣从而有效地降低易燃小的量分子进入蒸气相和热释放速率。另外，粘土中的聚合物的存在可以提高焦炭的形成，从而提供了一个短暂的保护屏障，从而减缓的退化矩阵。纳米粘土与正确的掺入纳米分散程度和可能的方向在被拉伸的PET纤维具有加强的潜力和反对致的热稳定性。因此，PET热稳定通过加入纳米粘土的显着改善。抗拉强度和延伸率在LLDPE的面前没有下降的原因拉伸强度显然是由于结晶度降低。在PET复合材料的拉伸强度下降进一疗法如纳米粘土含量增加（表6）。该降低抗拉强度也

27、伴随着降低的伸长，这表明该滤波器aments变得僵硬。这一事实被从证明应力 - 应变曲线，其示于图。 8.这可与在的结晶的降低相关除了纳米粘土后的纤维。图9是PET的SEM照片纳米复合材料现场光纤装载有1的纳米粘土，其示出了纤维沿纤维轴42取向。阻燃结果从图10表明，与逐行增加纳米粘土中，PET的热稳定性复合逐步增加所反映的条款改进的LOI值。在纳米粘土的2PET复合纤维，LOI提高到27，从而可以资格这个样本被称为阻燃剂。该染色PET复合纤维的LOI值略有比相应未染色纤维低。此可能是由于纳米粘土的浸出呈现上纤维的染色过程中的表面上，该方法是出在高温和高压情况下。染色如可从表7中可以看出，不存

28、在在染色的PET和PET站点纤维K / S值太大的差别。该纳米复合材料染色的样品的洗涤和耐光性也完全相同的纯净PET纤维。换句话说，负责染色的无定形含量似乎没有显著碰撞。结论蒙脱土纳米粘土可装入在PET直至2的水平，以形成内将PET纳米复合纤维损失的强度并与无不良可接受的限度在染色性影响。获得这些纳米复合材料通过添加纳米粘土MB的传授热稳定性和阻燃性，以纺出的PET纳米复合材料纤维。随着增加纳米粘土的加载，综上所述纤维的热稳定性和阻燃性增加。即使在染色后，存在可忽略变化的这些属性。本文来源 Wiley Online Library Wiley是面向专业领域和学术团体的全球最大出版商，本文作者为国际知名纤维材料领域专家，本文刊登当年于国际知名自然科学类杂志自然，并被国内纺织界权威杂志纺织学报全文刊发。故其复杂和先进性程度不言而喻，作为本科生，我仅就其中贴近我们所学纺织纤维材料类，利用所学进行简单剖析，才疏学浅，难免疏漏，望老师及阅者不吝指正，谢谢。（另 ：本文中图表类不在翻译中再做展示） 评论聚酯 ( PET ) 纤维是各种合成纤维中发展最快、产量最高、应用面最广的一种合成纤维, 被誉为是 21世纪的纤维之王。它以其高强度、尺寸稳定、耐化学腐蚀等优异的性能, 在服装、地毯及装饰织物方面具有非常广泛的用途。但聚酯纤维属于熔融性可燃纤