表征聚酯切片阻燃性能的氧指数法研究

龚 蔚

(中国石化上海石油化工股份有限公司质量管理中心， 200540)

表征聚酯切片阻燃性能的氧指数法研究

龚 蔚

(中国石化上海石油化工股份有限公司质量管理中心， 200540)

讨论了基础样品预处理、试样尺寸和试样条燃烧长度对氧指数表征的影响。结果表明，基础样品经预处理后，采用熔体流动速率仪制备的直径1.4 mm及以下且燃烧长度为30 mm的试样条，能够满足氧指数法聚酯切片阻燃性能表征要求。

氧指数法 表征 聚酯切片 阻燃性能 形状 尺寸

随着安全意识的增强，人们对纺织品的阻燃要求不断提高。作为阻燃纺织纤维主要原料之一的阻燃聚酯切片生产近年来得到了迅速发展。国内阻燃聚酯切片生产途径不尽相同，但按阻燃机理基本上可以分为三大类，即共聚阻燃改性、共混阻燃改性和后整理阻燃改性［1］，使用的阻燃剂包括磷系阻燃剂、溴系阻燃剂和共混型阻燃剂等。尽管目前已有织物阻燃性能评价标准，如《纺织品燃烧性能试验氧指数法(GB/T 5454—1997)》，《纺织品燃烧性能试验垂直法(GB/T 5455—1997)》，《纺织织物燃烧性能垂直向样品易点燃性的测定(ISO 6940—2004)》和《纺织织物燃烧性能垂直向样品火焰蔓延的测定(ISO 6941—2003)》，但纺织纤维加工原料(如阻燃聚酯切片)评价标准尚属空白。虽然已经有一些磷系阻燃聚酯生产企业用磷含量来表征阻燃聚酯切片的阻燃效果，然而这种方法具有一定的局限性，无法表征磷系阻燃聚酯以外的阻燃聚酯的阻燃性能。为此在开展了用氧指数法表征聚酯切片阻燃性能研究，分析了基础样品预处理、试样条几何形状和试样条燃烧长度等因素对氧指数表征结果的影响，并进行了磷系阻燃聚酯切片的阻燃性能测试，以完善表征聚酯切片阻燃性能的氧指数法，为今后推广至非磷系阻燃性能测试进行先期探索。

1 试验部分

1.1 基础样品

由中国石化上海石油化工股份有限公司提供11个常规聚酯和磷系阻燃聚酯参照物，构成试验的基础样品，其中既有有光聚酯切片，也有半消光聚酯切片，同时参照物的磷含量不尽相同(见表1)。

表1 基础样品类型及其磷含量

1.2 主要仪器和设备

JF－3型氧指数仪，南京市江宁区分析仪器厂;RL－Z1B1型熔体流动速率仪，上海思尔达科学仪器有限公司;HTB110XB型塑料注射成型机，海天机械有限公司;SZ－5－C型实验室注塑机，武汉市瑞鸣塑料机械有限公司;分度值为0.01 g的天平，上海实验仪器厂;101B型干燥烘箱，上海实验仪器厂。

1.3 试验方法

(1)试样制备。将表1所示的基础样品在130～140℃条件下干燥2 h，用RL－Z1B1型熔体流动速率仪按一定要求制备不同规格，尤其是直径1.4 mm、长度75 mm的试样条。

(2)试样条检测。将试样条垂直固定在向上流动的氧、氮混合气体的透明燃烧筒里，点燃试样条顶端，观察其燃烧特性，记录试样条的连续燃烧长度，并与给定的判据相比较，通过一系列试验，估算氧质量分数的最小值。

2 结果与讨论

2.1 基础样品预处理

由于未处理的基础样品内部含有一定数量的气泡，可能会影响燃烧和性能测试，因而有必要对表1所示11种基础样品分别进行预处理。

参照《纤维级聚酯切片试验方法》［2］，把磷含量及二氧化钛(消光剂)含量不同的聚酯切片基础样品分别放入101B型干燥烘箱进行预处理，预处理温度为130～140℃，预处理时间为2 h，以去除水分和进行预结晶。用这种经过预处理的基础样品制备试样条时，可以确保其内部无气泡。

2.2 试样条形状

将1#、4#和8#基础样品用塑料注塑成型机制成长度为130 mm、宽度和厚度不同的样条，然后进行燃烧试验，试验结果见表2。

表2 未经预处理的试样条燃烧试验结果

由表2可知，不论试样条是否含有磷阻燃剂成分，都因试样条制备尺寸过大，燃烧时仅1/2宽度在燃烧，而且呈单边燃烧，达不到试验要求，也造成仪器无法正常读数，加之塑料注射成型机难以完成直径和长度均在2 mm以下的样条制作，所以不宜采用注塑机制样。在用SZ－5－C型实验室注塑机制样前需使用脱膜剂。由于脱膜剂为有机物，必须在样品燃烧试验前进行清洗处理。用实验室注塑机制取样条，并进行燃烧试验，结果见表3。

表3 经预处理的试样条燃烧试验结果

由表3可知，除4－5#试样条外，其他3个试样条均有氧指数读数，初步确认试样条尺寸应为1.0 mm×1.0 mm×75 mm。

用熔体流动速率仪制取长度均为75 mm的不同直径的试样条并进行燃烧试验，结果见表4。

表4 用熔体流动速率仪制取的试样条燃烧试验结果

由表4可见，采用熔体流动速率仪制备试样条，直径2.09 mm的试样条燃烧不完全，且测得数据偏高;直径分别为1.1 mm和1.4 mm的试样条燃烧状况均能达到规定要求，且测得数据一致性较好，因此决定选用直径1.4 mm及以下尺寸的试样条。

2.3 试样条燃烧长度

采用熔体流动速率仪将 1#、2#、5#、6#基础样品制成直径1.4 mm的试样条，并进行燃烧试验，试验结果见表5。

试验初期，参照《涤纶纤维阻燃性能试验方法——氧指数法》［3］，把燃烧长度定为 50 mm，但不同试样条在燃烧试验时，当燃烧长度在40 mm左右时，试样条就会自熄。经分析，涤纶纤维采用加捻形式并条，其样条比较松散，四周充满毛羽，故在燃烧时可通过毛羽牵引进行燃烧，燃烧长度可超过50 mm;而聚酯切片试样条表面光滑，容易自熄。通过多次试验，把燃烧长度定为30 mm。

表5 不同长度的试验条燃烧试验结果

2.4 重复性试验

对4种磷含量和二氧化钛含量(即消光类型)不同的阻燃聚酯切片基础样品分别进行6次重复测定，试验结果见表6。试验结果显示:标准偏差为0.052，相对标准偏差小于0.2%。可以认为所选形状和尺寸的试样条燃烧试验数据具有较好的重复性。

表6 氧指数重复性试验结果 %

2.5 基础样品氧指数测试

采用RL－ZIBI型熔体流动速率仪制备将1#～11#基础样品制成直径和长度分别为1.4 mm和75 mm的样条，然后进行燃烧试验，结果见表7。

根据表7的试验结果分析，基础样品中磷含量不同，其氧指数也不同;氧指数随着磷含量的增加而上升，特别是不含磷和含磷的基础样品，它们的氧指数有明显的分界线。当基础样品中磷含量相同，其氧指数数据也有一定差异，这是因为1#～4#基础样品是有光聚酯，5#～7#基础样品是半消光聚酯，8#～11#基础样品是全消光聚酯所致，即基础样品中所含二氧化钛添加剂含量不同时，同样会造成氧指数的差异。

表7 不同基础样品的燃烧试验结果

3 结论

(1)聚酯切片氧指数测试前，基础样品必须经过加热烘干处理;

(2)可采用熔体流动速率仪制备直径1．4 mm及以下的试样条，试样条燃烧长度30 mm为宜;

(3)不含磷与含磷聚酯切片的氧指数有着明显的分界线，且氧指数随着试样条中磷含量的增加而上升;

(4)如果试样条的磷含量相同，但其他添加剂的含量不同，则测得的氧指数存在一定的差异。

［1］ 夏延致，孔庆山．含磷阻燃共聚酯的结构与性能研究［J］．高分子材料科学与工程，2001，17(5):90－93．

［2］ 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会．GB/T 14190—2008．纤维级聚酯切片(PET)试验方法［S］．北京:中国标准出版社，2008．

［3］ 中华人民共和国工业和信息化部．FZ/T 50017—2011．涤纶纤维阻燃性能试验方法——氧指数法［S］．北京:中国标准出版社，2011．

Study on Oxygen Index Method Characterizing Flame－retardant Performance of Polyester Slices

Gong Wei
(Quality Management Center，SINOPEC Shanghai Petrochemical Co．，Ltd．200540)

The effects of pretreatment of basic sample，sample size and combustion length of sample strips on the characterization of oxygen index were discussed．The experimental result showed that after pretreatment，sample strips with diameter of 1.4 mm or shorter and combustion length of 30 mm which were prepared with melt flow rate instrument could meet the characterization requirements of flame－retardant performance of polyester chips with oxygen index method．

oxygen index method，characterization，polyester chips，flame retardant performance，shape，size

1674－1099 (2012)03－0043－04

TQ342+.7

A

2012-05-11。

龚蔚，女，1964年出生，1985年毕业于上海纺织工业高等专科学校合成纤维专业，2005年毕业于华东理工大学高分子材料专业，工程师，现从事分析管理工作。