三聚氰胺纤维毡的制备与性能

张 思， 吴 敏(1. 生态纺织教育部重点实验室(江南大学)， 江苏 无锡 214122；2. 江南大学 纺织服装学院， 江苏 无锡 214122)

三聚氰胺纤维毡的制备与性能

张 思1，2， 吴 敏1，2
(1. 生态纺织教育部重点实验室(江南大学)， 江苏 无锡 214122；2. 江南大学 纺织服装学院， 江苏 无锡 214122)

针对三聚氰胺纤维后道应用研究较少的问题，在了解三聚氰胺纤维的相关特性后，根据其性能特点，对其后道产品进行设计与开发。选择湿法成网的方式，进行了三聚氰胺纤维毡的设计与小样制备实验，设计了3种不同的纤维毡来对比其成形效果，选择聚氧化乙烯、丁苯胶乳、阳离子聚丙烯酰胺作为分散剂、黏结剂和助留助滤剂。由实验结果可知，三聚氰胺纤维在水中的分散性好，其纤维毡的成形均匀度较好，制备过程也较简单，通过对比可发现，定量越大，其成形效果越好。同时对产品进行透气性、阻燃性和强力测试，结果表明三聚氰胺纤维毡的透气性好，阻燃效果与芳纶和聚酰亚胺接近，但强力相对较低。

三聚氰胺纤维毡； 制备工艺； 阻燃性； 透气性

近年来，特种纤维的研发技术持续发展，纤维材料的应用领域不断扩大，而航空航天、电子通讯、能源开发等多种高科技的领域，对纤维材料有更高的性能要求。普通的合成纤维易燃，且燃烧时熔融、熔滴，在某些特殊领域的应用受到了限制[1]，因此，许多领域对于具有高强高模、阻燃、耐高温、耐化学作用、耐腐蚀等特殊性能的高性能纤维的需求在不断增加。

三聚氰胺纤维作为一种高性能纤维，阻燃、耐高温、低导热等性能突出，而且纤维易生产加工，可满足许多特殊领域对纤维性能的要求[2]。三聚氰胺纤维是由三聚氰胺与甲醛缩聚的预聚体在有机溶剂中经离心湿纺与高温固化而得到[3-4]。三聚氰胺纤维有很好的防燃性，相应的极限氧指数较高，一般约为32%[5]。其耐高温性与热稳定性较好，且具有耐化学性，同时，三聚氰胺纤维的导热率极低。三聚氰胺纤维在短时间使用，温度可高达260 ℃。长时间连续使用，也可达到200 ℃左右。在400 ℃的超高温下，仍能基本保持其原有形状[6]。

三聚氰胺纤维价格相对低廉，其价格优势可使相关产品取得良好的经济效益，因此，三聚氰胺纤维产品的开发可满足人们对于纤维制品所提出的更多功能性的要求，对于社会生产和生活都有着重要的现实意义。本文通过湿法成网方法制备得到三聚氰胺纤维毡，并对其透气性阻燃性等性能进行测试。

1 三聚氰胺纤维毡的制备

1.1 制备方法选择

在进行实验时，首先采用干法成网的方法。由于三聚氰胺纤维表面比较光滑，在梳理成网过程中，与机械梳理部件间的摩擦力小，纤维易脱落，无法顺利成网。而干法成网制备时又要求纤维可梳理成网，因此，三聚氰胺纤维不适合干法成网的方法。而湿法成网时，纤维网借助水流作用成形，并利用化学黏合的方法加固。一般能够在水中分散且不溶于水的纤维都可采用湿法成网的方法，考虑到纤维网成形的可能，采用湿法成网工艺制备三聚氰胺纤维毡。

1.2 制备原理

1.3 制备的工艺流程

1.3.1设备和助剂

实验设备：ZQJ1-B-Ⅱ型纸样抄取器。

助剂：聚氧化乙烯(PEO)，分散剂；丁苯胶乳，黏结剂；阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)，助留助滤剂。

1.3.2实验操作过程

1.3.2.1纤维准备 通常所使用的合成纤维长度为4～6 mm，三聚氰胺纤维的长度较长，直接进行抄造会使纤维在水中更易沉淀、絮聚和结团，造成最终成网的均匀度较差，所以，在纤维的准备阶段，要将三聚氰胺纤维剪切至6 mm以下。

1.3.2.2定量设计 进行湿法成网时，纤维定量不能超过300 g/m2，定量过大，纤维不易分散，纤维毡成形不匀；定量过小，纤维成网困难，纤维毡容易破裂，因此，设计定量为50、100、150 g/m2，纤维毡直径为200 mm，根据所设置的定量称取相应克重的纤维。

1.3.2.3纤维分散 以水为介质，使用纤维解离器对三聚氰胺纤维进行标准梳解，解离的时间一般为 3～5 min，目的是使其尽量呈单纤维状态并且相对均匀地分散在水溶液中。

1.3.2.4助剂配比 纤维分散之后，需要按顺序加入定量的助剂，其比例如表1所示。

表1 助剂配比Tab.1 Ratio of additives

注：配比为助剂与三聚氰胺纤维定量比。

实验时加入助剂的顺序为PEO、丁苯胶乳、CPAM、PEO。其中PEO分2次加入以减少气泡的产生[8]。需要注意的是每次加入助剂后，都必须手动搅拌30 s左右，使助剂均匀地分散在溶液中，并与三聚氰胺纤维充分接触。

康川司法所采用西宁市司法局统一引进的 “北京京师心港心理测评系统”，根据社区服刑人员的个人情况不定期地对他们进行心理测评工作，以便及时发现服刑人员异常的心理问题，尽早开展心理矫治工作。

1.3.2.5湿法成网 此阶段的操作方法相对简单，在纸样抄取筒内加入定量的水(5 L左右)，然后将准备好的三聚氰胺纤维悬浮液倒入纸样抄取筒内，并且使纤维可尽量均匀地分散在水中，打开放水阀，借助水流的作用使三聚氰胺纤维沉积在成型滤网上，形成湿的纤维网，完成三聚氰胺纤维成网的过程。

1.3.2.6干燥阶段 纸样抄取器的干燥部分属于真空干燥，通过智能的数量温控仪控制干燥时的温度，可有效防温升缓冲和超温，而且控制相对准确[9]。

在干燥过程中，首先利用毛布吸水辊将湿的纤维网从成型滤网上取入，放入干燥器内进行烘干。在进行干燥时，铜网片必须要放置于纤维网上方，否则会影响最终抄造成品的平整程度，在真空抽吸时，滤水孔板的孔眼易在纤维网上产生印痕。干燥完成后，可得到三聚氰胺纤维毡制品。

2 结果与分析

2.1 三聚氰胺纤维毡的外观

不同面密度三聚氰胺纤维毡如图1所示。从图中的制备结果来看，三聚氰胺纤维毡的成形相对均匀，当纤维定量增加时，成网的纤维分布不匀会得到一定程度的改善。实验过程中，三聚氰胺纤维的纤维长度较长，与常用的纤维素纤维相比，其纤维长度要长很多，长宽比也较大，在抄造的过程中容易出现絮聚和沉积现象，造成纤维分布不匀。同时，三聚氰胺纤维的憎水性强，纤维在水中缺乏分散性，在分解以及抄造的过程中也非常容易出现絮聚和沉积，在实验过程中根据比例添加分散剂，加入分散剂后的纤维分布不匀程度降低，絮聚现象减少，纤维毡的均匀度较好。

图1 不同面密度的三聚氰胺纤维毡Fig.1 Melamine fiber felt with different fabric density

2.2 透气性

根据GB/T 5453—1997《纺织品 织物透气性的测定》，使用YG(B)461E型织物透气仪，测试三聚氰胺纤维毡的透气性能，测试6次，取其平均值，其透气率的测试结果如表2所示。

表2 三聚氰胺纤维毡的透气率Tab.2 Air permeability of melamine fiber felt

三聚氰胺纤维毡的透气性与纤维的分布和厚度有关。在制备过程中，三聚氰胺纤维存在分布不匀，会造成同一试样的厚度值存在一定的差异，也会影响试样透气性的均匀性，但是从制备的实验结果可看出其纤维分布不匀的程度较低，因此纤维毡的透气性较好。厚度对于其透气率的大小有一定的影响。定量小的纤维毡，其厚度较小，使透气率增加，但纤维分布的均匀度差；大定量的纤维毡，厚度增加，会影响透气率，但纤维分布更加均匀，透气性的均匀性好。

2.3 阻燃性

根据GB/T 5455—2014《纺织品 燃烧性能 垂直方向损毁长度、阴燃和续燃时间的测定》，采用YG815垂直法织物阻燃测试仪，通过燃烧实验法，测试纤维毡的阻燃性能。在测试时，与采用同种方法制备的、定量相同的芳纶纤维毡和聚酰亚胺纤维毡进行阻燃效果对比。纤维毡的阻燃性能如表3所示，图2示出不同纤维毡炭化样品对比。

表3 纤维毡的阻燃性能Tab.3 Flame retardant properties of fiber felt

图2 不同纤维毡炭化样品对比Fig.2 Carbonization contrast of three kinds of fiber felt.(a) Melamine fiber; (b) Polyimide;(c) Aramid fiber

采用垂直燃烧法测试织物的阻燃性能时，织物的阻燃性能通过测定续燃时间、阴燃时间以及试样被损毁的程度来评定。聚酰亚胺与芳纶纤维是常见的两种耐高温阻燃纤维，与其进行阻燃性能的对比研究，可更加直观地说明三聚氰胺纤维毡优良的阻燃性能。

从表3的实验数据可看出，三聚氰胺与聚酰亚胺纤维毡的续燃与阴燃时间都为0，均少于5 s，属于难燃的范围，说明其具有很好的阻燃性。芳纶纤维毡也无续燃，虽然有一定时间的阴燃，但阴燃时间较短，阻燃性较好。由图2可看出，3种纤维均有一定程度的炭化，其中聚酰亚胺纤维毡的炭化面积最小，虽然三聚氰胺纤维毡的炭化面积要大于其他2种纤维，但是结合其续燃和阴燃的情况而言，其整体的阻燃性能还是十分优越的，可应用于一些需要阻燃效果的场合或领域。

2.4 强 力

根据GB/T 3923—2013《纺织品 织物拉伸性能》和GB/T 19976—2005《纺织品 顶破强力的测定 钢球法》，使用HD026 N型多功能电子织物强力仪，测试定量为150 g/m2的三聚氰胺纤维毡的强力，结果为：拉伸强力为15.8 N，顶破强力13.6 N。

纤维毡的强力与纤维间的结合程度有关。因为制备时纤维的长度小于6 mm，纤维间纠缠结合程度低，由于三聚氰胺纤维毡在制备的实验过程中，纤维间无氢键作用，而且纤维自身也没有结合力，所以纤维毡的强力较低，虽然靠化学黏合剂的作用使纤维相互黏结可增加强力，但化学黏合剂对纤维毡强力的增加有限，制备过程中分散剂的加入也会使纤维毡的强力下降，所以，三聚氰胺纤维毡的强度较低。

3 结 论

通过三聚氰胺纤维毡的制备实验与性能研究，可得到如下结论。

1)三聚氰胺纤维毡的制备方法简单可行，纤维毡的制备效果好，因为三聚氰胺纤维在水中的分散性较好，纤网成形均匀，设计与开发三聚氰胺纤维毡具有一定的生产可行性。

2)制备得到的纤维毡产品是由单一的三聚氰胺纤维组成，其纤维的相关特殊性能可在产品中充分发挥出来，因此，其产品具有相当好的阻燃性能。

3)三聚氰胺纤维毡的透气性好，纤维定量增加使透气性降低，但有利于改善透气性的均匀性；其强力较低，纤维自身无结合力，仅依靠化学粘合剂的作用使纤维相互黏结。

4)三聚氰胺纤维毡无续燃与阴燃，炭化程度适宜，阻燃性好；通过与聚酰亚胺、芳纶纤维毡进行阻燃性能对比，直观地反映三聚氰胺纤维毡优良的阻燃性能。

FZXB

[1] 倪可，任忠海，杜文琴. 三聚氰胺纤维的阻燃性能及开发应用[J].化纤与纺织技术,2015(3):28-32.

NI Ke,REN Zhonghai,DU Wenqin.Flame retardant property and application of melamine fiber[J].Chemical Fiber & Textile Technology,2015(3):28-32.

[2] 汪家铭.蜜胺纤维发展概况与应用前景[J]. 高科技纤维与应用,2008(5):35-41.

WANG Jiaming.Development survey and application prospect of melamine fiber[J].Hi-Tech Fiber & Application,2008(5):35-41.

[3] MAITY S, SINGHA K，夏于旻. 三聚氰胺纤维的合成、性能和应用[J]. 国际纺织导报，2013(6)：4-8.

MAITY S, SINGHA K, XIA Yumin. Melamine fiber-synthesis, features and applications[J]. Melliand China, 2013(6): 4-8.

[4] 杭祖圣，居法银，应三九，等.三聚氰胺纤维的制备、改性及应用研究进展[J].材料导报,2009(9):37-40.

HANG Zusheng, JU Fayin,YING Sanjiu,et al.Advances in research on preparation, modification and application of melamine fiber[J].Materials Review,2009(9):37-40.

[5] ALAN C Handermann. 应用于高温气体过滤的Basofil过滤材料[J]. 产业用纺织品，2001(5)：10-15.

ALAN C Handermann. Basofil fibre enhanced filter media in high temperature air filtration[J].Technical Textiles, 2001(5): 10-15.

[6] 汪家铭.三聚氰胺延伸产品：蜜胺纤维的开发与应用[J].川化,2009(1):1-5.

WANG Jiaming.Melamine products：development and application of melamine fiber[J].Chuanhua,2009(1):1-5.

[7] 梁晓菲，龙柱. 浅谈湿法非织造技术[J].华东纸业，2014(6):34-38.

LIANG Xiaofei,LONG Zhu.A brief talk on wet-laid nonwoven technology[J].Coating Technology and Special Paper,2014(6):34-38.

[8] 胡志斌，谢来苏. PEO特性及其在造纸中的应用[J].天津造纸，2000(1):31-34.

HU Zhibin,XIE Laisu.Characteristics of PEO and application in papermaking[J].Tianjin Paper Making,2000(1):31-34.

[9] 许安民. 浅析造纸机制湿法非织造布[J].产业用纺织品，2003(1):15-16.

XU Anmin.Paper making machine for producing wet-laid nonwovens[J].Technical Textiles,2003(1):15-16.

Preparationandperformanceofmelaminefiberfelt

ZHANG Si1，2， WU Min1，2
(1.KeyLaboratoryofEco-Textile(JiangnanUniversity),MinistryofEducation,Wuxi,Jiangsu214122,China; 2.CollegeofTextilesandGarment,JiangnanUniversity,Wuxi,Jiangsu214122,China)

Aiming at the problem of less research on the application of melamine fiber, according to the performance characteristics of melamine fibers, the product of melamine fibers was designed and developed after learning its related properties. The wet laying mode was chosen, and the design of melamine fiber felt and its sample preparation were carried out. Then, three kinds of fiber felt with different quantities were designed. Polyethylene oxide, styrene-butadiene latex and cationic polyacrylamide were selected as dispersant, binder and retention aid. Results show that the melamine fiber has good dispersivity in water and good forming uniformity of fiber felt. And the preparation process is also simple. By comparison, it can be found that the larger quantity of fiber felt, the better the forming effect. The air permeability, flame retardancy and strength of the product were also tested. The results show that the melamine fiber felt has good air permeability, and its flame retardant is close to that of aramid fiber and polyimide, but its strength is low.

melamine fiber felt; preparation process; flame retardancy; air permeability

10.13475/j.fzxb.20161200704

TS 102.5

A

2016-12-05

2017-02-23

中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(JUSRP51723B)；政策引导类计划(产学研合作)—前瞻性联合研究项目(BY2015019-12)

张思(1994—)，女，硕士生。主要研究方向为高性能纤维的应用。吴敏，通信作者，E-mail: xycwxdq@sina.com。