阻燃改性麻/棉非织造复合材料的研究

瞿菁霞++++李山珊

摘要

本研究以经过硅烷偶联剂和粘合剂整理的氢氧化镁为阻燃剂，采用浸渍整理工艺，制备阻燃麻/棉非织造复合材料。通过研究阻燃剂的浓度，粘合剂的体积分数、浸渍时间以及焙烘温度，探讨各工艺参数对阻燃性能的影响。结果表明：经过阻燃剂整理的复合材料阻燃性能提高，且在中频段吸声性能更好，同时拉伸断裂强力增加。

关键词：氢氧化镁；麻/棉非织造复合材料；阻燃整理；阻燃性能

1 引言

棉、麻纤维作为天然纤维具有得天独厚的优势，来源广泛，可降解回收，天然环保。棉纤维吸湿、隔热耐热、透气性能好；麻纤维强度高、耐磨性能好。因此天然纤维复合材料在交通运输、家用及公共场所的装饰领域的运用越来越广泛[1]。

阻燃纺织品主要包括阻燃纤维和后整理。目前常用方法是阻燃后整理，工艺简单、生产效率高。无机阻燃剂氢氧化镁具有特殊的层状结构及组成，低表面能、优异的触变性。受热分解释放水，吸收燃烧过程热量，降低温度，并稀释可燃气体，同时分解后的氧化镁附着在纺织品表面，抑烟、阻燃、不易挥发、安全无毒、成本低，成为目前阻燃剂中常用的一类[2-4]。氢氧化镁使用时填充量大，这对材料的力学性能、加工性能影响较大[5]。

本文利用硅烷偶联剂对氢氧化镁进行表面改性，添加粘合剂以提高氢氧化镁在复合材料上的附着率。将麻/棉针刺复合材料浸渍在配好的阻燃液中压轧、焙烘。通过研究阻燃整理各工艺参数对复合材料阻燃性能的影响，进行优化，并进行阻燃测试、吸声测试、力学性能测试，并与处理前对比，研究阻燃剂对复合材料的各项性能影响。

2 试验部分

2.1 试验材料和仪器

材料：纳米级氢氧化镁MH（合肥中科阻燃新材料有限公司）；工业级聚磷酸铵APP（济南泰星精细化工有限公司）；工业级乙酸乙烯酯乙烯共聚物乳液VAE（上海影佳实业发展有限公司）；工业级硅烷偶联剂A-172（广州典木复合材料经营部）

仪器：ACS030M/C-D电子计数天平；AL-204电子分析天平；LLY-07复合材料阻燃性能测试仪；PBI横式压染机；R3自动定型烘干机；SW-463材料吸隔声测试系统；WDW-T200微机控制电子万能试验机。

2.2 制备工艺流程

原料准备→混合开松（FZK500开松机）→梳理成网（FZSCDZ1050-850梳理机）→交叉铺网（FZP-1000网机）→针刺加固（FZZ-Ⅰ-1000预针刺机；FZZ-Ⅱ-1000主针刺机）→阻燃后整理。

2.3 阻燃性能测试

一般纺织品阻燃性能测试方法为垂直燃烧法，在规定的燃烧时间内，通过复合材料的燃烧状态，考核续燃时间、阴燃时间、损毁长度等指标来综合评价复合材料阻燃性能。测试时先设定点火器的点燃时间，再将试样放入试样夹中垂直挂于燃烧箱内，关闭箱门。点着点火器待火焰高度达到规定值并稳定后，使点火器移动到试样正下方，点燃试样12s后，点火器恢复原位，用续燃时间计和阴燃时间计计量续燃时间和阴燃时间[6]。

3 结果分析

3.1 氢氧化镁的浓度对复合材料阻燃性能的影响

配制不同氢氧化镁浓度分别为100g/L、200g/L、300g/L和400g/L。偶联剂固定为阻燃剂的1%，粘合剂体积分数不变，为总溶液体积的25%，将复合材料放在溶液中浸泡，浸泡时间30min，压轧、焙烘：预烘10min，焙烘5min，焙烘温度150℃。

在阻燃性能测试中，阻燃整理液浓度为100g/L的复合材料，基本没有阻燃性能。其他浓度的阻燃剂，测得续燃时间如图1所示。

由图1可得，随着浓度的提高，复合材料的续燃时间逐渐减少，阻燃性能逐渐提高。但浓度300g/L的和浓度400g/L的续燃时间相差很小，两个试样几乎没有续燃时间，又考虑到氢氧化镁的添加量越大对复合材料的力学性能影响越大以及成本的节约，所以选择氢氧化镁阻燃剂的最佳参数是浓度为300g/L。

3.2 浸渍时间对复合材料阻燃性能的影响

以浸渍时间为变量，氢氧化镁浓度300g/L，偶联剂为阻燃剂质量的1%，粘合剂为总溶液体积的25%。将复合材料放在溶液中浸泡，浸泡时间设定为20min、30min、40min、50min，压轧、焙烘：预烘10min，焙烘5min，焙烘温度150℃。

在阻燃性能测试中，在浓度为300g/L的情况下，所有的试样都几乎没有续燃时间，测试其阴燃时间，如图2。

图2显示，随着浸渍时间的延长，试样的阴燃时间逐渐减少，但浸渍时间过长，对复合材料的阻燃效果并没有帮助，图中40min的浸渍中复合材料的阴燃时间最短，所以选择浸渍时间40min作为最佳参数。

3.3 焙烘温度对复合材料阻燃性能的影响

以焙烘温度为变量，氢氧化镁浓度300g/L，偶联剂为阻燃剂质量的1%，粘合剂体积为总溶液体积的25%。之后将复合材料放在溶液中浸泡，浸泡时间40min，压轧、焙烘，先预烘10min，再焙烘5min，焙烘温度改变设定为140℃、150℃、160℃、170℃。本次试验依旧选取燃时间作为标准，见图3。

从图3可知，随着焙烘温度的增加，试样的阴燃时间减少，但焙烘温度过大，复合材料的阴燃时间反而有所增加。如图所示当焙烘温度为160℃时，复合材料的阴燃时间最小，阻燃性能最好。因此选取焙烘温度160℃作为最佳参数。

3.4 粘合剂体积分数对复合材料阻燃性能的影响

以粘合剂（即乙酸乙烯酯乙烯共聚物乳液）的体积分数为变量，分别为20%、25%、30%、35%。氢氧化镁浓度300g/L，偶联剂为阻燃剂质量的1%。之后将复合材料放在溶液中浸泡，浸泡时间40min，压轧、焙烘，先预烘10min，再焙烘5min，焙烘温度150℃。在本轮阻燃性能测试中，以阴燃时间作为标准，见图4。

从图中4可知随着粘合剂体积分数的增加，阴燃时间逐渐减少，但粘合剂体积分数过大，反而会降低复合材料的阻燃性能。当粘合剂体积分数为30%时，复合材料的阻燃性能最好，選择粘合剂体积分数为30%作为最佳参数。

4 结论

通过研究阻燃剂的浓度、粘合剂的体积分数、浸渍时间以及焙烘温度，探讨各工艺参数对阻燃改性麻/棉非织造复合材料阻燃性能的影响，得出以下结论：

（1）无机阻燃剂氢氧化镁能有效地提高麻/棉非织造复合材料的阻燃性能，使其阻燃。

（2）复合材料最佳阻燃性能的参数是阻燃剂浓度为300g/L，粘合剂的体积分数为30%，浸渍时间为40min，焙烘温度为160℃。

（3）与未处理的试样相比，经过阻燃剂处理的复合材料的力学性能有了很大改变，断裂强力显著增加，断裂伸长略有减少。

参考文献：

[1]刘晓华.大麻纤维毡汽车内饰板基材阻燃性能的研究[D].安徽：安徽农业大学，2008.

[2]李佳佳.阻燃剂的分类及发展趋势[J].科技视界，2013（16）：67+149.

[3]崔小明，陈天舒.阻燃剂氢氧化镁的研究和开发进展[J].塑料制造，2009（11）：71-73.

[4]P.R.Hornsby，C.L.Watson.A study of the mechanism of flame retardance and smoke suppression in polymers filled with magnesium hydroxide[J]. Polymer Degradation and Stability.1990.

[5]田雪梅.金属氢氧化物阻燃剂研究进展[J].塑料助剂，2011（6）：13-15.

[6]GB/T 5455—2014 纺织品 燃烧性能 垂直方向 [S].

（作者单位：南通市纤维所）endprint