基于PBO纤维阻燃耐磨面料的开发与性能研究

作     者：李俊龙 

作者单位：东华大学 

学位级别：硕士

导师姓名：赵涛;郑建范

授予年度：2022年

学科分类：0821[工学-纺织科学与工程] 08[工学] 082103[工学-纺织化学与染整工程] 

主      题：PBO纤维 织造 水性聚氨酯 涂层整理 阻燃 耐磨 

摘      要：PBO纤维具有超高强度、超高模量、超高耐热性和超耐火性的特点。但PBO纤维之间缺乏抱和力,纱线受外力会产生抽丝移位和横向磨损现象,需要经过整理来解决这一问题。本课题首先制备了高性能PBO纤维面料,再通过阻燃耐磨涂层整理开发出一种具有超强阻燃耐磨面料,并对面料的相关性能进行了研究。本文首先对PBO纤维面料进行了设计和织造,通过单纤维强力对比、表观形貌分析及燃烧性能测试,选择东洋纺1000D PBO纤维长丝进行面料织造。得到面料规格为经密220根/10cm、纬密为115根/10cm、2/1斜纹织物,面料的极限氧指数可以达到73.8%、耐磨次数158r、磨损终点质量损失率为1.51%,得到的PBO面料虽然阻燃性优异,但耐磨性还需提高。其次是对面料进行了涂层整理,选用的涂层整理剂要求具有优良的阻燃和耐磨性。通过对各种涂层树脂和阻燃剂的相容性分析及各涂层树脂耐磨性对比,以及燃烧性能和热重分析,最终选择水性聚氨酯AH-1704-1和阻燃剂XFR-PES以10:3的质量比进行复配作为阻燃耐磨涂层整理剂,测得的涂层膜LOI值可以达到28.4%,但燃烧过程中会有熔融滴落,为解决这一问题,再向其中加入30%ATH,此时的涂膜及涂层织物的各项性能较好,涂层膜的LOI值为37.7%,经涂层整理后的PBO面料的耐磨次数可以达到2993r。以Ti B微粒作为耐磨填料加入到树脂乳液中,涂层整理过程中,乳液需要保持适当的粘度,涂层乳液的粘度不仅影响耐磨填料Ti B的稳定性,更影响涂层胶的使用性,而乳液粘度的改变通过加入增稠剂来调节。通过相关性实验,最终确定增稠剂添加量为水性聚氨酯乳液的0.3%。涂层乳液中加入3%的Ti B微粒后整理在织物表面,对比棉、涤纶和PBO纤维织物的阻燃耐磨性,PBO织物最为优异。PBO织物的面料极限氧指数为73.7%、耐磨次数提高到了11450r,显著优于涤纶、棉等常规织物,体现了PBO纤维的优越性能。但是其质量损失却升高至9.23%。通过向水性聚氨酯乳液中添加环氧树脂E51来改变涂膜的附着力,通过耐磨性和涂膜附着力测试证明E51的加入对于提升涂层膜的粘附性是有效的;又经过三因素三变量实验分析涂膜厚度、焙烘温度和焙烘时间对于面料耐磨性的影响,最终得到了涂层整理的最佳工艺。当环氧树脂含量为7%、涂膜厚度200μm、80℃烘干、140℃焙烘1min时,得到的PBO涂层织物的耐磨性最好。此时的涂层面料接触角达到127.8°,耐磨次数为15350r,质量损失降低至4.95%。