CN105887271A - 一种基于聚醚醚酮纤维复丝的耐高温阻燃织物及其制备方法 - Google Patents

一种基于聚醚醚酮纤维复丝的耐高温阻燃织物及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种基于聚醚醚酮纤维复丝的耐高温阻燃织物及其制备方法，属于阻燃织物技术领域。是将聚醚醚酮纤维复丝作为经线和纬线进行上浆处理，上浆剂为聚乙烯醇和淀粉加水煮沸的混合浆液，其中聚乙烯醇和淀粉的质量比为0.5～2：9，上浆后室温下晾晒1～3小时，然后进行上机织造，经线密度和纬线密度为32～36根/cm，从而得到克重在110g/m2～240g/m2的聚醚醚酮纤维复丝织物；再将得到的聚醚醚酮纤维复丝织物置于浓度为2～4mol/L的氢氧化钠溶液中，煮沸20～50分钟取出后烘干，然后再用石油醚超声清洗20～50分钟，烘干后冷却至室温，从而得到本发明所述的基于聚醚醚酮(PEEK)复丝的耐高温阻燃织物，其厚度在0.9mm～2.00mm之间。

Description

一种基于聚醚醚酮纤维复丝的耐高温阻燃织物及其制备方法
技术领域
本发明属于阻燃织物技术领域，具体涉及一种基于聚醚醚酮纤维复丝的耐高温阻燃织物及其制备方法。
背景技术
聚醚醚酮(Polyether ether ketone)(PEEK)是聚芳醚酮类聚合物中性能最为优异的一个品种，是继氟塑料之后的又一性能出色的热塑树脂。它具有优异的机械性能，耐高温、耐腐蚀、阻燃、耐辐照、电绝缘性高、产品尺寸稳定等优良性能。在航天、航空、核能、信息、通讯、电子电器、石油化工、机械制造、汽车等领域中得到了成功的应用。聚醚醚酮具有优良的耐热性能，优秀的机械性能，出色的耐磨性能，良好的尺寸稳定性，优良的阻燃性能，优异的耐溶剂性能，出众的绝缘性能和极佳的耐辐照性，因此聚醚醚酮纯纺织物具有聚醚醚酮纤维的以上优异的性能，具有阻燃性，经过极限氧指数测定，其极限氧指数在32以上，属于难燃织物，具有自熄性，耐磨性，耐腐蚀。因此开发聚醚醚酮纤维织物以满足市场对于这种高性能纤维织物的需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于聚醚醚酮纤维复丝的耐高温阻燃织物及其制备方法。
本发明所述耐高温阻燃织物的经线和纬线均是利用聚醚醚酮(PEEK)复丝进行织造，织造得到的织物继承了PEEK纤维优异的耐高温、阻燃性能，同时具备优良的特种作业性能，如可以在高温环境下作业，用于消防服装的表层，可以防爆燃，具有阻燃性，燃烧过后会变成灰烬，不会形成融滴造成二次伤害，是各项性能均非常优异的耐高温阻燃织物。
本发明所述的一种基于聚醚醚酮纤维复丝的耐高温阻燃织物的制备方法，其制备步骤如下：
(1)本发明选用常州创赢新材料科技有限公司生产的聚醚醚酮纤维复丝，其公司是目前国内唯一可以自主生产PEEK纤维的公司，产品主要包括PEEK单丝和PEEK复丝，下表为该公司纤维类产品参数。
表1：常州创赢新材料科技有限公司生产的聚醚醚酮纤维复丝性能指标
产品名称 型号(dtex/f) 断裂强度(CN/dtex) 断裂伸长率(％)
PEEK复丝 194D/36F 4.1CN/dtex 58.57
PEEK复丝 230D/36F 3.12CN/dtex 41.59
PEEK复丝 270D/36F 3.207CN/dtex 42.75
PEEK复丝 144D/36F 12.319CN/dtex 14.52
制备聚醚醚酮纤维复丝织物：将聚醚醚酮纤维复丝作为经线和纬线进行上浆处理，上浆剂为聚乙烯醇和淀粉加水煮沸的混合浆液，其中聚乙烯醇和淀粉的质量比为0.5～2：9，选用淀粉的原因是本发明选用的PEEK纤维复丝每根里由36根直径更细的纤维构成，因此会容易分叉，所以淀粉的作用是起到粘合剂的作用。聚乙烯醇的作用是起到润滑的作用，使得织造过程中机器与纤维之间的摩擦力变小，防止织造过程中出现断裂的情况；上浆后室温下晾晒1～3小时，然后进行上机织造，经线密度和纬线密度为32～36根/cm(这样可以使得织物更加致密，同时不会产生松散的情况)，从而得到克重在110g/m2～240g/m2(因工艺不同，组织结构不同，选用纤维规格不同)的聚醚醚酮纤维复丝织物；
(2)将步骤(1)织造好的织物进行上浆液清洗：首先将步骤(1)得到的聚醚醚酮纤维复丝织物置于浓度为2～4mol/L的氢氧化钠溶液中，煮沸20～50分钟取出后烘干，然后再用石油醚超声清洗20～50分钟，烘干后冷却至室温，从而得到本发明所述的基于聚醚醚酮(PEEK)复丝的耐高温阻燃织物，其厚度在0.9mm～2.00mm之间。
具体实施方式
实施例1
(1)选用常州创赢新材料有限公司生产的聚醚醚酮纤维复丝(型号：194D/36F)，将聚醚醚酮纤维复丝作为经线和纬线进行上浆处理，上浆剂为聚乙烯醇和淀粉加水煮沸的混合浆液，聚乙烯醇和淀粉质量比为1：9。上浆后室温下晾晒2小时，然后进行上机织造，经线密度和纬线密度为36根/cm，从而得到克重110g/m2聚醚醚酮纤维复丝平纹织物；采用上海双九实业有限公司生产的樱牌全自动箭杆小样织机进行织造，机器参数如表2所示：
表2：全自动箭杆小样织机参数
(2)将步骤(1)织造好的平纹织物进行上浆液清洗：首先采用3mol/L氢氧化钠溶液煮沸30分钟后烘干，然后用石油醚超声清洗30分钟，烘干后冷却至室温，从而得到本发明所述的使用聚醚醚酮(PEEK)复丝进行织造得到的新型耐高温阻燃织物，厚度0.9mm。
(3)将得进行极限氧指数测试、断裂伸长率测试和耐磨性能测试。
极限氧指数测试按照国家标准GB/T2406规定的测试方法，选择南京炯雷仪器生产的JF—3型极限氧指数测定仪进行测定，其基本参数如下：采用进口氧传感器，数字显示氧气浓度：范围0～100％，分辨率：±0.1％，测量精度：0.5级，响应时间：＜10S，燃烧筒内径：≥75㎜，燃烧筒内气体流速：40mm±10mm/s，工作压力：0.1Mpa，氧气/氮气混合气体入口：包括稳压阀，流量调节阀，气体过滤混合室，试样夹可用于软质和硬质塑料，丙烷(丁烷)点火系统，火焰长度5mm～60mm可自由调节，气体：工业级氧气/氮气。
首先对仪器进行校正，确定氧传感器是否过期，确定没有过期后进行试验。按照国家标准GB/T2406规定，本发明制备得到的耐高温阻燃织物属于非自撑材料，因此剪取长和宽140mm×52mm，厚度由于单个织物比较薄，因此采用卷筒法测定LOI值，参照标准集团(香港)有限公司给出的资料，将4层织物卷筒形成一个直径2mm筒条，在任意一端50mm处划线，将另外一端插入燃烧柱内式样夹进行试验，进行15次试验，以能够支持燃烧50mm长度的最低氧气浓度即为该种材料的极限氧指数。表3为15次试验所测极限氧指数数值。
表3：极限氧指数测试数据
实验次数 1 2 3 4 5 6 7 8
极限氧指数数值％ 30 30.5 31 31.5 32 32.5 33 32.8
实验次数 9 10 11 12 13 14 15
极限氧指数数值％ 32.6 32.4 32.5 32.4 32.5 32.6 32.8
经过试验证明该种织物的极限氧指数在32～33之间，属于难燃织物。
断裂伸长率测试和断裂强力测试均采用大荣纺织仪器YG(B)026H型电子织物强力机进行测试，采用等速伸长原理，对本发明制备的耐高温阻燃织物经向和纬向断裂强力和断裂伸长率进行测定。经向5个规格为100mm×50mm样条进行等速拉伸测试，纬线5个规格为100mm×50mm样条进行等速拉伸测试，分别取其平均值。经向五次拉伸测试实验之后PEEK平纹织物的经向断裂伸长率在10％～20％之间，平均值为17.65％，断裂强力在800N～900N之间，平均值为857.68N。纬向断裂伸长率在10％～20％之间，平均值为16.84％，断裂强力在800N～900N之间，平均值为835.89N，均达到同类产品较高水平。如表4、表5所示。
表4：经向断裂伸长率，断裂强力
序号 断裂强力 断裂强度 断裂伸长 断裂伸长率
单位＝> N N/mm mm ％
1 826.45 16.57 17.21 16.41
2 836.45 16.71 17.35 16.49
3 867.45 17.21 17.98 16.78
4 878.15 17.25 18.05 17.01
5 879.89 17.98 18.21 17.04
最大值 879.89 17.12 18.21 17.04
最小值 826.45 16.57 17.21 16.41
平均值 857.68 17.98 17.76 16.75
表5：纬向断裂伸长率，断裂强度
序号 断裂强力 断裂强度 断裂伸长 断裂伸长率
单位＝> N N/mm mm ％
1 827.81 16.97 14.21 16.58
2 810.60 16.58 14.01 16.35
3 862.57 18.25 16.25 17.32
4 832.20 17.02 14.89 16.98
5 846.25 17.23 15.56 17.01
最大值 862.57 17.23 16.25 17.32
最小值 810.60 16.58 14.01 16.58
总平均 835.89 17.21 14.98 16.84
耐磨性能测试采用温州大荣公司生产的YG(B)401T型马丁代尔耐磨仪，按照测试标准GB/T13775进行测试，其原理是在圆形织物表面给予一定压力，与标准李如莎曲线的运动轨迹进行互相摩擦试验，导致式样损坏，以式样破损的耐磨次数表示织物的耐磨性能。根据材料性质选择加的重锤质量为395±2g进行摩擦试验，试样大小为直径150mm的圆形织物，覆盖在耐磨仪表面进行摩擦测试。经过3万次摩擦，本发明制备的耐高温阻燃织物仍然能保持良好的外观，没有出现磨损现象。
本发明与现有耐高温阻燃织物相比具有如下有益效果：
本发明所述织物是由聚醚醚酮纤维复丝织造而成，继承聚醚醚酮纤维优异的阻燃性，耐磨性，断裂强度高，具有自熄性的特点，国产芳纶的极限氧指数在28左右，NOMAXIII进口面料的极限氧指数为35，但是经过了阻燃处理，而且是阻燃纤维和芳纶混纺而成，聚醚醚酮织物自身的极限氧指数达到了32～33之间，而且对于单位面积重量，聚醚醚酮织物相比同类织物更加轻薄，因此聚醚醚酮织物相比较而言是一种更为优秀的耐高温阻燃织物。
实施例2
(1)选用常州创赢新材料有限公司生产的聚醚醚酮纤维复丝(型号：230D/36F)，将聚醚醚酮纤维复丝作为经线和纬线进行上浆处理，上浆剂为聚乙烯醇和淀粉加水煮沸的混合浆液，聚乙烯醇和淀粉质量比为0.5：9。上浆后室温下晾晒1小时，然后进行上机织造，经线密度和纬线密度为32根/cm，从而得到克重180g/m2聚醚醚酮纤维复丝平纹织物；采用全自动箭杆小样织机进行织造；
(2)将步骤(1)织造好的平纹织物进行上浆液清洗：首先采用2mol/L氢氧化钠溶液煮沸20分钟后烘干，然后用石油醚超声清洗20分钟，烘干后冷却至室温，从而得到本发明所述的使用聚醚醚酮(PEEK)复丝进行织造得到的新型耐高温阻燃织物，厚度1.1mm。
(3)本例与实施例1相比，所用复丝230D，因此织物的厚度，克重均大于实施例1，断裂强力大于实施例1中所述PEEK平纹织物，断裂伸长率略高于实施例1中所述平纹织物。
实施例3
(1)选用常州创赢新材料有限公司生产的聚醚醚酮纤维复丝(型号：144D/36F)，将聚醚醚酮纤维复丝作为经线和纬线进行上浆处理，上浆剂为聚乙烯醇和淀粉加水煮沸的混合浆液，聚乙烯醇和淀粉质量比为2：9。上浆后室温下晾晒1小时，然后进行上机织造，经线密度和纬线密度为34根/cm，从而得到克重150g/m2聚醚醚酮纤维复丝平纹织物；采用全自动箭杆小样织机进行织造；
(2)将步骤(1)织造好的平纹织物进行上浆液清洗：首先采用4mol/L氢氧化钠溶液煮沸40分钟后烘干，然后用石油醚超声清洗40分钟，烘干后冷却至室温，从而得到本发明所述的使用聚醚醚酮(PEEK)复丝进行织造得到的新型耐高温阻燃织物，厚度1.0mm。
(3)本例中织物由于所用复丝型号略小于实施例1所述织物，因此本例中织物厚度和克重均小于实施例1，断裂强力和断裂伸长率与实施例1中织物相比较小。
实施例4
(1)选用常州创赢新材料有限公司生产的聚醚醚酮纤维复丝(型号：270D/36F)，将聚醚醚酮纤维复丝作为经线和纬线进行上浆处理，上浆剂为聚乙烯醇和淀粉加水煮沸的混合浆液，聚乙烯醇和淀粉质量比为2：9。上浆后室温下晾晒1小时，然后进行上机织造，经线密度和纬线密度为34根/cm，从而得到克重200g/m2聚醚醚酮纤维复丝平纹织物；采用全自动箭杆小样织机进行织造；
(2)将步骤(1)织造好的平纹织物进行上浆液清洗：首先采用3mol/L氢氧化钠溶液煮沸50分钟后烘干，然后用石油醚超声清洗50分钟，烘干后冷却至室温，从而得到本发明所述的使用聚醚醚酮(PEEK)复丝进行织造得到的新型耐高温阻燃织物，厚度1.3mm。
(3)本例中所述织物是选用270D聚醚醚酮纤维复丝织造，因此断裂强力大于实施例1中织物，厚度和克重也大于实施例1中织物，断裂伸长率与实施例1所述织物差不多。
实施例5
(1)选用常州创赢新材料有限公司生产的聚醚醚酮纤维复丝(型号：144D/36F)，将聚醚醚酮纤维复丝作为经线和纬线进行上浆处理，上浆剂为聚乙烯醇和淀粉加水煮沸的混合浆液，聚乙烯醇和淀粉质量比为0.5：9。上浆后室温下晾晒1小时，然后进行上机织造，经线密度和纬线密度为33根/cm，从而得到克重160g/m2聚醚醚酮纤维复丝斜纹织物；采用全自动箭杆小样织机进行织造；
(2)将步骤(1)织造好的平纹织物进行上浆液清洗：首先采用3mol/L氢氧化钠溶液煮沸50分钟后烘干，然后用石油醚超声清洗50分钟，烘干后冷却至室温，从而得到本发明所述的使用聚醚醚酮(PEEK)复丝进行织造得到的新型耐高温阻燃织物，厚度1.0mm。
(3)本例中所述织物为聚醚醚酮纤维复丝织物，复丝织物与实施例1中平纹织物相比克重高，断裂强力略低于平纹织物，断裂伸长率略高于实施例1中织物。
实施例6
(1)选用常州创赢新材料有限公司生产的聚醚醚酮纤维复丝(型号：270D/36F)，将聚醚醚酮纤维复丝作为经线和纬线进行上浆处理，上浆剂为聚乙烯醇和淀粉加水煮沸的混合浆液，聚乙烯醇和淀粉质量比为0.5：9。上浆后室温下晾晒1小时，然后进行上机织造，经线密度和纬线密度为33根/cm，从而得到克重240g/m2聚醚醚酮纤维复丝加强斜纹织物；采用全自动箭杆小样织机进行织造；
(2)将步骤(1)织造好的平纹织物进行上浆液清洗：首先采用2mol/L氢氧化钠溶液煮沸50分钟后烘干，然后用石油醚超声清洗50分钟，烘干后冷却至室温，从而得到本发明所述的使用聚醚醚酮(PEEK)复丝进行织造得到的新型耐高温阻燃织物，厚度2.0mm。
(3)本实验所述织物为斜纹加强织物，因此断裂强力高与实施例1所述织物，断裂伸长率略高于实施例1中织物，克重高于实施例1中织物，厚度高于实施例1中织物。

Claims (3)

1.一种基于聚醚醚酮纤维复丝的耐高温阻燃织物的制备方法，其制备步骤如下：
(1)制备聚醚醚酮纤维复丝织物：将聚醚醚酮纤维复丝作为经线和纬线进行上浆处理，上浆剂为聚乙烯醇和淀粉加水煮沸的混合浆液，其中聚乙烯醇和淀粉的质量比为0.5～2：9；上浆后室温下晾晒1～3小时，然后进行上机织造，经线密度和纬线密度为32～36根/cm，从而得到克重在110g/m2～240g/m2的聚醚醚酮纤维复丝织物；
(2)将步骤(1)织造好的聚醚醚酮纤维复丝织物进行上浆液清洗：首先将步骤(1)得到的聚醚醚酮纤维复丝织物置于浓度为2～4mol/L的氢氧化钠溶液中，煮沸20～50分钟取出后烘干，然后再用石油醚超声清洗20～50分钟，烘干后冷却至室温，从而得到基于聚醚醚酮纤维复丝的耐高温阻燃织物，其厚度在0.9mm～2.00mm之间。
2.如权利要求1所述的一种基于聚醚醚酮纤维复丝的耐高温阻燃织物的制备方法，其特征在于：聚醚醚酮纤维复丝为常州创赢新材料科技有限公司生产。
3.一种基于聚醚醚酮纤维复丝的耐高温阻燃织物，其特征在于：是由权利要求1或2所述的方法制备得到。
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