CN108728924B - 一种无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维，是具有芯‑壳结构的同轴纳米纤维，所述壳层为尼龙66，所述芯层为无卤阻燃剂。本发明还公开了所述无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维的制备方法，包括：采用同轴静电纺丝装置，将尼龙66溶液注入同轴喷丝头的外层，将无卤阻燃剂分散液注入同轴喷丝头的内层，进行同轴静电纺丝，制得无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维。本发明所得到的纳米纤维呈现芯‑壳结构，且形貌均一，无卤阻燃剂在纳米纤维中分散均匀，不仅提高了所述纳米纤维的阻燃性能，而且还改善了所述纳米纤维的力学性能，此外还能保持尼龙66纤维自身的色泽，尤其克服了现有技术中阻燃剂析出、阻燃性差的问题。

Description

一种无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维及其制备方法
技术领域
本发明涉及新型阻燃材料技术领域。更具体地，涉及一种无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维及其制备方法。
背景技术
纯的聚合物纤维大多数具有易燃特性，成为引发火灾的安全隐患。因此，聚合物纤维的阻燃改性研究对其进一步的开发和应用具有重要意义。
目前，尼龙66纤维主要通过三种途径进行阻燃改性，包括：共混阻燃改性、共聚阻燃改性和纤维后处理。共混阻燃改性是将阻燃剂与尼龙66树脂共混，然后进行后续纺丝工艺；共聚阻燃改性是在聚酰胺聚合过程中引入含磷、卤素等具有阻燃活性的官能团，使其结合到聚酰胺分子链上；纤维后处理方法是通过表面涂覆等工艺使纤维具有阻燃效果。
但是，这些已发表的阻燃改性技术仍存在很多尚未解决的问题，如：共混阻燃改性存在阻燃剂与尼龙66基体相容性差、分散不均匀等问题，因而难以获得具有较高力学性能的纤维，并且阻燃剂在纺丝的加工和产品使用过程中容易析出，产品的阻燃性能也逐步降低；共聚阻燃改性方法步骤繁琐，且难以制备高分子量的阻燃尼龙66；纤维后处理方法工艺复杂，并且阻燃效果有限，耐久性差。这些问题极大限制了阻燃尼龙66纳米纤维的制备及其实际应用。
因此，本发明提出了一种具有优异的阻燃性能和良好的力学性能的无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维。本发明中的纳米纤维具有芯-壳结构，以尼龙66为壳层，以无卤阻燃剂为芯层，展现出了优异的阻燃性能和力学性能，解决了现有技术中阻燃剂析出、阻燃性差、力学性能下降的问题。
本发明的另一个目的在于提供一种无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维的制备方法。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维，是具有芯-壳结构的同轴纳米纤维，所述壳层为尼龙66，所述芯层为无卤阻燃剂。本发明技术人员在研究过程中发现，将尼龙66作为壳层时有助于制备无卤阻燃剂的纳米纤维，将无卤阻燃剂作为芯层，能够使无卤阻燃剂在尼龙66纤维中分布均匀，不仅能够增强尼龙66纤维的阻燃性能，而且还能提高尼龙66纤维的力学性能，同时还能保持尼龙66纤维自身的色泽；然而，无卤阻燃剂单独作为纺丝材料时，无法制备具有良好形貌的纳米纤维；或者将尼龙66与无卤阻燃剂直接混合，用于静电纺丝，制备的纳米纤维表面粗糙，无卤阻燃剂分布不均匀，并且纤维颜色变为黑色，不利于纤维的后续着色和使用。
根据本发明的优选实施方式，所述纳米纤维的平均直径为225～425nm；进一步地，在本发明的某些具体实施方式中，例如，所述纳米纤维的平均直径为225nm～400nm、225～350nm、225～325nm、225～300nm等；最优选地，所述纳米纤维的直径为225nm。本发明发现，纳米纤维的平均直径影响纳米纤维的阻燃性能和力学性能，平均直径越小，其阻燃性能和力学性能越好。
根据本发明的优选实施方式，按质量分数计，所述无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维由95.5～99wt％的尼龙66和1～4.5wt％无卤阻燃剂组成。本发明经大量实验证实，在本发明的质量分数范围制备得到的无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维具有优异的阻燃性能和力学性能，并且能够保持尼龙66纤维自身的色泽，超出该范围会导致纳米纤维的阻燃性能下降或者无法得到表面形貌优良的纳米纤维。
根据本发明的优选实施方式，所述无卤阻燃剂为红磷杂化的纳米石墨烯片，通过将纳米石墨和红磷按质量比1:2～4混合后球磨45～50小时制备得到。本发明发现，球磨能够将纳米石墨剥离得到纳米石墨烯片层，红磷在纳米石墨烯片层上均匀分散，并进一步与纳米石墨烯片杂化，制备红磷杂化的纳米石墨烯片。本发明采用红磷杂化的纳米石墨烯片，有利于提高无卤阻燃剂的阻燃效果，得到的产品具有增强的阻燃效果，并且燃烧过程中不会产生有毒、有害的物质，对人体和环境友好。
为达到上述第二个目的，本发明采用如下技术方案：
所述的无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维的制备方法，包括如下步骤：
1)制备尼龙66壳层溶液：将尼龙66溶于有机溶剂A中，加热搅拌至完全溶解，得到所述的尼龙66壳层溶液；
2)制备无卤阻燃剂芯层分散液：将无卤阻燃剂分散于有机溶剂B中，超声至完全分散，得到所述的无卤阻燃剂芯层分散液；
3)同轴静电纺丝：在无风环境下，将步骤1)所述尼龙66壳层溶液注入同轴喷丝头的外层，步骤2)所述无卤阻燃剂芯层分散液注入同轴喷丝头的内层，进行同轴静电纺丝，制备得到所述的无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维。为了保证所得到的无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维结构均一稳定，本发明在无风环境下进行同轴静电纺丝操作。
根据本发明的优选实施方式，步骤1)中所述有机溶剂A为甲酸与二氯甲烷的混合溶剂，所述甲酸和二氯甲烷的质量比为1.5～9:1。本发明技术人员在研究过程中发现，有机溶剂的选择对纳米纤维表面形貌和芯-壳结构的影响尤其明显。本发明发现只有甲酸能够很好的溶解尼龙66，但是，单独用甲酸作为溶剂得到的尼龙66溶液，在同轴静电纺丝过程中无法得到表面光滑且连续的纳米纤维；而向甲酸中加入适量的二氯甲烷，可以调节溶剂的介电常数，使之制备的尼龙66溶液适于同轴静电纺丝。当混合溶剂中二氯甲烷的量过多，使甲酸与二氯甲烷的质量比低于1.5:1时，无法得到良好溶解的尼龙66溶液。当尼龙66壳层溶液中的有机溶剂为甲酸与二氯甲烷的混合溶剂，并且所述甲酸和二氯甲烷的质量比为1.5～9:1时，对形成表面光滑的纳米纤维效果明显，并且有助于形成芯-壳结构，这是在同样的制备条件下选择其他有机溶剂等所无法带来的同等有益效果。
根据本发明的优选实施方式，步骤1)中所述加热温度为加热至40～45℃。本发明发现，在所述温度范围下，尼龙66的溶解效果好且不会破坏其本身的结构。
根据本发明的优选实施方式，步骤1)中所述尼龙66壳层溶液的质量分数为15～20wt％。本发明发现，尼龙66壳层溶液的质量分数影响纳米纤维的表面形貌和芯-壳结构，超出所述范围时，会导致制备的纳米纤维不连续或者不能纺丝。
根据本发明的优选实施方式，步骤1)中所述有机溶剂B为乙酸。本发明技术人员在研究过程中发现，有机溶剂的选择对纳米纤维芯-壳结构的影响尤其明显。当无卤阻燃剂芯层分散液中的有机溶剂为乙酸时，对形成芯-壳结构效果明显，这是在同样的制备条件下选择其他有机溶剂等所无法带来的同等有益效果。
根据本发明的优选实施方式，步骤2)中所述无卤阻燃剂芯层分散液的质量分数为2wt％。本发明发现，无卤阻燃剂芯层分散液的质量分数影响纳米纤维芯-壳结构及其阻燃效果，超出所述范围时，会导致纳米纤维无法形成良好的芯-壳结构。
根据本发明的优选实施方式，步骤3)中所述同轴静电纺丝的操作参数为：纺丝电压为24～30kV；喷丝头到收集板的距离为8～10cm；尼龙66壳层溶液的推进速度为0.5～2.0mL·h-1；无卤阻燃剂芯层分散液的推进速度为0.1～0.5mL·h-1；同轴喷丝头外针头内径为1.12～1.45mm；同轴喷丝头内针头内径为0.34～0.56mm。本发明发现，同轴静电纺丝的操作参数对纳米纤维的形貌和芯-壳结构的影响尤其明显。超出所述范围时，纳米纤维不能形成连续的丝状结构，或者无法得到芯-壳结构。通过静电纺丝法制备的无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维具有许多优势，如具有结构多样性、纤维尺寸均匀且容易控制、易于工业化制备等。本发明通过同轴静电纺丝法将尼龙66和无卤阻燃剂两种物质同时纺丝，将不能单独成丝的无卤阻燃剂作为芯层包裹在尼龙66中，不仅保证了芯层物质在尼龙66中的均匀分散，不仅增强了尼龙66纳米纤维的阻燃性质，还改善了纳米纤维力学性能，同时保持了尼龙66自身的色泽。
本发明利用同轴静电纺丝技术制备的具有芯-壳结构的聚合物纤维，将阻燃剂作为芯层，包裹在聚合物纤维中，赋予聚合物纤维阻燃性质，避免使用过程中阻燃剂析出；而且阻燃剂在纤维中均匀分散，起到增强聚合物纤维力学性能的作用。
此外，尼龙66纳米纤维阻燃性差、阻燃剂易析出，是本发明克服的首要技术问题。为了克服上述技术问题，本发明借助同轴静电纺丝等条件，制备了具有芯-壳结构的尼龙66纳米纤维，其中无卤阻燃剂作为芯层，在经过一系列精密而大量的调变后，保证了整个过程中成丝连续，制备的纳米纤维表面光滑、直径可控，并且具有芯-壳结构，最终实现了无卤阻燃剂在尼龙66中均匀分散，增强尼龙66的阻燃性能和力学性能；而且尼龙66将无卤阻燃剂包裹在芯层中，很大程度上阻止了无卤阻燃剂的析出，并且能够保持尼龙66自身的色泽。即本发明的技术方案为一个统一的整体，每个技术特征都不是线性独立的，不同技术特征之间会互相影响，因此本发明最终技术效果的实现，必须依赖于所有技术特征有机集成的一个不可拆分的整体，而不是若干技术特征的简单加和。
如无特殊说明，本发明所用原料均可通过市售商购获得，本发明所记载的任何范围包括端值以及端值之间的任何数值以及端值或者端值之间的任意数值所构成的任意子范围。
本发明的有益效果如下：
(1)本发明中无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维具有芯-壳结构，以尼龙66为壳，以无卤阻燃剂为芯，该纳米纤维具有优异的阻燃性能和力学性能，，而且能保持尼龙66纤维自身的色泽，克服了现有技术中阻燃剂析出、阻燃性差、力学性能下降的问题。
(2)本发明中无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维的制备方法简单、可控、易于规模化生产，通过对尼龙66壳层溶液和无卤阻燃剂芯层分散液进行同轴静电纺丝，制备得到无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维，无卤阻燃剂在尼龙66纤维中能均匀分散，且不易析出；改善该纳米纤维的阻燃性能，同时也增强了纳米纤维的力学性能。
(3)本发明实施例提供的无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维在衣物、地毯等民用纺织领域具有广泛的应用前景。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1示出本发明实施例1中制备无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维的过程示意图；其中，1-壳层溶液注射器，2-芯层溶液注射器，3-同轴喷丝头，4-收集板，5-无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维。
图2示出本发明实施例1中无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维的扫描电镜图；
图3示出本发明实施例1中无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维的透射电镜图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
本发明实施例使用的尼龙66牌号为P50FI natural，来自Nilit AmericaCorporation。
本发明实施例使用的无卤阻燃剂采用通过将纳米石墨和红磷按质量比1：2～4混合后球磨48小时制备得到的红磷杂化的纳米石墨烯片。
如图1所示，本发明实施例中的同轴静电纺丝过程为在无风环境下，壳层溶液和芯层溶液分别经壳层溶液注射器1和芯层溶液注射器2进行推注，然后在同轴喷丝头3处形成纤维射流，并由收集板4(优选铝箔)进行收集，最终得到无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维5。
实施例1
一种无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维的制备，步骤如下：
1)将2.0g的尼龙66溶于8.0g有机溶剂A中，45℃下搅拌至完全溶解，得到质量分数为20wt％的尼龙66壳层溶液；其中有机溶剂A为甲酸与二氯甲烷按照质量比1.5:1混合得到的溶剂；
2)将100mg无卤阻燃剂分散于5mL乙酸中，超声至完全分散，得到质量分数为2wt％的无卤阻燃剂芯层分散液；
3)如图1所示，在无风环境下，采用壳层溶液注射器1将尼龙66壳层溶液注入同轴喷丝头的外层，采用芯层溶液注射器2将无卤阻燃剂芯层分散液注入同轴喷丝头的内层，进行同轴静电纺丝，同轴静电纺丝的操作参数为：高压电源6提供纺丝电压为30kV；同轴喷丝头3到收集板4的距离为8cm；尼龙66壳层溶液的推进速度为2.0mL·h-1；无卤阻燃剂芯层分散液的推进速度为0.5mL·h-1；同轴喷丝头3外针头内径为1.45mm；同轴喷丝头3内针头内径为0.56mm；制备得到无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维5，结果如图2和图3所示。
对制备的无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维的拉伸性能进行测试，测试样品尺寸为6.0cm×0.8cm×50μm。利用微型量热仪测试样品的阻燃性能。测得的结果列于表1中。
所制备的无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维的平均直径为425nm。
表1 无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维的性能测试结果
Figure BDA0001270355000000061
从表1可以得知，对比例1不含有无卤阻燃剂，具有最高的总热释放速率，意味着对比例1的阻燃效果最差；而通过同轴静电纺丝并将无卤阻燃剂用于芯层材料后，随着实施例1,2和3中的阻燃剂含量越来越高，纳米纤维的总热释放速率逐渐降低，表明无卤阻燃剂能够有效增强尼龙66的阻燃性能，并且无卤阻燃剂含量越多，制备的纳米纤维的阻燃性能越好；此外，对比例1的拉伸强度较低，而加入无卤阻燃剂作为芯层后，实施例1，2和3的力学性能也得到提高，并且无卤阻燃剂含量越高，制备的纳米纤维的力学性能也越好。
实施例2
一种无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维的制备，步骤同实施例1，不同之处仅在于：
步骤1)中将1.75g的尼龙66溶于8.25g有机溶剂A中，45℃搅拌至完全溶解，得到质量分数为17.5wt％的尼龙66壳层溶液；
最终制备得到平均直径为325nm的无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维。
对制备的无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维的拉伸性能进行测试，测得的结果列于表1中。
实施例3
一种无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维的制备，步骤同实施例1，不同之处仅在于：
步骤1)中将1.5g的尼龙66溶于8.5g有机溶剂A中，45℃搅拌至完全溶解，得到质量分数为15wt％的尼龙66壳层溶液；
最终制备得到平均直径为225nm的无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维。
对制备的无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维的拉伸性能进行测试，测得的结果列于表1中。
对比例1
一种尼龙66纳米纤维的制备，步骤同实施例1，不同之处仅在于：
步骤1)中将1.5g的尼龙66溶于8.5g有机溶剂A中，45℃搅拌至完全溶解，得到质量分数为15wt％的尼龙66壳层溶液；
不制备步骤2)中的无卤阻燃剂芯层分散液
步骤3)中仅将尼龙66壳层溶液注入喷丝头，进行静电纺丝；所述同轴静电纺丝的操作参数为：纺丝电压为30kV；喷丝头到收集板的距离为8cm；尼龙66溶液的推进速度为2.0mL·h-1；喷丝头内径为1.45mm。
最终制备得到平均直径为225nm的尼龙66纳米纤维。
对制备的尼龙66纳米纤维的拉伸性能进行测试，测试样品尺寸为6.0cm×0.8cm×50μm。利用微型量热仪测试样品的阻燃性能。测得的结果列于表1中。
对比例2
一种无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维的制备，步骤同实施例1，不同之处仅在于：
步骤3)中将尼龙66溶液注入同轴喷丝头的内层，无卤阻燃剂分散液注入同轴喷丝头的外层。
最终无法实现同轴纺丝过程，因而也无法制备出无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维。
结果表明，该对比例中将尼龙66作为芯层，无卤阻燃剂作为壳层，因为无卤阻燃剂无法成丝，而尼龙66作为芯层无法辅助无卤阻燃剂成丝，从而无法制备出无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维。
对比例3
一种无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维的制备，步骤同实施例1，不同之处仅在于：
步骤3)中将尼龙66壳层溶液与无卤阻燃剂芯层分散液混合均匀，注入喷丝头，进行静电纺丝，所述同轴静电纺丝的操作参数为：纺丝电压为30kV；喷丝头到收集板的距离为8cm；尼龙66溶液的推进速度为2.0mL h-1；喷丝头内径为1.45mm。
最终制备的尼龙66纳米纤维中无卤阻燃剂严重聚集，而且纳米纤维表面粗糙、出现颗粒物，无法保持尼龙66自身的色泽。
结果表明，该对比例中由于尼龙66壳层溶液黏度太大，无卤阻燃剂无法在尼龙66中均匀分散，降低阻燃效果；此外，二者直接混合纺丝，部分无卤阻燃剂裸露在外层，影响尼龙66自身的色泽。
对比例4
一种无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维的制备，步骤同实施例1，不同之处仅在于：
步骤1)中有机溶剂A为甲酸。
最终无法形成连续、表面光滑的纳米纤维，因而无法制备具有芯-壳结构的无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维。
结果表明，该对比例中溶解尼龙66的有机溶剂仅采用甲酸，而不再加入二氯甲烷，使得溶剂介电常数过高，无法实现稳定纺丝过程，从而造成无法通过同轴静电纺丝制备无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维。
对比例5
一种无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维的制备，步骤同实施例1，不同之处仅在于：
步骤1)中有机溶剂A为甲酸与二氯甲烷按照质量比1:1混合得到的溶剂。
最终由于尼龙66不能溶解于所述的有机溶剂A中，因而无法实现同轴静电纺丝过程，制备无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维。
结果表明，该对比例中溶解尼龙66的有机溶剂甲酸与二氯甲烷的质量比太低，使得尼龙66不能溶解于所述混合溶剂中，从而造成静电纺丝过程无法实现。
从对比例4和对比例5可知，当尼龙66壳层溶液中的有机溶剂为甲酸与二氯甲烷的混合溶剂，并且所述甲酸和二氯甲烷的质量比为1.5～9:1时，对形成表面光滑的纳米纤维效果明显，并且有助于形成芯-壳结构，这是在同样的制备条件下选择其他有机溶剂等所无法带来的同等有益效果。
对比例6
一种无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维的制备，步骤同实施例1，不同之处仅在于：
步骤1)中将1.35g的尼龙66溶于8.65g有机溶剂A中，45℃搅拌至完全溶解，得到质量分数为13.5wt％的尼龙66壳层溶液；
最终由于尼龙66溶液浓度太低，黏度太小，无法在同轴静电纺丝过程中连续喷丝，因而无法制备无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维。
对比例7
一种无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维的制备，步骤同实施例1，不同之处仅在于：
步骤1)中将2.15g的尼龙66溶于7.85g有机溶剂A中，45℃搅拌至完全溶解，得到质量分数为21.5wt％的尼龙66壳层溶液；
最终由于尼龙66溶液浓度太高，黏度太大，无法在同轴静电纺丝过程中喷丝，因而无法制备无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维。
从对比例6和对比例7可知，尼龙66壳层溶液的质量分数影响纳米纤维的表面形貌和芯-壳结构，超出15～20wt％时，会导致制备的纳米纤维不连续或者不能纺丝。
对比例8
一种无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维的制备，步骤同实施例1，不同之处仅在于：
步骤2)将150mg无卤阻燃剂分散于5mL乙酸中，超声至完全分散，得到质量分数为2.8wt％的无卤阻燃剂芯层分散液；
最终制备的纳米纤维中无卤阻燃剂严重聚集，无法得到具有良好芯-壳结构的纳米纤维。
对比例9
一种无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维的制备，步骤同实施例1，不同之处仅在于：
步骤2)将50mg无卤阻燃剂分散于5mL乙酸中，超声至完全分散，得到质量分数为1.0wt％的无卤阻燃剂芯层分散液；
最终制备的纳米纤维中芯层材料不连续，即无卤阻燃剂在纳米纤维中分散不均匀，无法得到具有良好芯-壳结构的纳米纤维。
从对比例8和对比例9可知，无卤阻燃剂芯层分散液的质量分数影响纳米纤维芯-壳结构及其阻燃效果，大于或者小于2wt％时，均会导致纳米纤维无法形成良好的芯-壳结构。
对比例10
一种无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维的制备，步骤同实施例1，不同之处仅在于：
步骤2)中将100mg无卤阻燃剂分散于5mL N,N-二甲基甲酰胺中，超声至完全分散，得到质量分数为2wt％的无卤阻燃剂芯层分散液；
最终无法形成连续、表面光滑的纳米纤维，因而无法制备具有芯-壳结构的无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维。
从对比例10可知，只有当无卤阻燃剂芯层分散液中的有机溶剂为乙酸时，对形成芯-壳结构效果最明显，这是在同样的制备条件下选择其他有机溶剂等所无法带来的同等有益效果。
对比例11
一种无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维的制备，步骤同实施例1，不同之处仅在于：
步骤3)中同轴静电纺丝时的纺丝电压为23kV；
最终无法喷丝，不能制备具有芯-壳结构的无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维。
对比例12
一种无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维的制备，步骤同实施例1，不同之处仅在于：
步骤3)中同轴静电纺丝时的纺丝电压为31kV；
最终无法形成连续喷丝，无法制备具有芯-壳结构的无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维。
对比例13
一种无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维的制备，步骤同实施例1，不同之处仅在于：
步骤3)中同轴静电纺丝时尼龙66壳层溶液的推进速度为0.4mL·h-1；
最终制备的纳米纤维直径过小，无法包裹无卤阻燃剂作为芯层材料，因而无法制备具有芯-壳结构的无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维。
对比例14
一种无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维的制备，步骤同实施例1，不同之处仅在于：
步骤3)中同轴静电纺丝时尼龙66壳层溶液的推进速度为2.1mL·h-1；
最终纺丝过程中尼龙66溶液射流不稳定，无法制备具有芯-壳结构的无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维。
对比例15
一种无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维的制备，步骤同实施例1，不同之处仅在于：
步骤3)中同轴静电纺丝时无卤阻燃剂芯层分散液的推进速度为0.05mL·h-1；
最终制备的纳米纤维中无卤阻燃剂含量太低，无法形成连续的芯层材料，因而无法制备具有良好芯-壳结构的无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维。
对比例16
一种无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维的制备，步骤同实施例1，不同之处仅在于：
步骤3)中同轴静电纺丝时无卤阻燃剂芯层分散液的推进速度为0.6mL·h-1；
最终无卤阻燃剂团聚严重，在纳米纤维中分布不均匀，因而无法制备具有良好芯-壳结构的无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维。
对比例17
一种无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维的制备，步骤同实施例1，不同之处仅在于：
步骤3)中同轴静电纺丝时喷丝头到收集板的距离为7cm；
最终由于喷丝头到收集板的距离过短，大量溶剂无法挥发，无法制备形貌良好的具有芯-壳结构的无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维。
对比例18
一种无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维的制备，步骤同实施例1，不同之处仅在于：
步骤3)中同轴静电纺丝时喷丝头到收集板的距离为11cm；
最终由于喷丝头到收集板的距离太长，使得喷丝头与收集板之间电场强度太小，无法得到形貌良好的无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维。
对比例19
一种无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维的制备，步骤同实施例1，不同之处仅在于：
步骤3)中同轴静电纺丝时同轴喷丝头外针头内径为1.0mm；
最终由于同轴喷丝头外针头内径过小，尼龙66纳米无法完全包裹芯层无卤阻燃剂，因而无法得到具有芯-壳结构的无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维。
对比例20
一种无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维的制备，步骤同实施例1，不同之处仅在于：
步骤3)中同轴静电纺丝时同轴喷丝头外针头内径为1.60mm；
最终由于尼龙66含量过多，无法得到具有良好芯-壳结构的无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维。
对比例21
一种无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维的制备，步骤同实施例1，不同之处仅在于：
步骤3)中同轴静电纺丝时同轴喷丝头内针头内径为0.25mm；
最终由于同轴喷丝头内针头内径过小，芯层材料容易堵塞，无法得到具有良好芯-壳结构的纳米纤维。
对比例22
一种无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维的制备，步骤同实施例1，不同之处仅在于：
步骤3)中同轴静电纺丝时同轴喷丝头内针头内径为0.7mm；
最终由于同轴喷丝头内针头内径过大，尼龙66纳米纤维不能完全包裹芯层无卤阻燃剂，无法得到具有良好芯-壳结构的纳米纤维。
从对比例11～22可知，同轴静电纺丝的操作参数对纳米纤维的形貌和芯-壳结构的影响尤其明显。超出本发明给定的范围时，纳米纤维不能形成连续的丝状结构，或者无法得到芯-壳结构。
结论：本发明中的无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维，采用芯-壳结构，将尼龙66作为壳层、无卤阻燃剂作为芯层，壳层和芯层之间相互配合，协同作用，使其阻燃性能和力学性能效果最优，二者交换，或是缺少其中一种组分，都会造成无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维在某些方面有不同程度的减弱。本发明方法简单、可控、易于规模化生产。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (6)

1.一种无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维，其特征在于，所述无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维是具有芯-壳结构的同轴纳米纤维，所述壳层为尼龙66，所述芯层为无卤阻燃剂；
所述无卤阻燃剂为红磷杂化的纳米石墨烯片，且通过将纳米石墨和红磷按质量比1:2~ 4混合后球磨制备得到；
按质量分数计，所述无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维由95.5~99 wt%的尼龙66和1~4.5wt%无卤阻燃剂组成。
2.根据权利要求1所述的一种无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维，其特征在于，所述无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维的平均直径为225~425 nm。
3.如权利要求1-2任一所述的无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）制备尼龙66壳层溶液：将尼龙66与有机溶剂A混合，40~45℃搅拌溶解，得到所述的尼龙66壳层溶液；
2）制备无卤阻燃剂芯层分散液：将无卤阻燃剂与有机溶剂B混合，超声分散，得到所述的无卤阻燃剂芯层分散液；
3）同轴静电纺丝：将步骤1）所述尼龙66壳层溶液注入同轴喷丝头的外层，步骤2）所述无卤阻燃剂芯层分散液注入同轴喷丝头的内层，进行同轴静电纺丝，制备得到所述的无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维；
步骤1）中所述有机溶剂A为甲酸与二氯甲烷的混合溶剂，所述甲酸和二氯甲烷的质量比为1.5 ~ 9 : 1；
步骤2）中所述有机溶剂B为乙酸。
4.根据权利要求3所述的无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维的制备方法，其特征在于，步骤1）中所述尼龙66壳层溶液的质量分数为15~20 wt%。
5.根据权利要求3所述的无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维的制备方法，其特征在于，步骤2）中所述无卤阻燃剂芯层分散液的质量分数为2 wt%。
6.根据权利要求3所述的无卤阻燃增强尼龙66纳米纤维的制备方法，其特征在于，步骤3）中所述同轴静电纺丝的操作参数为：纺丝电压为24~30 kV；喷丝头到收集板的距离为8~10 cm；尼龙66壳层溶液的推进速度为0.5~2.0 mL•h-1；无卤阻燃剂芯层分散液的推进速度为0.1~0.5 mL•h-1；同轴喷丝头外针头内径为1.12~1.45 mm；同轴喷丝头内针头内径为0.34~0.56 mm。
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