CN113668081B - 一种尼龙阻燃复合纤维的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种尼龙阻燃复合纤维的制备方法，本发明以丙烯酰胺及苯乙烯为聚合单体，聚乙烯吡咯烷酮和氢氧化镁为复配分散剂，氢氧化镁还可作为无机阻燃剂，再向其乙醇/水溶液中加入改性后蒙脱土作为有机改性阻燃剂，经引发聚合后可制得聚丙烯酰胺/蒙脱土阻燃复合微球，干燥后粉末与尼龙等化纤切片投入双螺杆挤出机中熔融共混挤出，经冷水浴迅速冷却、拉伸卷绕后即得到尼龙阻燃复合纤维。本发明通过悬浮聚合法包覆有机‑无机协效阻燃剂，并利用双螺杆挤出机制备取向结构下的阻燃复合纤维，原料易得，方法简单，可明显提高阻燃剂在聚合物或化纤材料表面或内部的分散性与有序排布，从而提高复合材料的阻燃性能及力学效果。

Description

一种尼龙阻燃复合纤维的制备方法

技术领域

本发明涉及阻燃纤维的生产领域，具体涉及一种复合阻燃剂与尼龙共混挤出制备阻燃纤维的方法。

背景技术

为减少火灾带来的人员及财产损失，对材料阻燃性能的研究已十分广泛。目前阻燃纤维的制备多是将有机、无机等协效阻燃剂加入相应聚合物溶液中制成阻燃纺丝液，后经湿法纺丝等方式得到阻燃纤维。如何军浩[CN112323201A]等人将再生纤维素纤维溶液与磷氮复合阻燃剂混合，经湿法纺丝得到阻燃纤维。

但此类方法所制阻燃纤维易使得阻燃剂在复合纤维中分布排列不均匀，进而影响其阻燃效果的提升效率。四川大学李忠明等[Chinese J Polym Sci,2013,31(2):211～217；J Mater Sci,2013,48:1214～1224]发现将碳纳米管、CaCO₃等填料经预分散后，再通过原位微纤化的方法使填料粒子在两相界面集中分布，可得到导电与力学性能良好兼具的复合纤维；另有Frank Bates等人[ACS Macro Lett,2013,2:301～305]通过熔喷技术使分散相在基体中取得高度取向，从而制得了力学性能优良的取向纤维，但上述两种方式均无法从根本上解决填料在复合材料中的相容性问题。而王振、雷中秋等人[浙江理工大学,2017；浙江理工大学,2019；浙江理工大学学报(自然科学版),2017,37(04):480-484；CN104695043A；CN107435171B]借鉴上述研究技术，通过原位微悬浮聚合制得一系列尺寸、SiO₂含量以及交联结构不同的PAcr/SiO₂复合胶粒，并将其与具有一定相容性的聚合物基体加入到转矩流变仪及双螺杆挤出机中进行共混，制得了相容性与分散性良好的、具有一定力学性能的复合材料。

在上述背景基础上，本发明向苯乙烯与丙烯酰胺为单体的乙醇/水悬浮聚合体系中加入氢氧化镁(Mg(OH)₂)及聚乙烯吡咯烷酮(PVP)复配分散剂，再向其加入改性后有机化蒙脱土为阻燃剂，经悬浮聚合后制备得到聚丙烯酰胺/蒙脱土阻燃复合微球，将上述干燥后复合微球与尼龙等化纤基体以一定比例于双螺杆挤出机中熔融共混挤出并经迅速冷却，可得到氢氧化镁(Mg(OH)₂)及有机蒙脱土等复合阻燃剂在成纤中呈高度取向、界面相容性良好且兼具高阻燃效率与力学性能的尼龙阻燃复合纤维。

发明内容

本发明基于各类制备复合微球的方法，并结合双螺杆挤出机制备纤维的微纤化技术，提供了一种实施容易、工艺简单的尼龙阻燃复合纤维的制备方法。

本发明核心思想(附图1)是：以丙烯酰胺及苯乙烯为聚合单体，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和氢氧化镁(Mg(OH)₂)等为复配分散剂，向其乙醇/水溶液中加入有机改性后蒙脱土阻燃剂，经偶氮二异丁酸二甲酯(AIBME)引发后可制得聚丙烯酰胺/蒙脱土阻燃复合微球，其干燥后粉末与尼龙等化纤切片以5％～50％比例投入双螺杆挤出机中熔融共混挤出，经迅速冷却、拉伸卷绕后得到尼龙阻燃复合纤维。这种通过悬浮聚合法包覆有机-无机阻燃剂，并利用双螺杆挤出机制备取向结构下的阻燃复合纤维，原料易得，方法简单，可明显提高阻燃剂在聚合物或化纤材料表面或内部的分散性，从而提高复合材料的阻燃性能及力学效果，此外，本发明可应用于阻燃纺织材料、涂层、膜材等领域，具有良好的市场应用价值。

本发明的关键是：一、本发明通过悬浮聚合方式成功合成包覆有机改性蒙脱土与氢氧化镁等有机-无机协效阻燃剂的复合微球，对于提高复合微球与基体的相容性具有重要意义，且其可改善阻燃剂在聚合物或化纤材料中分散性与排列分布差的问题，从而提高复合材料的阻燃性能；二、以一定比例将干燥后聚丙烯酰胺/蒙脱土复合微球与尼龙等化纤切片投入双螺杆挤出机中熔融共混挤出，经迅速冷却后牵伸制丝，确保所制聚丙烯酰胺/蒙脱土复合微球在挤出牵伸过程中成功构筑取向结构，以此提高有机-无机协效阻燃剂在复合材料中分散排布，进而提高复合材料的阻燃性能，解决了阻燃剂直接涂覆于聚合物表面而导致阻燃耐久性差及分散不匀等问题，并省去阻燃聚合物原液制备过程，缩减加工成本，降低环境污染。

一种尼龙阻燃复合纤维的制备方法，包括：

通过悬浮聚合体系制备聚丙烯酰胺/蒙脱土阻燃复合微球，将其干燥后与尼龙等化纤切片以一定比例投入双螺杆挤出机中熔融共混挤出，经水浴冷却、拉伸卷绕成型后得到尼龙复合阻燃纤维。上述悬浮聚合体系以丙烯酰胺及苯乙烯为聚合单体，偶氮二异丁酸二甲酯(AIBME)为引发剂，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和氢氧化镁(Mg(OH)₂)为复配分散剂，氢氧化镁还可作为无机阻燃剂，改性后蒙脱土为有机改性阻燃剂，乙醇/水溶液为分散体系。本发明通过悬浮聚合法包覆有机-无机阻燃剂，并利用原位微纤化方法构筑取向结构下的阻燃复合纤维，方法简单，原料易得，可明显提高阻燃剂在聚合物或化纤材料表面分散性，进而提升复合材料阻燃性能，可应用于阻燃涂层、膜材等领域，具有良好的应用推广价值。

一种尼龙阻燃复合纤维的制备方法，包括以下步骤：

(1)通过悬浮聚合法制备聚丙烯酰胺/有机改性阻燃剂的阻燃复合微球，具体步骤如下：

在乙醇/水体系中加入作为聚合单体的丙烯酰胺(AM)及苯乙烯(St)，加入有机改性阻燃剂、无机阻燃剂和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，形成悬浮聚合体系，加入引发剂，经悬浮聚合后可制得聚丙烯酰胺/有机改性阻燃剂的阻燃复合微球；

(2)制备尼龙阻燃复合纤维，具体操作如下：

将上述阻燃复合微球干燥后与尼龙等化纤切片投入双螺杆挤出机中熔融共混挤出，经冷水浴迅速冷却后拉伸卷绕，可得到尼龙复合阻燃纤维。

本发明通过悬浮聚合法包覆有机-无机协效阻燃剂，并利用双螺杆挤出机制备取向结构下的阻燃复合纤维，原料易得，方法简单，可明显提高阻燃剂在聚合物或化纤材料表面或内部的分散性与有序排布，从而提高复合材料的阻燃性能及力学效果，此外，本发明可应用于阻燃纺织材料、涂层、膜材等领域，具有良好的市场应用价值。

为取得更好发明效果，对本发明进行进一步的优选：

步骤(1)中，所述的乙醇和水的体积比为1:9～9:1；所述聚丙烯酰胺/蒙脱土复合微球制备过程中，醇/水比为1:9～9:1。当醇/水比低于1:6时，水是聚丙烯酰胺的良溶剂，体系内水含量过多会导致所制复合微球易形成聚丙烯酰胺空白微球，且不易从体系中沉淀析出，不利于复合微球良好球形度的形成及阻燃剂的有效包覆，同时，随着体系中分散介质的极性增加，聚合物链的长度增加，从而导致所制微球粒径分布较宽；当醇/水比为1:6～6:1时，聚合反应可稳定进行，体系逐渐变成乳白色，其所制复合微球球形度良好，且转化率可达到88.32％；当乙醇/水比例高于6:1时，所制复合微球在分散介质中溶解性较低，反应过程中易出现絮状或结块现象，并随着醇含量的增加更为明显。因此，经优化后所述体系醇/水比为1:6～6:1。

以质量百分数100％计，所述的丙烯酰胺(AM)及苯乙烯(St)的质量百分数分别为10％～90％、10％～90％。所述聚丙烯酰胺/蒙脱土阻燃复合微球的制备体系中选用丙烯酰胺及苯乙烯为反应单体，原因如下：一、利用丙烯酰胺单体所制复合微球可提高与化纤切片尼龙的相容性，同时，对于不同的化纤基体，可选用与化纤聚合物具有相同或相似化学结构的单体以提升复合微球与化纤基体的相容性，从而制得具有多项优良性能的阻燃复合纤维；二、苯乙烯作为体系内硬单体起到为复合微球提供形态支撑及提升力学强度的作用。所述体系选用丙烯酰胺用量为10％～90％，当丙烯酰胺用量为10％～50％时，所制复合微球与尼龙基体相容性较差，易出现连续相与分散相界面分离现象，从而不利于阻燃性能的提高；当其用量为50％～80％时，复合微球与尼龙基体相容性良好，且所制复合微球可实现阻燃剂的有效包覆；当用量为80％～90％时，所述聚合体系内丙烯酰胺单体易聚合成空白微球，无法包覆阻燃剂而赋予所制复合纤维良好的阻燃性能。此外，所述体系苯乙烯用量为10％～90％，当苯乙烯用量低于10％时，不利于构筑所制复合微球的良好球形，从而不利于阻燃剂的有效包覆；当苯乙烯用量为20％～35％时，所制复合微球具有良好球形，且其制备复合纤维力学性能优良；而当苯乙烯用量超过35％时，所制复合纤维力学韧性降低明显，但成球度良好。综上，所述复合体系中选用65％～80％的丙烯酰胺、20％～35％的苯乙烯，可制得球形度良好的聚丙烯酰胺/蒙脱土阻燃复合微球，从而获得具有良好力学性能的阻燃复合纤维。

所述的有机改性阻燃剂为蒙脱土、氰尿酸三聚氰胺、三聚氰胺聚磷酸盐中的一种或多种。所述的有机改性阻燃剂的加入量为聚合单体总质量的5％～40％。

所述的无机阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁、赤磷、多聚磷酸铵等阻燃剂中的一种或多种。所述的无机阻燃剂的加入量为聚合单体总质量的1％～30％。

作为优选，所述的有机改性阻燃剂为有机改性后的蒙脱土，所述的无机阻燃剂为氢氧化镁，从而形成有机改性蒙脱土与氢氧化镁(Mg(OH)₂)为有机-无机协效阻燃剂的聚丙烯酰胺/蒙脱土阻燃复合微球。聚合体系中选用氢氧化镁(Mg(OH)₂)为无机阻燃剂，用量为1％～30％，改性后蒙脱土为有机化阻燃剂，其用量为5％～40％，通过有机-无机阻燃剂复合的方式达到良好的阻燃效果。所述聚丙烯酰胺/蒙脱土阻燃复合微球的制备体系中选用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和氢氧化镁(Mg(OH)₂)为复配分散剂原因如下：为预防聚合物颗粒因氢键、化学键或毛细管吸附等作用团聚，本发明特利用氢氧化镁无机分散剂与聚乙烯吡咯烷酮(PVP)有机分散剂共同作用于复合微球表面，以在颗粒表面产生空间位阻效应，从而合成粒径分布较为均一的阻燃复合微球。此外，PVP是一种水溶性高分子聚合物，具有优异的溶解性、化学稳定性、成膜性、粘结能力和保护作用，因此，其可作为分散剂防止颗粒的团聚、不阻碍微球核心的长大的同时,还可诱导晶体各向异性生长。本发明选用氢氧化镁作为绿色环保型无机阻燃剂，添加量为1％～30％，氢氧化镁在聚合物发生热解的温度前可先发生分解从而吸收大量的潜热,延缓聚合物热分解的同时可降低燃烧速度，且其在燃烧过程中可覆盖于聚合物表面而起到隔热作用，但其阻燃效率较低，其填充量足够大时才能达到阻燃效果,通过实验发现，氢氧化镁添加量为1％～10％时，相对于所述悬浮体系而言，未起到良好的分散剂作用，且对阻燃效果的提升无明显贡献；氢氧化镁添加量为10％～15％时，由于分散剂的作用，可合成粒径分布较为均一的聚丙烯酰胺/蒙脱土阻燃复合微球，且发现其所制阻燃复合纤维热释放速率峰值降低可达36.75％；其添加量为15％～30％时，悬浮聚合体系中由于分散剂的强吸附作用，会导致微球更易于形成空白微球，有机改性蒙脱土无法有效包覆到微球内形成有效的阻燃复合微球，不利于合成聚丙烯酰胺/蒙脱土阻燃复合微球，且会导致聚合物材料的机械力学及加工性能严重恶化。因此，本发明采用有机-无机分散剂协效的方式以提高聚合体系分散性，且经优化后氢氧化镁添加量为10％～15％。所述的氢氧化镁的加入量为聚合单体总质量的10％～15％。

所述的改性的有机化蒙脱土的制备具体包括：

向甲苯中加入蒙脱土，随后加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)及乙二胺四乙酸二钠盐(EDTA)，经40～60℃持续搅拌反应18～30h后即得到改性后有机化蒙脱土溶液，烘干后收集白色的有机化蒙脱土粉末(即为有机改性蒙脱土)。通过γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)及乙二胺四乙酸二钠盐(EDTA)复合改性，以实现有机化阻燃剂蒙脱土的改性及层间距离的增加，便于聚合物进入层间，进一步提高其与化纤切片的相容性。

所述的甲苯、蒙脱土、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、乙二胺四乙酸二钠盐的质量比为100：10～40：2～8：0.5～3，最优选为100：20：4：1。

优选地，经50℃持续搅拌反应24h。经60℃烘干可收集白色的有机改性蒙脱土粉末。

所述蒙脱土的有机改性选用γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)及乙二胺四乙酸二钠盐(EDTA)复合改性。所述蒙脱土有机改性选用乙二胺四乙酸二钠盐是由于钠基蒙脱土具有良好的阳离子交换性、热稳定性和抗压强度等，但其亲水性不利于在聚合物和有机溶剂中的分散，因此，为了提高钠基蒙脱土与聚合物之间的相容性，本发明选用γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)对蒙脱土进行表面疏水改性，同时增大蒙脱土之间层间距，利于聚合物链进入从而提高复合材料的阻燃性能。此外，本发明中有机改性蒙脱土添加量为5％～10％时，体系内有机改性阻燃剂用量较少，导致复合纤维热释放速率值较高；当其添加量为10％～15％时，改性后蒙脱土基本可被有效包覆在复合微球内，且在后续熔融挤出过程中可形成良好的取向排布，其热释放速率值与纯尼龙纤维相比可降低36.75％；当其添加量为15％～30％时，由于蒙脱土含量的增加，无法使其在原位微纤化过程中形成良好的取向排布，多呈现块状聚集，导致其力学性能降低近20％；添加量为30％～40％时，复合体系内蒙脱土含量过多，导致其无法被有效包覆在聚丙烯酰胺复合微球内，被游离分散在聚合物体系中的有机改性蒙脱土对提高复合纤维力学性能贡献不明显，因此，经过实验证明，有机化蒙脱土加入量优选为10％～15％。所述的有机改性的蒙脱土的加入量为聚合单体总质量的10％～15％。

所述的聚乙烯吡咯烷酮的加入量为聚合单体总质量的5％～15％，最优选为10％。

所述的引发剂为偶氮二异丁酸二甲酯(AIBME)。所述的引发剂的加入量为聚合单体总质量的0.2％～3％，最优选为1.2％。

步骤(2)中，所述的复合纤维收集方式为冷水浴直接收集，即在迅速冷却状态下保持熔融挤出拉伸后纤维内取向结构，从而促进阻燃效果的提升。所述聚丙烯酰胺/蒙脱土复合纤维收集方式为冷水浴收集，即阻燃复合纤维从螺杆挤出口挤出后在冷水浴中迅速冷却再将其牵伸卷绕。所述熔融挤出过程中，利用高温熔融环境中剪切场、挤出场和牵伸场对复合微球的强大取向作用，诱导聚合得到的聚丙烯酰胺/蒙脱土阻燃复合微球沿纤维拉伸轴向发生分散、形变、重排及前后取向，从而在尼龙复合纤维内均匀地并排构筑大量大长径比的取向微纤，此结构可将有机改性的蒙脱土阻燃剂与氢氧化镁无机阻燃剂限定在一定区域内，提高阻燃剂在复合纤维中的排列分布，进而极大提高复合纤维的阻燃性能。将经过高温熔融的复合纤维经冷水浴处理，可在高温迅冷的过程中最大限度的保留复合纤维内取向结构，从而限定阻燃剂在复合纤维中的取向排布，最终提高所制复合纤维的阻燃性能。综上所述，本发明采用挤出后经冷水浴处理再牵伸卷绕的方式进行样品收集，可得到具有优良阻燃性能的复合纤维。

所述熔融挤出时聚丙烯酰胺/蒙脱土阻燃复合微球的加入量为尼龙化纤切片质量的5～50％，进一步优选为15～25％，合适的填料组分及适当的共混挤出比有利于提高填料在聚合物基体中的分散性和有序排布，从而达到提高复合丝力学及阻燃等性能的目标，同时，将复合微球与化纤基体按照所述比例分成五份分段加入双螺杆挤出机中熔融挤出，确保物料混合均匀以得到阻燃剂分布均匀且具有良好力学性能的阻燃复合纤维。当阻燃复合微球加入量低于5％时，复合微球在聚合物基体中易于分散且排布良好，但较低含量的复合微球会导致所制纤维阻燃性能提升效果受限；当阻燃复合微球加入量高于45％时，投入的复合微球易在复合纤维内发生聚集及粘结，导致复合纤维形态不均匀，表面粗糙，长径比低，且在复合纤维部分区域形成应力集中和力学缺陷区，从而降低阻燃复合纤维的力学及阻燃等多重性能。进一步实验表明，当阻燃复合微球加入量为15～25％时，聚丙烯酰胺/蒙脱土阻燃复合微球在复合纤维内分散均匀，表面光滑且长径比高，无明显力学缺陷区，即几乎不存在复合微球粘并和聚集现象，因而可获得表面光滑、具有一定力学及良好阻燃性能的聚丙烯酰胺/蒙脱土阻燃复合纤维。

所述的双螺杆挤出机的熔融温度为220～270℃，转速5～80r·min^-1，最优选地，熔融温度为255℃，转速30r·min^-1。

本发明所制阻燃复合纤维具有较好的力学、阻燃等性能的同时，所用聚合原料及尼龙化纤基体易得廉价，方法简单，操作简便，具有较高的实施价值。

再优选，一种阻燃复合纤维的制备方法，包括：

1)通过原位悬浮聚合法制备聚丙烯酰胺/蒙脱土阻燃复合微球，经50～120℃真空干燥10～24h后，得到干燥后复合微球粉末；

所述的聚丙烯酰胺/蒙脱土阻燃复合微球制备体系中，丙烯酰胺单体含量为30％～60％，苯乙烯为20％～30％，且根据化纤基体的不同，可选择与聚合物基体结构相似的单体，以提高复合微球与化纤基体的相容性；

所述的聚丙烯酰胺/蒙脱土阻燃复合微球中无机阻燃剂氢氧化镁和有机改性后蒙脱土阻燃剂在体系内质量分数均为10％～15％，且无机阻燃剂可换为氢氧化铝、氢氧化镁、赤磷、多聚磷酸铵等阻燃剂中的一种或多种，有机改性阻燃剂为蒙脱土、氰尿酸三聚氰胺，三聚氰胺聚磷酸盐等中的一种或多种；

所述的聚丙烯酰胺/蒙脱土阻燃复合微球制备时乙醇/水比例为1:6～6:1；

2)将干燥后尼龙化纤切片和聚丙烯酰胺/蒙脱土阻燃复合微球粉末投入双螺杆挤出机中熔融共混挤出，经冷水浴冷却后拉伸卷绕成丝，得到阻燃复合纤维；

所述的聚丙烯酰胺/蒙脱土阻燃复合微球的加入量为尼龙化纤切片质量的15％～25％，且通过将复合微球与化纤切片等比例分成五份进行分段进料，以确保复合微球与化纤切片混合均匀，从而得到力学及阻燃性能优良的尼龙阻燃复合纤维；

所述的阻燃复合纤维颜色呈浅白色，直径约为0.18mm；其横截面为海岛型结构，即聚丙烯酰胺/蒙脱土复合微纤为“岛”、尼龙化纤切片为“海”；纵截面为所述阻燃复合微球在尼龙基体中形成高度取向微纤的结构；

所述复合纤维拉伸强度可达到72.42MPa，断裂伸长率为38.76％，比相同条件下所制纯尼龙基材拉伸强度和断裂伸长率分别提高10.8％、31.6％，且其热释放速率峰值降低37.5％，表明本发明可制得兼具阻燃与力学效果的尼龙阻燃复合纤维。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

一、本发明通过悬浮聚合将改性后蒙脱土包覆到聚丙烯酰胺复合微球内，且氢氧化镁以分散剂的形式吸附在所述复合微球表面，形成聚丙烯酰胺/蒙脱土阻燃复合微球，通过有机-无机阻燃剂复合的方式赋予复合微球及尼龙复合纤维优良的阻燃性能，将阻燃剂包覆在与尼龙化纤基体相容性良好的聚丙烯酰胺复合微球内，避免了阻燃剂在挤出牵伸过程中的大规模聚集现象，改善了阻燃剂颗粒聚集带来的力学缺陷，通过熔融流动场中剪切力等的共同作用，实现阻燃剂在复合纤维中有序排布，形成沿拉伸轴向取向的“阻燃微纤”，从而极大提高了阻燃剂在所制复合纤维中的分散排布，进而得到力学与阻燃兼具的尼龙复合纤维。

二、本发明所述的聚丙烯酰胺/蒙脱土阻燃复合微球的制备技术成熟且易行，微球的粒径、接枝交联程度和阻燃剂含量等均可在较大范围内自由调控。所述的聚丙烯酰胺/蒙脱土阻燃复合微球混合液经处理后可用于棉、涤纶及各类混纺等织物的涂覆，从而赋予织物阻燃及一定服用性能。

三、通过悬浮聚合法将上述阻燃剂包覆到聚丙烯酰胺类聚合物中，解决了阻燃剂直接共混与与聚合物基体相容性差的问题，因而本技术可解决与酰胺基基体相容性较差无法赋予聚合物附加功能的问题，因此可将本技术所述阻燃剂拓宽至其他阻燃剂或无机粒子的选择范围。

四、本发明制备的阻燃复合纤维，相对于普遍阻燃材料具有更好的力学性能，因此，本发明所制产品经螺杆挤出机模口更换可用于膜材、片材、纺织、建筑等领域，应用前景十分广泛。

附图说明

图1为所述阻燃纤维的生产工序；

图2中a为原始蒙脱土扫描电镜图，b为有机改性后蒙脱土扫描电镜图；

图3为聚丙烯酰胺/蒙脱土阻燃复合微球的典型光学显微镜图片；

图4为实施例2中聚丙烯酰胺/蒙脱土复合微球的扫描电镜照片；

图5为聚丙烯酰胺/蒙脱土阻燃复合纤维内取向结构的透射电镜图。

具体实施方式

实施例1～15

一种尼龙阻燃复合纤维的制备方法，包括：

如上权利要求所述，本发明选用丙烯酰胺与苯乙烯为共聚单体、尼龙化纤为基体作为实施例进行代表说明，仅代表本发明实施内容的一部分，并不用于限制本发明,其依然可对所述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换。

向1:9～9:1的乙醇/水冰浴搅拌体系中加入10％～90％苯乙烯(St)、10％～90％丙烯酰胺单体，苯乙烯(St)和丙烯酰胺两者的总加入量为80g，再向其加入10g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和1％～30％氢氧化镁(Mg(OH)₂)作为悬浮聚合体系中的复配分散剂，随后加入5％～40％改性蒙脱土作为有机改性阻燃剂，最后向上述混合体系中加入1.2g偶氮二异丁酸二甲酯(AIBME)引发剂，上述体系于70℃反应26h即可得到聚丙烯酰胺/蒙脱土阻燃复合微球，将其经60℃真空干燥24h后与尼龙化纤基体(聚丙烯酰胺/蒙脱土阻燃复合微球的加入量为尼龙化纤基体质量的20％)投入双螺杆挤出机中熔融共混挤出，熔融温度为255℃，转速30r·min^-1，经冷水浴迅冷后牵伸卷绕成型，即得到阻燃复合纤维。

各原料根据表1所示投料比例加入，并通过锥形量热仪等仪器测试各阻燃复合纤维的热释放速率峰值(PHRR)、极限氧指数(LOI)的阻燃性能，此外，通过万能试验机测试阻燃复合纤维的拉伸强度、断裂伸长率的力学性能，结果如表1所示。

其中蒙脱土改性方式具体为：向100g甲苯溶液中加入20g蒙脱土，随后加入4gγ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)及1g乙二胺四乙酸二钠盐(EDTA)，经50℃持续搅拌反应24h后即得到改性后有机蒙脱土溶液，经60℃烘干可收集白色的有机蒙脱土粉末。

对比例1

取干燥后25g尼龙粒料平均分五次加入双螺杆挤出机中，设置共混温度255℃和转速30r·min^-1下熔融共混，而后经过冷水浴冷却、拉伸、卷绕处理后得到常规尼龙丝，测试其极限氧指数、热释放速率峰值、拉伸强度和断裂伸长率的数值，以与其它组分体系的性能做对比分析，结果如表1所示。

对比例2

取所购蒙脱土粉末1g与4g尼龙粒料挤出样五份，各自混合均匀后加入双螺杆挤出机中，共混温度为255℃，转速30r·min^-1，而后经过冷水浴冷却、拉伸、卷绕处理后得到聚丙烯酰胺/蒙脱土复合丝，然后测试其拉伸强度和断裂伸长率、热释放速率峰值、极限氧指数的数值，结果如表1所示。

对比例3

向1:10的乙醇/水冰浴搅拌体系中加入80g苯乙烯(St)单体，再向其中加入10g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为悬浮聚合体系中的分散剂，随后加入2.4g改性蒙脱土作为有机改性阻燃剂，最后向上述体系中加入1.2g偶氮二异丁酸二甲酯(AIBME)引发剂，于70℃反应26h进行聚合后可得到聚丙烯酰胺/蒙脱土阻燃复合微球，将其经60℃真空干燥24h后即得到所述阻燃复合微球粉末。

取上述复合微球粉末1g与4g尼龙粒料挤出样五份，各自混合均匀后加入双螺杆挤出机中，共混温度为255℃，转速30r·min^-1，而后经过冷水浴冷却、拉伸、卷绕处理后得到尼龙阻燃复合纤维，然后测试其拉伸强度和断裂伸长率、热释放速率峰值、极限氧指数的数值，结果如表1所示。

对比例4

向10:1的乙醇/水冰浴搅拌体系中加入80g丙烯酰胺(AM)单体，再向其中加入10g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和28g氢氧化镁作为悬浮聚合体系中的复配分散剂，随后加入36g改性蒙脱土作为有机改性阻燃剂，最后向上述体系中加入1.2g偶氮二异丁酸二甲酯(AIBME)引发剂，于70℃反应26h进行聚合后可得到聚丙烯酰胺/蒙脱土阻燃复合微球，将其经60℃真空干燥24h后即得到所述阻燃复合微球粉末。

取上述复合微球粉末1g与4g尼龙粒料挤出样五份，各自混合均匀后加入双螺杆挤出机中，共混温度为255℃，转速30r·min^-1，而后经过冷水浴冷却、拉伸、卷绕处理后得到尼龙阻燃复合纤维，然后测试其拉伸强度和断裂伸长率、热释放速率峰值、极限氧指数的数值，结果如表1所示。

表1

实施例、对比例中涉及的表征方法说明：

通过光学显微镜(舜宇光学科技有限公司的DMEX30)观察聚丙烯酰胺/蒙脱土阻燃复合微球形态及蒙脱土包覆情况，并测量其粒径分布情况。

利用透射电镜TEM(日本JEOL公司JSM～1200EX T20)观察聚丙烯酰胺/蒙脱土阻燃复合微球的形态结构，并观测蒙脱土在复合微球内部包覆状态。

通过场发射扫描电镜SEM(德国Zeiss公司ULTRA 55)观察所述阻燃复合微球形貌。

通过万能试验机(Thwing-Albert Instrument Company的EJA series VantageNX Universal Testing Machine)测试尼龙阻燃复合纤维的拉伸强度和断裂伸长率。

通过锥形量热仪(英国Fire Test Technology公司制造)测试尼龙阻燃复合纤维的热释放速率峰值(PHRR)。

通过全自动氧指数分析仪(南京炯雷仪器设备有限公司的JF-5)测试尼龙阻燃复合纤维的极限氧指数(LOI)。

Claims (6)

1.一种尼龙阻燃复合纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)通过悬浮聚合法制备聚丙烯酰胺/有机改性阻燃剂的阻燃复合微球，具体步骤如下：

在乙醇/水体系中加入作为聚合单体的丙烯酰胺及苯乙烯，加入有机改性阻燃剂、无机阻燃剂和聚乙烯吡咯烷酮，形成悬浮聚合体系，加入引发剂，经悬浮聚合后制得聚丙烯酰胺/有机改性阻燃剂的阻燃复合微球；

所述的乙醇和水的体积比为1:6~6:1；

所述的有机改性阻燃剂为改性的蒙脱土，所述的无机阻燃剂为氢氧化镁，所述的改性的蒙脱土的加入量为聚合单体总质量的10%~15%，所述的氢氧化镁的加入量为聚合单体总质量的10%~15%；

所述的改性的蒙脱土的制备具体包括：

向甲苯中加入蒙脱土，随后加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷及乙二胺四乙酸二钠盐，经40~60℃持续搅拌反应18~30h后即得到改性后蒙脱土混合溶液，烘干后得到有机改性的蒙脱土；

(2) 将阻燃复合微球干燥后与尼龙化纤投入双螺杆挤出机中熔融共混挤出，经冷水浴迅速冷却后拉伸卷绕，得到尼龙复合阻燃纤维。

2.根据权利要求1所述的尼龙阻燃复合纤维的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，以质量百分数100%计，所述的丙烯酰胺及苯乙烯的质量百分数分别为10%~90%、10%~90%。

3.根据权利要求1所述的尼龙阻燃复合纤维的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述的聚乙烯吡咯烷酮的加入量为聚合单体总质量的5%~15%。

4.根据权利要求1所述的尼龙阻燃复合纤维的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述的引发剂为偶氮二异丁酸二甲酯，所述的引发剂的加入量为聚合单体总质量的0.2%~3%。

5.根据权利要求1所述的尼龙阻燃复合纤维的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述的阻燃复合微球的加入量为尼龙化纤质量的5~50%。

6.根据权利要求1所述的尼龙阻燃复合纤维的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述的双螺杆挤出机的熔融温度为220~270℃，转速5~80 r·min^-1。

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