紡織品在服裝、床上用品、窗簾和其他裝飾品中有廣泛的應(yīng)用。但是紡織品具有高度易燃性，對(duì)住宅生活造成重大火災(zāi)隱患,據(jù)統(tǒng)計(jì)，超50%的失火事故源于紡織品阻燃性能差[1]。

因此具有優(yōu)異阻燃和熱防護(hù)性能的紡織品以及消防防護(hù)服對(duì)于各種活動(dòng)至關(guān)重要。

我國(guó)在20世紀(jì)初期開(kāi)始開(kāi)發(fā)紡織品阻燃技術(shù)，隨著阻燃技術(shù)較快、較系統(tǒng)地發(fā)展，阻燃防護(hù)服、阻燃機(jī)織物等的阻燃標(biāo)準(zhǔn)也隨之發(fā)展。對(duì)紡織品的阻燃測(cè)試也應(yīng)運(yùn)而生。

表1 紡織品的阻燃測(cè)試[1]

該研究對(duì)商用聚丙烯腈(PAN)纖維進(jìn)行電子束輻照，具體為：在室溫下在空氣環(huán)境下，將幾十米的商用PAN纖維被放置在水冷臺(tái)上，使用束流能量和電流分別為1 MeV和1 mA的電子束照射200 s得到電子輻照處理的試樣。

另外再使用定制的熱穩(wěn)定系統(tǒng)和等離子體輔助熱穩(wěn)定系統(tǒng)，對(duì)原始PAN試樣和電子束輻照的PAN纖維進(jìn)行連續(xù)穩(wěn)定溫度的熱處理得到另外的試樣，不同試樣的詳細(xì)溫度及處理時(shí)間見(jiàn)表2，根據(jù)其最終熱處理溫度分別標(biāo)記為T, ET, PT和EPT (T: 定制的熱穩(wěn)定系統(tǒng)處理, PT: 等離子體輔助熱穩(wěn)定系統(tǒng)處理, ET: 電子束輻照處理+定制的熱穩(wěn)定系統(tǒng)處理, EPT: 電子束輻照處理+等離子體輔助熱穩(wěn)定系統(tǒng)處理。

研究使用 FTT 的微型量熱儀，錐形量熱儀，UL 94水平垂直燃燒裝置和氧指數(shù)儀對(duì)所制得的試樣的阻燃性能進(jìn)行研究。

表2 不同處理?xiàng)l件下的試樣

a 代表在每個(gè)溫度區(qū)間內(nèi)的停留時(shí)間

b X代表 T, ET, PT和EPT，(T: 定制的熱穩(wěn)定系統(tǒng)處理, PT: 等離子體輔助熱穩(wěn)定系統(tǒng)處理, ET: 電子束輻照處理+定制的熱穩(wěn)定系統(tǒng)處理 ,EPT: 電子束輻照處理+等離子體輔助熱穩(wěn)定系統(tǒng)處理)

試樣的熱釋放速率HRR曲線圖和熱釋放數(shù)據(jù)如圖1和表3所示。在210 °C下穩(wěn)定 10 min 的樣品顯示出三個(gè)熱釋放峰。第一個(gè)峰在相對(duì)較低的溫度約為290 ℃ 時(shí)，可以通過(guò)消除聚合物的側(cè)鏈來(lái)促進(jìn)揮發(fā)性氣體的釋放。第二和第三峰分別在320℃和440℃左右，在此溫度下，纖維進(jìn)一步降解。

T_210和PT_210試樣在加熱過(guò)程中產(chǎn)生了大量的可燃?xì)怏w，在 287℃處有一個(gè)強(qiáng)放熱峰(pHRR1), 在320℃和440℃左右分別有兩個(gè)較小的pHRR2和 pHRR3峰。

ET_210和EPT_210兩個(gè)試樣在低溫下的熱釋放減少，分別在 280 ℃和 330℃左右出現(xiàn)兩個(gè)較小的pHRR1和pHRR2峰，大部分熱量在高溫下釋放，TpHRR3約為 430–450℃。此外，電子束輻照光纖的HRR譜圖比原始纖維的HRR譜圖小得多，寬得多，表明試樣以高度穩(wěn)定性釋放一些可燃?xì)怏w。且表明ET和EPT處理的纖維釋放的易燃的氣體總量在一定程度上減少了，而EPT處理的纖維，易燃產(chǎn)物的減少更為顯著。仔細(xì)觀察圖2顯示的T_260、ET_260、PT_260 和 EPT_260數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)EPT_260顯示出低的熱釋放，且THR值為 1.2 kJ/g。

單獨(dú)看T_series纖維的情況下，所有熱燃燒參數(shù)的值都下降了，并且隨著溫度從 210 ℃升高到 280℃，250℃的第一個(gè)峰消失了。進(jìn)一步的熱處理使第二個(gè)峰轉(zhuǎn)移到更高的溫度，第三個(gè)峰在 260℃時(shí)消失。隨著穩(wěn)定度的增加，T_series纖維的 THR 值從 14.3 kJ/g 急劇下降到 1.3 kJ/g。正如預(yù)期的那樣，對(duì)T_series 樣品的進(jìn)一步熱處理導(dǎo)致其THR和氣體排放降低，并隨著其峰位置的變化而變化。T_series纖維的 THR 值以及 HRR 峰的強(qiáng)度和面積顯著低于 EPT_series 纖維。

表3 四種穩(wěn)定化方法下試樣的MCC測(cè)試參數(shù)

圖1四種不同穩(wěn)定方法下試樣的熱釋放速率 (HRR)

圖2 T_260、ET_260、PT_260、EPT_260的熱釋放速率曲線

圖3 T系列處理樣品的熱釋放速率曲線

圖4 (a) 純樣PAN , (b) FR-OPF T_260 , (c) FR-OPF EPT_260 的電子照片

圖5 純樣PAN和FR-OPFs (T_260 and EPT_260) 試樣的(a) 熱釋放速率 (HRR), (b)總熱釋放 (THR), (c) 產(chǎn)煙速率 (SPR), and (d) 總產(chǎn)煙量 (TSP)

表4通過(guò)錐形量熱儀獲得的純樣PAN纖維和FR-OPFs （T_260和EPT_260）紡織品的參數(shù)

a TTI：點(diǎn)火時(shí)間。

b PHRR：熱釋放速率峰值。

c THR：總放熱量。

d PSPR：產(chǎn)煙速率峰值。

e TSP：總產(chǎn)煙量。

f FIGRA：火災(zāi)增長(zhǎng)率指數(shù)。

從表5中可以觀察到，T_260 的 LOI 值25.7%，在 45.6 s內(nèi)全部燃燒，未能通過(guò) UL 94 等級(jí)。雖然ET_260的 LOI為32.9%，但是它在第二次點(diǎn)火后的35.1秒內(nèi)全部燃燒，未能通過(guò) UL 94 等級(jí)。這些現(xiàn)象表明，T_260和ET_260火勢(shì)蔓延速率高，一旦著火就沒(méi)有自熄能力。

然而，PT_260 和 EPT_260 分別通過(guò)了 UL 94 V-1 和 V-0 評(píng)級(jí)。PT_260 和 EPT_260 的 LOI 值分別高達(dá)46.8%和50.9%。

因此，可以說(shuō)，可以采用電子束輻照和等離子體輔助熱處理的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)低成本、高性能的 FR-OPFs。

表5 T_260、ET_260、PT_260、EPT_260的LOI值和UL 94結(jié)果

a第一次使用火焰后燃燒的持續(xù)時(shí)間 (s)。

b第二次點(diǎn)火后燃燒的持續(xù)時(shí)間 (s)。

c總余焰時(shí)間 (s)。

d試樣是否滴落燃燒顆粒并引燃棉布。

e沒(méi)有評(píng)級(jí)。

[1] 熊馳宇, 史麗敏. 我國(guó)紡織品阻燃測(cè)試方法及產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)綜述[J]. 山東紡織科技, 2020, (01): 47-52.

[2] Kil Hyun-Sig, Lee Sungho. High flame retardancy of oxidized polyacrylonitrile fibers prepared by effective plasma-assisted thermal stabilization and electron-beam irradiation[J]. Composites Part B, 2019, 107458.

在研究過(guò)程中，研究團(tuán)隊(duì)使用了英國(guó) FTT 公司的錐形量熱儀, 微型量熱儀以及氧指數(shù)儀進(jìn)行測(cè)試。FTT 為阻燃設(shè)備行業(yè)提供了諸多符合國(guó)際和國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的阻燃設(shè)備，為全球范圍內(nèi)的防火測(cè)試和科學(xué)研究作出了重要貢獻(xiàn)。