Издаётся с марта 1959 года
Выходит 6 раз в год
Русская версия English version
Научно-технический журнал "Химические волокна"
+7 (495) 586-08-80
 
     Поиск по сайту журнала "Химические волокна"
Поиск по сайту
Главная  |  Архив журнала "Химические волокна" 2008 год  |  "Химические волокна" №6, 2008 год  |  Модифицирование полиакрилонитрильного волокна с целью снижения горючести
Модифицирование полиакрилонитрильного волокна с целью снижения горючести
Н.А. Щербина, Е.В. Бычкова, Л.Г. Панова
(Саратовский государственный технический университет)

Одним из критериев, определяющих возможность применения полимеров во многих отраслях промышленности, является их горючесть. Снижение их пожарной опасности является одной из важнейших научных и практических задач. Это подтверждается принятием в Российской Федерации закона “О пожарной безопасности”. Проблемы снижения горючести текстильных материалов остаются в центре внимания исследований. Об этом свидетельствуют прогнозы на увеличение производства огнезащищенных текстильных материалов.

В современных методах снижения горючести полиакрилонитрильного (ПАН) волокна большое внимание уделяется поверхностной обработке тканей и волокон замедлителями горения (ЗГ) или огнезамедлительными системами (ОГЗС).

Следует отметить, что ЗГ, эффективных для снижения горючести ПАН волокон, немного, поэтому в данной работе рассматривалась модификация ПАН волокон с использованием синергетических систем, состоящих из пирофакса (ПФ) и диамидометилфосфата (Т-2). Для фиксации ЗГ в структуре волокна и сохранности огнезащитного эффекта применялись мочевина (МО) и полисахариды (ПСХД).

Процесс модифицирования, осуществляемый по ранее выбранному режиму [1], включал следующие стадии: пропитка готового волокна растворами ЗГ с различным соотношением компонентов при температуре 20°С в течение 60с и модуле ванны 5; сушка до постоянной массы при температуре 25+5°С; термообработка при 150°С в течение 10 мин для проявления взаимодействия ЗГ с волокном; промывка при 40°С для удаления непрореагировавшего препарата; сушка.

Расчет коэффициента эффективности сорбционного взаимодействия волокна с ЗГ, характеризующего сохранение ЗГ на волокне после стирки, показал, что наибольшее повышение эффективности сорбционного взаимодействия достигается введением в модифицирующую ванну МО (табл.1), которая может образовывать соединения включения как с органическими, так и с неорганическими веществами.

В связи с тем, что ПАН волокно при повышенных температурах переходит в растеклованное состояние, при исследованиях выявили влияние этих условий на эффективность взаимодействия ЗГ с волокном.

При модификации исследуемыми ЗГ и ОГЗС установлена (рис.1) высокая эффективность при обработке волокна ванной, содержащей смесь ЗГ (Т-2+ПФ)+ПСХД. Этот эффект сохраняется при всех способах модификации. Вместе с тем следует отметить, что предварительная термическая обработка немодифицированного ПАН волокна при 100°С, а также пропитка его ванной с температурой 85°С незначительно изменяют эффективность сорбционного взаимодействия ЗГ с ПАН волокном.

Известно [3], что для снижения горючести ПАН волокон необходимо предотвратить деполимеризацию, приводящую к образованию горючих летучих соединений (нитрилы, цианид водорода, аммиак) и создать условия для реакции циклизации, способствующей коксообразованию. В связи с этим, методом термогравиметрического анализа исследовали закономерности процесса пиролиза модифицированных волокон.

Для исходного немодифицированного ПАН волокна в интервале температуры 210-270°С начинаются процессы циклизации, обеспечивающие создание структуры полимера, способной формировать карбонизованный остаток. Однако при повышении температуры процессы деполимеризации становятся преобладающими: значительно возрастают потери массы волокна и скорость потерь массы (табл.2, рис.2).

С введением в состав волокна ЗГ и ОГЗС процессы циклизации в модифицированном волокне начинаются при температуре более низкой, чем для исходного ПАН волокна (табл.2, 3) и протекают с меньшей скоростью (рис.2), сопровождаясь большим выходом коксового остатка (КО). Сформировавшийся кокс характеризуется большей термостойкостью, так как потери массы при температуре выше 500°С у модифицированных волокон меньше, что свидетельствует не только об инициирующем влиянии ЗГ на коксообразование, но и на структуру КО. При пиролизе модифицированного волокна снижается общий выход летучих продуктов, уменьшается высота экзотермических пиков, соответствующих процессу циклизации ПАН, снижается энергия процесса циклизации (табл.2).

Как показали результаты анализа, наиболее эффективными ЗГ для ПАН волокон являются ПФ, МО и ПСХД, что объясняется наличием в их составе реакционноспособных групп, а также способностью МО и ПСХД образовывать комплексные соединения. Кроме того, ПСХД относится к обволакивающим средствам и может образовывать на поверхности волокна защитный слой, предотвращающий вымывание ЗГ из его структуры.

Изменения, происходящие в процессе пиролиза полимеров, влияют на горючесть волокнистых материалов на основе модифицирующих волокон. В наших исследованиях огнестойкость оценивали по показателю воспламеняемости полимеров - кислородному индексу (КИ), а также по потерям массы образцов при поджигании их на воздухе. Анализ полученных данных позволяет сделать вывод об эффективности взаимодействия ЗГ с ПАН волокном, что подтверждается увеличением КИ с 18% (об.) для исходного ПАН волокна до 34.5% для модифицированных систем (табл.4). Однако после однократной стирки значение КИ снижается.

Основные физико-механические показатели модифицированного ПАН волокна зависят от многих факторов, в том числе и от состава модифицирующей ванны. Наибольшее усилие, выдерживаемое волокном до разрыва, наблюдается у образцов состава (ПАН + 30Т-2) + ПСХД и (ПАН + 30ПФ) + ПСХД (рис.3).

Применение модифицированных волокон может быть особенно эффективным при изготовлении ковров, напольных покрытий, тепло- и звукоизоляционных материалов и в производстве углеродных волокон.

  • Методом пропитки готового волокна растворами ЗГ при различном соотношении компонентов получено огнестойкое ПАН волокно. Кислородный индекс модифицированных образцов повышается до 34.5% (об.).
  • Расчетом коэффициента эффективности сорбционного взаимодействия установлено наличие взаимодействия ПАН волокна с ЗГ за счет как химических, так и ван-дерваальсовых и водородных связей.
  • Исследовано влияние ЗГ на пиролиз модифицированных волокон. Процессы циклизации в модифицированном волокне начинаются при меньших, чем для исходного ПАН волокна, температурах, протекают с меньшей скоростью и сопровождаются большим выходом коксового остатка.

Библиографический список
1. ЩербинаН.А., Бышкова Е.В. и др. Междунар. симпоз. “Композиты XXI века”, Саратов, 20-22 сентября, 2005. // Докл. - Саратов, 2005. - С.392-394.
2. Щербина Н.А., Бышкова Е.В., Панова Л.Г. IV Междунар. конф. “Композит 2007”, Саратов, 3-6 июля, 2007. // Докл. - Саратов, 2007. - С.337-339.
3. Термо-, жаростойкие и негорючие волокна. / Под ред. А.А. Конкина. - М.: Химия, 1978. - 424 с.

О журнале        Новости        Редколлегия        Авторам        Библиотека        Архив издания        Контакты
Copyright © 2018 "Химические волокна"
Design by Sergey Dorodnikov
 
+7 (495) 586-08-80
 
141009, Россия, Московская обл.
г. Мытищи, а/я 217