专利名称：一种无卤阻燃聚丙烯纤维的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种无卤阻燃聚丙烯(PP)纤维的制备方法。属于无卤阻燃纤维的制 备领域。
背景技术：
丙纶于1957年正式开始工业化生产，是合成纤维中的后起之秀。由于丙纶具有生 产工艺简单，相对密度小(0. 91g/ml)、原料与生产成本低，纤维强度高等特点，因此发展很 快，目前丙纶已是合成纤维的第四大品种。丙纶最大的不足在于其易燃性，聚丙烯为仅含碳 氢元素的聚合物材料，其氧指数低(仅18左右)，极易燃烧，且燃烧时发热量大，产生大量熔 滴，极易传播火焰。丙纶的易燃特性在很大程度上限制了其应用，因此赋予其阻燃性能对于 扩大应用范围具有重要意义。卤系阻燃剂是阻燃丙纶的传统阻燃添加剂。中国专利CN101713105A中公开了一 种由溴系阻燃剂和锑类协效剂等与聚丙烯混合制备假发，用低温阻燃聚丙烯纤维的方法， 制得的聚丙烯纤维的阻燃性达到V-O级。中国专利CN 101476171A中公开了一种由十溴二 苯乙烷和三氧化二锑等制备的阻燃母粒与聚丙烯共混纺丝制得的阻燃丙纶的方法。采用卤 系阻燃剂可以获得具有良好阻燃性能的阻燃聚丙烯纤维。但卤系阻燃剂因在燃烧过中产生 大量腐蚀性气体(如HCI、HBr等)及有毒物质正被逐步限制使用。因此无卤阻燃是阻燃丙 纶的主要发展方向。在对于聚丙烯的各类无卤阻燃方法中，添加膨胀型阻燃剂是具有较大 潜力的一种。膨胀型阻燃剂(IFR)具有效率高、低烟、无毒、无腐蚀气体释放等特点。IFR — 般由三功能组分组成，酸源一般指无机酸燃烧时生成酸的盐类如磷酸、硫酸、硼酸及磷酸 酯等；碳源一般多指含碳的多元醇化合物如季戊四醇、乙二醇及酚醛树脂等；气源一般 为含氮的多碳化合物如尿素、双氰胺、聚酰胺、脲醛树脂等。膨胀型阻燃剂的阻燃机理是促 进聚合物成炭，在材料表面形成一层膨胀多孔的均质炭层，起到隔热、隔氧、抑烟、防止熔滴 的作用，达到阻燃的目的。膨胀型阻燃剂中还有一类分子型的膨胀阻燃剂，这类阻燃剂分子 结构中即包含有酸源、碳源和气源，如季戊四醇螺环磷酸酯双密胺盐等。在阻燃聚丙烯中， 往往采用聚磷酸铵、季戊四醇、三聚氰胺复合膨胀阻燃体系，或是采用分子型膨胀阻燃剂来 进行阻燃。如中国专利CN 101693835A中公开了一种由氰尿酸三聚氰胺盐、三聚氰胺磷酸 胺、季戊四醇和氢氧化物组成的阻燃剂体系制备阻燃聚丙烯复合材料的方法；中国专利CN 101831109A中公开了一种由三嗪系成碳-发泡剂、聚磷酸铵和乙烯_丙烯酸酯_马来酸酐 三元共聚物插层有机蒙脱土组成的膨胀阻燃体系制备无卤阻燃聚丙烯薄膜的方法。虽然膨 胀阻燃体系对聚丙烯具有良好的阻燃作用，但是需要较大添加量时才可获得较好的阻燃效 果。阻燃聚丙烯中膨胀型阻燃剂的添加量一般都在15wt%以上。高阻燃剂添加量对于丙纶 的力学性能影响较大，且大大提升了材料成本。丙纶中膨胀型阻燃剂含量较低的情况下，燃 烧时形成的发泡碳层厚度较薄，聚丙烯燃烧时受热熔融，较薄的发泡碳层在熔体表面不稳 定，易于滑落或破裂而影响阻燃性能。因此在较低膨胀阻燃剂含量的情况下提高丙纶的阻 燃效果意义重大。
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聚合物材料电子辐照改性技术是近年来发展的较快的一种。采用电子束辐照后 的聚合物会发生部分交联，可使聚合物的耐热性提高，同时力学性能也将发生一定的改变。 如中国专利CN 101716809A中公开了一种电子束辐照改性超高分子量聚乙烯板材的制备 方法，通过辐照后板材的物理性能均有所提高。同时辐照技术可以同阻燃技术相结合，制 备具有良好阻燃性、耐热性的阻燃材料，这类方法在电缆工业中得到了广泛应用，中国专利 CN1137495C、CN1237770A、CN100555476C、CN101286377A, CN101914236A 中均公开了 电子辐 照交联制备阻燃电缆料的方法。本发明者发现，将电子辐照交联技术应用于无卤膨胀阻燃聚丙烯可大大降低膨胀 阻燃剂的添加量，并获得具有良好阻燃性能的聚丙烯产品。电子辐照可以使聚丙烯发生交 联反应，从而使聚丙烯的热分解温度提高，利于膨胀阻燃剂的发泡成碳，燃烧时形成的碳层 更为稳定，使纤维的阻燃性提高。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种无卤阻燃聚丙烯纤维的制备方 法。其特点是通过添加膨胀型无卤阻燃剂制备阻燃聚丙烯原丝，再将阻燃原丝进行电子辐 照处理，得到无卤阻燃聚丙烯纤维成品。本发明的目的由以下技术措施实现，其中所述原料份数除特殊说明外，均为重量 份数。无卤阻燃聚丙烯纤维的制备方法包括以下步骤(1)无卤膨胀型阻燃母粒的制备将聚丙烯切片30 60重量份，膨胀型阻燃剂30 68. 5重量份和添加剂1. 5 10重量份，一起在双螺杆挤出机中，于温度210 230°C熔融混合挤出造粒，得到膨胀型阻 燃母粒；(2)无卤阻燃聚丙烯原丝的制备将上述制得的阻燃母粒10 25重量份与聚丙烯切片75 90重量份混合后，通 过熔融纺丝机进行纺丝，纺丝工艺与常规聚丙烯纤维纺丝工艺相同，根据应用要求，将纺丝 制得的聚丙烯原丝纤度控制在0. 5 lOOdtex，原丝的强度在5 lOcN/dtex，原丝的断裂 伸长在10% 20%，原丝的极限氧指数在22 沈；(3)无卤阻燃聚丙烯原丝的电子辐照交联处理将上述制得的无卤阻燃聚丙烯原丝进行集束后送入电子辐照设备进行辐照交联 处理，辐照时需通过整形设备使丝束厚度小于2mm，辐照计量在50 400kGy，经辐照后纤维 进行卷绕，得到无卤阻燃聚丙烯纤维成品，所得成品纤维的纤度为0. 5 lOOdtex，强度为 2 9cN/dteX ；断裂伸长为5 18% ；纤维的极限氧指数为观 34 ；膨胀型阻燃剂为复配型的膨胀阻燃剂或分子型的膨胀阻燃剂，复配型的膨胀阻燃 剂由酸源、碳源、气源三者配置而成；其中酸源为磷酸盐或磷酸酯，优选为聚磷酸铵、聚磷 酸三聚氰胺或磷酸三苯酯；碳源为季戊四醇、新戊二醇或乙二醇；优选为季戊四醇；气源为 三聚氰胺、尿素、双氰胺或三聚氰酸；优选为三聚氰胺；三者的比例为酸源4 8份，碳源 0. 5 2份，气源2 4份；分子型的膨胀阻燃剂为含有环状结构的磷酸酯分子型膨胀阻燃 剂；优选的分子结构如下
权利要求
1.一种无卤阻燃聚丙烯纤维的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤(1)无卤膨胀型阻燃母粒的制备将聚丙烯切片30 60重量份，膨胀型阻燃剂30 68. 5重量份和添加剂1. 5 10重 量份，一起在双螺杆挤出机中，于温度210 230°C熔融混合挤出造粒，得到膨胀型阻燃母 粒；(2)无卤阻燃聚丙烯原丝的制备将上述制得的阻燃母粒10 25重量份与聚丙烯切片75 90重量份混合后，通过熔 融纺丝机进行纺丝，纺丝工艺与常规聚丙烯纤维纺丝工艺相同，根据应用要求，将纺丝制得 聚丙烯原丝的纤度控制在0. 5 lOOdtex，原丝的强度在5 lOcN/dtex，原丝的断裂伸长 在10% 20%，原丝的极限氧指数在22 沈；(3)无卤阻燃聚丙烯原丝的电子辐照交联处理将上述制得的无卤阻燃聚丙烯原丝进行集束后送入电子辐照设备进行辐照交联处理， 辐照时需通过整形设备使丝束厚度小于2mm，辐照计量在50 400kGy，经辐照后纤维进行 卷绕得到成品无卤阻燃聚丙烯原丝，所得成品纤维的纤度为0. 5 lOOdtex，强度为2 9cN/dtex ；断裂伸长为5 18% ；纤维的极限氧指数为28 34。
2.如权利要求1所述无卤阻燃聚丙烯纤维的制备方法，其特征在于膨胀型阻燃剂为复 配型的膨胀阻燃剂或分子型的膨胀阻燃剂，复配型的膨胀阻燃剂由酸源、碳源、气源三者配 置而成；其中酸源为聚磷酸铵、聚磷酸三聚氰胺或磷酸三苯酯；碳源为季戊四醇、新戊二醇 或乙二醇；气源为三聚氰胺、尿素、双氰胺或三聚氰酸；分子型的膨胀阻燃剂为
3.如权利要求1所述无卤阻燃聚丙烯纤维的制备方法，其特征在于添加剂为分散剂、 抗氧剂和紫外线吸收剂。
4.如权利要求3所述无卤阻燃聚丙烯纤维的制备方法，其特征在于分散剂为乙烯-丙 烯酸乙酯共聚物、乙烯-丙烯酸丁酯共聚物、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，PE蜡和PP蜡中的 至少一种。
5.如权利要求3所述无卤阻燃聚丙烯纤维的制备方法，其特征在于抗氧剂为抗氧剂 1010、复合抗氧剂215和复合抗氧剂225中的至少一种。
6.如权利要求3所述无卤阻燃聚丙烯纤维的制备方法，其特征在于紫外线吸收剂为羟苯基苯并三唑类。
7.如权利要求1所述无卤阻燃聚丙烯纤维的制备方法，其特征在于电子辐照设备为连 续式电子辐照生产装置或低能电子束辐照装置。
全文摘要
本发明公开了一种无卤阻燃聚丙烯纤维的制备方法，其特点是该方法包括以下步骤将聚丙烯切片30～60重量份，膨胀型阻燃剂30～68.5重量份和添加剂1.5～10重量份，一起在双螺杆挤出机中，于温度210～230℃熔融混合挤出造粒，得到膨胀型阻燃母粒；将上述制得的阻燃母粒10～25重量份与聚丙烯切片75～90重量份混合后，通过熔融纺丝机进行纺丝，将上述制得的无卤阻燃聚丙烯原丝进行集束后送入电子辐照设备进行辐照交联处理，辐照时需通过整形设备使丝束厚度小于2mm，辐照计量在50～400kGy，经辐照后纤维进行卷绕得到成品无卤阻燃聚丙烯原丝，所得成品纤维的纤度为0.5～100dtex，强度为2～9cN/dtex；断裂伸长为5～18％；纤维的极限氧指数为28～34。
文档编号D01F6/46GK102146596SQ20111012092
公开日2011年8月10日 申请日期2011年5月11日 优先权日2011年5月11日
发明者傅峰, 叶光斗, 吴道发, 姜猛进, 徐建军, 戴靖 申请人:中山科成化纤有限公司, 四川大学