一种阻燃抗熔滴熔喷非织造保温材料及其制备方法和应用
本发明属于高分子纤维材料,涉及一种阻燃抗熔滴熔喷非织造保温材料及其制备方法和应用。
背景技术:
1、纤维基三维非织造材料密度低、结构蓬松,内部孔隙可滞留大量静止空气,广泛应用于服装保暖填充、设备隔热、交通工具隔热、管道保温等领域。然而,该类材料多以聚烯烃、聚酯等热塑性聚合物为原料,这类聚合物普遍易燃或可燃,在火焰或高温环境下易软化、熔融并产生熔融滴落物,不仅易引燃周边可燃物,还会破坏材料原有的蓬松结构,导致保温性能大幅下降。因此,如何在维持蓬松保温结构的前提下同步实现阻燃与抗熔滴性能,是该领域的核心技术难题。
2、现有技术围绕这一问题主要沿两条路线展开,但均存在根本性局限。
3、配方改性路线通过在聚合物基体中添加阻燃剂来提升阻燃与抗熔滴能力。例如,专利cn117730121b公开了一种阻燃聚丙烯组合物,通过复配含氮阻燃剂与高熔体强度聚丙烯抗滴落剂来提升熔体保持能力;专利申请cn102146596a则结合膨胀型阻燃剂与电子辐照交联实现无卤阻燃。然而,这类方案仅停留在聚合物组合物层面的静态抗滴落设计,未与蓬松熔喷絮片的纤维卷曲和孔隙结构进行协同调控,难以在维持保温性能的同时实现有效的抗熔滴效果。
4、复合纺丝路线通过纤维截面结构设计来实现蓬松保温或抗熔滴效果。例如,专利申请cn101580979a采用聚苯硫醚皮层与阻燃聚酯芯层构成皮芯复合纤维,借助耐热皮层防熔滴;专利申请cn1974906a和cn112458633a则分别通过并列型双组分和后续热处理形成自卷曲高蓬松结构。然而,前者依赖专用皮芯复合纺丝设备,无法适用于常规单组分共混熔喷工艺;后两者虽能实现高蓬松保温,但未引入阻燃体系,且同样依赖双组分纺丝设备,工艺成本较高。
5、由此可见,两条路线各自独立发展,配方改性路线可引入阻燃功能但牺牲蓬松结构,复合纺丝路线可构建蓬松或耐热结构但缺乏阻燃能力。若试图将两者结合,例如在已有卷曲纤维体系中直接引入阻燃组分,又会因缺少界面相容与约束结构,导致阻燃剂团聚、相界面缺陷增多,影响熔喷可纺性的同时破坏回缩应力的连续传递。以专利cn118531562b为例,其公开了一种以刚性聚合物或聚酯类聚合物与弹性体聚合物为原料,经干燥、混合造粒后熔喷纺丝得到的卷曲纤维基三维非织造材料,但该方案本身未设置阻燃体系,且依靠非对称气流形成的纤维自卷曲,卷曲比例与程度有限,纤维网络缠结节点不足,难以通过网络回缩有效牵制熔融物。
6、综上,现有技术缺少将纤维内部约束结构、卷曲纤维网络回缩与阻燃体系有机结合的协同方案,难以在维持熔喷可纺性与蓬松保温结构的前提下同时实现优良的阻燃与抗熔滴性能。
技术实现思路
1、本发明的目的是解决现有技术存在的问题,提供一种阻燃抗熔滴熔喷非织造保温材料及其制备方法和应用。
2、为达到上述目的,本发明采用的技术方案如下:
3、一种阻燃抗熔滴熔喷非织造保温材料的制备方法,将熔喷原料熔融共混得到熔喷母粒后,将熔喷母粒送入熔喷机进行熔喷纺丝,熔喷纺丝过程中熔喷气流经两边风道后从两边风道口喷出,对熔体细流进行拉伸剪切,使其细化形成纤维,随后纤维堆砌并利用接收装置收集,熔喷原料包括组分a、组分b、组分c、组分d和组分e;
4、组分a为热塑性聚合物,组分b为弹性体聚合物或柔韧性聚合物,组分c为阻燃剂,组分d为界面相容剂,组分e为引发剂;
5、从两边风道口喷出的熔喷气流均产生指向喷丝孔中心轴线的横向速度分量,并在距离喷丝孔1-8mm的位置交汇;熔喷气流从两边风道口喷出的方向的夹角θ为120-145°,明显高于专利cn118531562b(30-45°);熔喷气流从两边风道口喷出的速度v为300-500km/h;
6、如图1所示,将速度v分解,水平对冲分量vx=v×,竖直输送分量vy=v×。增大θ,水平对冲分量vx提高,两股熔喷气流的相对速度和速度梯度明显提高,更容易在中心区域产生剪切、压力波动和非定常扰动。
7、本发明阻燃抗熔滴熔喷非织造保温材料的制备过程包括熔融共混阶段、热风牵伸阶段、气流交汇与接收成网阶段三个阶段,三个阶段配合使得阻燃抗熔滴熔喷非织造保温材料具有不同于现有技术的微观和宏观形貌,具体说明如下:
8、1.熔融共混阶段:分散相细化并形成多层次约束网络
9、本发明在熔融共混造粒过程中,热塑性聚合物首先形成连续熔体相,弹性体聚合物(或柔韧性聚合物)以分散相存在,阻燃剂则以固体颗粒或微小聚集体分布于聚合物熔体中。
10、界面相容剂能够降低不同组分之间的界面张力,且存在非极性链段以及能够与极性组分发生相互作用的极性官能团,在熔融共混过程中,界面相容剂富集于热塑性聚合物与弹性体聚合物的相界面,使原先存在的弹性体微区被界面相容剂包围,相界面张力降低,在搅拌的机械力作用下被不断细化并通过极性基团与非极性基团与基材结合。热塑性聚合物链段与弹性体聚合物链段在界面附近发生相互扩散、穿插和缠结,逐渐形成以分子链拓扑缠结、弹性体微区和界面结合区为临时节点的动态物理约束网络。当体系中存在可反应位点时,引发剂受热分解产生自由基,促进组分之间发生少量接枝、支化和/或适度交联,对上述物理约束网络起到锚定作用。同时相容剂的极性官能团可与阻燃剂颗粒表面的极性基团或活性位点发生氢键、偶极或酸碱相互作用,其与聚合物相容的链段则嵌入聚合物基体,从而改善阻燃剂在基体中分布不均匀的问题。阻燃剂的均匀分布能够使纤维各区域在受热时均及时发挥气相抑制、促进成炭及隔热隔氧作用,避免因局部阻燃剂含量不足而形成易燃、易软化、易产生熔滴的薄弱区域。同时,均匀分散可增大阻燃剂与聚合物基体的有效接触面积,减少颗粒团聚造成的阻燃剂利用率不足的问题,并使含氮、含磷和含溴组分在同一受热区域充分发挥协同阻燃作用。冷却造粒后,体系形成由热塑性聚合物连续相、细化的弹性体分散相、均匀分布的阻燃相、界面结合区以及可选的少量化学连接点共同组成的多层次约束结构,从而提高组分间结合强度,限制后续高温条件下的链段滑移和熔体自由流动。
11、2.热风牵伸阶段:相区轴向拉长并形成取向储能结构
12、共混母粒重新熔融并由喷丝孔挤出后,首先形成直径为0.2-0.3mm的高温熔体细流。高速热气流对熔体细流施加轴向牵伸和剪切作用,使其直径迅速减小并逐渐形成细纤维。在这一过程中,原本呈无规卷曲状态的热塑性聚合物和弹性体聚合物分子链沿纤维轴向展开、拉伸和取向;分散于热塑性聚合物中的弹性体微区也随熔体共同变形,由近似颗粒状或不规则微区逐渐转变为沿纤维轴向拉长的椭球状、条带状或微纤状结构。
13、多层次约束网络使不同组分在高速牵伸过程中能够协同变形,并减少分子链之间的完全滑脱(进而降低断丝概率)。弹性体聚合物链段如同被拉长的弹簧,将部分牵伸功以可回复应变能的形式储存;热塑性聚合物取向链段则为纤维提供基本的结构支撑。随着纤维逐渐冷却,热塑性聚合物开始发生凝固和结晶,轴向取向的分子链、被拉长的弹性体微区及界面约束结构被暂时固定,使纤维由高温下可自由变形的熔体细流逐渐转变为内部具有轴向取向结构和潜在回复能力的固态纤维。
14、3.气流交汇与接收成网阶段:直线熔体细流转变为卷曲纤维和三维多孔纤网
15、本发明使两股高速热气流在靠近喷丝孔1-8mm的位置相向交汇。由于交汇区域内的熔体细流温度较高、黏度较低且尚未完全固化,能够及时响应交汇气流产生的横向压力差、速度梯度、剪切扰动和局部涡流。熔体细流由最初沿纺丝方向近似直线运动,逐渐发生左右交替摆动、弯曲及旋转偏转,其运动轨迹由直线状转变为波浪状、螺旋状或不规则摆动状态。
16、熔体细流在持续轴向细化的同时,其弯曲和摆动形态随快速冷却而被固定,最终形成具有不同卷曲半径和卷曲频数的弯曲、波浪状或三维卷曲纤维。卷曲纤维到达接收装置后相互搭接、穿插和缠结,增加纤维之间的交叉节点及空间支撑点,使纤网由相对平直、紧密的二维堆积结构转变为具有较大厚度、较高孔隙率和多尺度孔道的三维蓬松结构。该三维卷曲缠结纤网既能够滞留静止空气并降低热量传递,又能够为纤维受热后的弯曲、转动和回缩提供空间路径,同时使单根纤维产生的回缩力通过纤维间的搭接和缠结节点向局部纤网传递。
17、由于阻燃抗熔滴熔喷非织造保温材料具有不同于现有技术的微观和宏观形貌,因此具有优良的阻燃和抗熔滴性能,具体原因如下:
18、当火焰首先作用于材料片局部区域时,直接受热处的纤维先发生软化或局部熔融,而外围温度较低的纤维尚未完全熔融,仍保持一定的纤维形态、结构连续性和承载能力,使局部熔融区域能够通过未完全熔融的连续纤维段与外围三维卷曲缠结纤网保持连接。
19、随着温度升高,分子链的活动能力逐步恢复,取向分子链和沿纤维轴向被拉长的弹性相开始向较低取向和较低伸长状态回复,将储存的应变能转化为轴向回缩力,使单根纤维缩短、弯曲程度增大或向温度较低区域回撤。纤维内部的分子链拓扑缠结、弹性体微区、组分界面结合区及化学连接点共同构成多层次约束网络,减少回缩过程中链段和组分界面的完全滑脱。
20、材料原有的蓬松孔隙结构为纤维的弯曲、转动和向内位移提供回缩空间及路径。单根纤维产生的回缩力通过纤维之间的交叉搭接、物理缠结和局部热黏结节点相互传递、分配和协同叠加,使局部纤网由原有的蓬松展开状态向纤网内部收缩并逐渐致密化。
21、在此过程中,熔体或局部熔融的聚合物如同被周围尚未完全熔融的纤网“牵引束缚”,在纤维的牵引和支撑作用下随纤网向内部或温度较低区域收拢,缩短熔体的无支撑悬垂长度,从而限制其在重力作用下继续向下流动、拉丝、细颈化和脱离,最终减少熔滴的形成。
22、本发明可解决在专利cn118531562b的体系中引入阻燃体系后,依然无法使非织造材料兼具优良抗熔滴、阻燃与保温性能的问题,原因如下:
23、(1)本发明在熔喷原料中增加了界面相容剂和引发剂;
24、专利cn118531562b的熔喷原料主要由刚性聚合物或聚酯类聚合物与20-50份弹性体聚合物构成,未公开复配型阻燃剂、界面相容剂和引发剂。其卷曲机理主要依靠刚性聚合物与弹性体之间结晶、冷却和取向程度的差异,使纤维在牵伸外力消失后发生不均匀收缩和自卷曲。但其未对阻燃相与弹性相加入后可能产生的团聚、界面缺陷和回缩应力传递不连续问题提出解决措施(这些缺陷可能导致纤维在气流场拉伸过程中因受力不匀而发生断裂,影响成纤效果),也未建立用于限制受热链段滑移和熔体自由流动的多层次约束网络。
25、本发明通过各相的均匀混合、充分细化分散,结合物理-化学双重约束的方式,为不同相的分子链间提供了锚点,使其在纺丝过程中可被连续牵伸,不会出现断丝、纺丝不连续的情况;因此,本发明与专利cn118531562b的区别不仅是增加了相容剂和引发剂,更在于构建了能够兼顾各相均匀分散、取向应变能储存及受热回缩应力传递的多层次约束结构。同时可为未来更多组分的添加提供了技术基础。
26、(2)本发明控制两股气流均指向喷丝孔中心轴线,并在喷丝孔附近发生高相对速度交汇;
27、专利cn118531562b通过两边风道口宽度与角度的差异,使纤维两侧形成不同的冷却速率、取向程度和内部收缩应力,从而诱导纤维产生自卷曲。该专利虽然公开了非对称气流参数,但未将“两股气流在熔体细流尚未固化的喷丝孔附近相向交汇”作为必要技术特征,也未限定气流交汇位置与熔体固化位置之间的关系,其气流调控目的主要是形成纤维截面方向上的不均匀取向和自卷曲。
28、本发明的两股气流均指向喷丝孔中心轴线,并在喷丝孔附近发生高相对速度交汇,交汇点在喷丝孔下方1-8mm处,此时熔体细流尚处于高温、低黏度和未完全固化状态,能够大幅提高卷曲纤维的产生比例和卷曲频数,形成更多交叉缠结节点。受火时,外围尚未完全熔融的纤维释放应变能并回缩,通过三维缠结网络将回缩力传递给局部软化或熔融物,使其向纤网内部收拢,减少向下流动、细颈和滴落。
29、卷曲纤维比例的提高使纤维网络形成更多空间支撑点、缠结节点和蓬松孔隙,因而在相同单位面积质量下具有更高的厚度和蓬松度,能够滞留更多静止空气并降低热量传递。同时,卷曲孔隙为纤维受热回缩提供形变空间,纤维缠结节点能够传递回缩力并牵制局部软化或熔融物,因此该结构改善的不仅是保温性能,也有利于提高纤网的抗熔滴能力。
30、涡流卷曲可使熔体在固化前发生摆动和卷曲,形成蓬松的三维缠结网络,增加纤维间的交叉节点,为受热收缩提供形变空间,并将单根弹性纤维产生的回缩力传递至整个纤网,使得局部软化或熔融物所受重力被分散至整个纤网,限制其向下流动和滴落;同时,该结构能够提高纤网厚度和静止空气含量,兼顾抗熔滴与保温性能。
31、(3)本发明添加了阻燃剂;
32、专利cn118531562b未公开阻燃剂,也未针对材料的极限氧指数、续燃时间、熔滴数量及熔滴引燃风险进行评价。即使在其刚性聚合物/弹性体体系中直接加入阻燃剂,阻燃剂颗粒也可能改变熔体流变性能、相界面状态和熔喷牵伸行为;在缺少界面相容剂及反应型引发剂约束结构的情况下,很可能出现阻燃相团聚、成纤稳定性下降或纤网蓬松结构受损的问题。因此,简单加入阻燃剂并不能必然实现阻燃、抗熔滴与保温性能的同步提升。
33、本发明低添加量阻燃剂能够提高基材本身的阻燃性能,通过气相抑制与凝聚相屏蔽的协同作用提高材料的阻燃性能。受火后,含溴组分热分解产生hbr及含溴活性物种,捕获火焰中的h·、oh·等高活性自由基,阻断维持燃烧的自由基链式反应;含磷组分根据其具体结构形成含磷自由基参与气相抑制,并可在凝聚相中生成磷酸或聚磷酸类结构,促进体系交联、成炭及表面保护层形成;含氮组分则通过释放难燃气体、吸收热量以及参与p-n结构形成,进一步稀释可燃裂解产物并增强保护层的隔热、隔氧作用。三类组分共同降低火焰持续燃烧能力及其向材料内部的热反馈,减缓热塑性聚合物进一步热裂解和高温区域扩展,从而提高极限氧指数并缩短续燃时间。
34、作为优选的技术方案:
35、如上所述的一种阻燃抗熔滴熔喷非织造保温材料的制备方法,熔喷机包括熔喷模头和两块挡风板;喷丝孔设置在熔喷模头内;两块挡风板布置在熔喷模头的相对两侧,两边风道由熔喷模头和两块挡风板共同围成;熔喷模头内设有出风通道,出风通道的出风口位于熔喷模头的下表面上,熔喷气流经出风通道的出风口流出进入两边风道。
36、如上所述的一种阻燃抗熔滴熔喷非织造保温材料的制备方法,两块挡风板面向出风通道的出风口的表面向下方凹陷,形成连续内凹弧面,使得熔喷气流在两边风道逐渐转向,减小突然转向造成的流动分离与能量损失,并在从两边风道口喷出时产生指向喷丝孔中心轴线的横向速度分量。
37、如图2中b所示,专利cn118531562b中熔喷气流从出风通道的出风口流出后直接撞击挡风板,会产生较大噪音,同时造成气流能量损失;如图2中a所示,本发明两块挡风板面向出风通道的出风口的表面向下方凹陷,形成连续内凹弧面,熔喷气流经出风通道的出风口流出进入两边风道后,沿连续内凹弧面实现顺滑转向,避免气流直接撞击挡风板,减小突然转向造成的流动分离与能量损失,降低噪音,减少喷出时的风速损失,并在从两边风道口喷出时产生指向喷丝孔中心轴线的横向速度分量。
38、如图3中a所示,依靠该内凹弧面的导流构型,两边风道口喷出的熔喷气流喷出方向形成夹角θ为120-145°,该风道结构为实现大角度气流喷射提供结构基础。
39、如图4中a所示,在弧形挡风板的作用下,两股熔喷气流能够在距离喷丝孔1-8mm的位置完成交汇;而如图4中b所示,专利cn118531562b中,气流交汇位置距离喷丝孔大约为10-20mm,熔体细流到达交汇区域时已经大幅冷却固化,难以被气流扰动有效作用。
40、如图6中a所示,在横向速度分量的作用下,熔体轨迹呈现一个角度更大的喇叭状,熔体能够更好地响应横向速度分量带来的气流扰动与涡流作用,进而诱导卷曲产生。如图6中b所示,现有技术的熔体轨迹仍呈现开口较小的喇叭状,因缺乏足够的横向速度分量,卷曲纤维的生成效果受限。
41、如上所述的一种阻燃抗熔滴熔喷非织造保温材料的制备方法,热塑性聚合物为聚烯烃类聚合物或聚酯类聚合物;
42、聚烯烃类聚合物包括聚丙烯(包括均聚聚丙烯、无规共聚聚丙烯和嵌段共聚聚丙烯中的至少一种)、聚乙烯(包括低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯和高密度聚乙烯中的至少一种)、聚丁烯-1、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-α-烯烃共聚物;
43、聚酯类聚合物包括聚乳酸、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚丁二酸丁二醇酯、聚己内酯、聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯;
44、推荐使用在230℃、2.16kg下熔体流动速率为1500-1800g/10min的熔喷级聚丙烯。
45、如上所述的一种阻燃抗熔滴熔喷非织造保温材料的制备方法,弹性体聚合物或柔韧性聚合物为聚烯烃类弹性体、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物和热塑性聚氨酯弹性体中的至少一种;
46、聚烯烃类弹性体和/或热塑性聚氨酯弹性体为非官能化弹性体,或者为含有酸酐基团、环氧基团、羧基和羟基中的至少一种官能团的官能化弹性体;
47、聚烯烃类弹性体的分子链包括聚烯烃主链、由共聚单体形成的柔性链段以及能够形成结晶微区的链段,结晶微区构成可逆物理交联点;聚烯烃类弹性体为无规共聚结构、嵌段共聚结构或多嵌段共聚结构;聚烯烃类弹性体为乙烯-α-烯烃共聚物(包括乙烯-1-丁烯共聚物、乙烯-1-己烯共聚物和乙烯-1-辛烯共聚物中的至少一种,1-丁烯、1-己烯或1-辛烯共聚单元分别在分子链中引入乙基、正丁基或正己基侧链,以降低分子链规整性和结晶度并形成无定形柔性区域)、丙烯-α-烯烃共聚物和乙烯-丙烯共聚物中的至少一种;
48、热塑性聚氨酯弹性体的分子链包括柔性软链段和含氨基甲酸酯基团的硬链段,硬链段通过氢键作用形成物理交联微区,软链段用于提供链段活动性和弹性回复能力;热塑性聚氨酯弹性体为聚醚型热塑性聚氨酯弹性体、聚酯型热塑性聚氨酯弹性体、聚己内酯型热塑性聚氨酯弹性体和聚碳酸酯型热塑性聚氨酯弹性体中的至少一种。
49、如上所述的一种阻燃抗熔滴熔喷非织造保温材料的制备方法,界面相容剂为马来酸酐接枝类相容剂、环氧官能团类相容剂、钛酸酯偶联剂和铝酸酯偶联剂中的至少一种;
50、马来酸酐接枝类相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯、马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝乙烯-α-烯烃共聚物、马来酸酐接枝乙烯-丙烯共聚物、马来酸酐接枝乙烯-丙烯-二烯共聚物和马来酸酐接枝苯乙烯类嵌段共聚物中的至少一种;
51、环氧官能团类相容剂为甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚丙烯、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚乙烯、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝乙烯-α-烯烃共聚物、乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物和乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物中的至少一种;
52、钛酸酯偶联剂为单烷氧基型钛酸酯偶联剂、单烷氧基焦磷酸酯型钛酸酯偶联剂和螯合型钛酸酯偶联剂中的至少一种;
53、铝酸酯偶联剂为烷氧基铝酸酯偶联剂和螯合型铝酸酯偶联剂中的至少一种;
54、具体地,当热塑性聚合物为聚烯烃类聚合物时,界面相容剂可以为聚丙烯接枝马来酸酐(pp-g-mah)、聚乙烯接枝马来酸酐(pe-g-mah)、聚烯烃弹性体接枝马来酸酐(poe-g-mah)、乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物(e-gma)或乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物(eba-gma);
55、当所述热塑性聚合物为聚酯类聚合物时,界面相容剂可以为乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物(ema-gma)、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚烯烃弹性体(poe-g-gma)、苯乙烯-马来酸酐共聚物(sma)或含多官能环氧基团的苯乙烯-丙烯酸酯共聚物中的至少一种。
56、如上所述的一种阻燃抗熔滴熔喷非织造保温材料的制备方法,阻燃剂为含氮阻燃剂、含磷阻燃剂和含溴阻燃剂中的一种以上;
57、含氮阻燃剂为三聚氰胺、三聚氰胺氰尿酸盐、三聚氰胺聚磷酸盐、胍类化合物和三嗪类化合物中的至少一种;
58、含磷阻燃剂为次磷酸盐、次膦酸盐和磷酸酯类阻燃剂中的至少一种;
59、含溴阻燃剂为十溴二苯乙烷、溴化聚苯乙烯、溴化环氧树脂、四溴双酚a及其衍生物中的至少一种。
60、如上所述的一种阻燃抗熔滴熔喷非织造保温材料的制备方法,引发剂为过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酰、2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧基)己烷、二叔丁基过氧化物和过氧化苯甲酸叔丁酯中的至少一种;引发剂在熔融共混过程中受热分解产生自由基,自由基夺取聚合物分子链上的活泼氢形成大分子自由基,随后与体系中的反应位点发生接枝、偶联或适度交联,从而增强各组分间的界面结合,限制熔融状态下分子链的相对滑移,提高熔体强度和弹性。
61、如上所述的一种阻燃抗熔滴熔喷非织造保温材料的制备方法,按重量份数计,熔喷原料由70-90份组分a、5-20份组分b、3-10份组分c、1-5份组分d和0.01-0.05份组分e组成。
62、如上所述的一种阻燃抗熔滴熔喷非织造保温材料的制备方法,熔融共混前,对熔喷原料进行预混,先将组分c、组分d、组分e预混再与组分a和组分b混合;组分e应采用载体稀释或母粒化方式均匀加入,组分e因添加量很少,可先用溶剂(如甲醇、乙醇、异丙醇、乙酸乙酯、乙醚、n,n-二甲基甲酰胺(dmf)、n,n-二甲基乙酰胺(dmac)等)溶解,再与组分c、组分d混合后充分干燥,使引发剂充分分散于各组分中,避免局部浓度过高。
63、如上所述的一种阻燃抗熔滴熔喷非织造保温材料的制备方法,熔喷原料通过造粒机加工成熔喷母粒;
64、造粒机包括料斗、双螺杆挤出机、造粒模头和切粒机;
65、双螺杆挤出机包括沿物料输送方向依次设置的第一至第六温区;主螺杆各温区的实际温度根据引发剂分解温度、树脂熔点、黏度和热稳定性设置,一至四区逐步升温、五至六区及造粒模头适度降温,以使原料充分熔融塑化和均匀混合,同时提高熔体强度和挤出条的成型稳定性,便于后续冷却切粒;
66、当热塑性聚合物为聚丙烯时,双螺杆挤出机第一至第六温区的温度分别为120-140℃、140-180℃、160-230℃、180-240℃、170-220℃和170-200℃,喂料螺杆转速为80-150r/min,主螺杆转速为100-230r/min;造粒模头温度为160-200℃;切粒机转速为1500-3000r/min;
67、当热塑性聚合物为聚乙烯时,双螺杆挤出机第一至第六温区的温度分别为80-110℃、105-140℃、130-175℃、160-210℃、150-195℃和140-185℃,喂料螺杆转速为80-150r/min,主螺杆转速为100-230r/min;造粒模头温度为140-180℃;切粒机转速为1500-3000r/min;
68、当热塑性聚合物为聚乳酸时,双螺杆挤出机第一至第六温区的温度分别为100-145℃、145-175℃、165-195℃、180-215℃、170-200℃和160-190℃,喂料螺杆转速为80-150r/min,主螺杆转速为100-230r/min;造粒模头温度为160-185℃;切粒机转速为1500-3000r/min;
69、当热塑性聚合物为聚对苯二甲酸乙二醇酯时,双螺杆挤出机第一至第六温区的温度分别为180-235℃、235-265℃、255-280℃、270-295℃、260-285℃和250-275℃,喂料螺杆转速为80-150r/min,主螺杆转速为100-230r/min;造粒模头温度为250-275℃;切粒机转速为1500-3000r/min;
70、切粒后还需进行干燥,干燥温度为60℃,干燥时间为9-12h,以降低水分和挥发物对熔喷稳定性的影响。
71、如上所述的一种阻燃抗熔滴熔喷非织造保温材料的制备方法,接收装置为输网帘。
72、如上所述的一种阻燃抗熔滴熔喷非织造保温材料的制备方法,熔喷机还包括双螺杆挤出机和计量泵;
73、双螺杆挤出机包括沿物料输送方向依次设置的第一至第五温区;
74、热塑性聚合物为聚丙烯时,双螺杆挤出机第一温区至第五温区的温度分别为170-240℃、180-250℃、190-260℃、200-270℃和210-280℃,模头温度为210-280℃;计量泵频率为2-10hz;熔喷气流的温度为170-260℃,压力为0.1-0.3mpa;接收距离为40-90cm;输网帘的速度为0.1-1m/s;
75、热塑性聚合物为聚乙烯时,双螺杆挤出机第一温区至第五温区的温度分别为105-140℃、130-170℃、155-195℃、180-220℃和200-240℃,模头温度为200-240℃;计量泵频率为2-10hz;熔喷气流的温度为190-270℃,压力为0.1-0.3mpa;接收距离为40-90cm;输网帘的速度为0.1-1m/s;
76、热塑性聚合物为聚乳酸时,双螺杆挤出机第一温区至第五温区的温度分别为150-180℃、175-205℃、200-230℃、220-250℃和235-270℃,模头温度为235-270℃;计量泵频率为2-10hz;熔喷气流的温度为250-300℃,压力为0.1-0.3mpa;接收距离为40-90cm;输网帘的速度为0.1-1m/s;
77、热塑性聚合物为聚对苯二甲酸乙二醇酯时,双螺杆挤出机第一温区至第五温区的温度分别为220-240℃、235-255℃、250-270℃、260-285℃和265-300℃,模头温度为265-300℃;计量泵频率为2-10hz;熔喷气流的温度为280-340℃,压力为0.1-0.3mpa;接收距离为40-90cm;输网帘的速度为0.1-1m/s。
78、本发明还提供了一种阻燃抗熔滴熔喷非织造保温材料,采用如上任一项所述的一种阻燃抗熔滴熔喷非织造保温材料的制备方法制得;
79、阻燃抗熔滴熔喷非织造保温材料的单位面积质量为50-300g/m²,厚度为3-80mm,孔隙率不低于98%,平均孔径为5-50μm;
80、阻燃抗熔滴熔喷非织造保温材料的loi>30%,垂直燃烧试验中的续燃时间≤1.1s,阴燃时间≤0.7s,无熔滴,试样受火后的热收缩率≤13.6%,导热系数≤29.4mw/(m·k)。
81、本发明还提供了如上所述的一种阻燃抗熔滴熔喷非织造保温材料的应用,用于建筑墙体保温、屋面保温、管道保温、设备隔热、交通工具隔热、服装保暖填充、防护用品隔热层或冷链包装保温层。
82、有益效果:
83、(1)本发明通过原料组分与熔喷气流结构的协同设计,使制得的熔喷非织造保温材料同时具备优良的阻燃性能、抗熔滴性能与保温性能,解决了现有技术中三类性能难以兼顾的技术问题。
84、(2)本发明通过界面相容剂与引发剂的配合,在熔融共混过程中形成多层次约束网络,改善了阻燃剂与弹性体在热塑性聚合物基体中的分散状态,提升了组分间的界面结合强度,既保障了熔喷纺丝的可加工性,又能够限制高温条件下聚合物链段的相对滑移与熔体自由流动。
85、(3)本发明通过使两侧熔喷气流产生指向喷丝孔中心轴线的横向速度分量并在喷丝孔附近交汇,诱导未固化的熔体细流形成卷曲纤维并构建三维缠结网络,既通过蓬松多孔结构滞留静止空气以实现良好的保温效果,又为纤维受热回缩提供形变空间与应力传递路径,可通过网络回缩牵制局部熔融物,降低熔融滴落的产生风险。
版权声明:本站专利文献数据主要来源于国家知识产权局等公开渠道,由 技术新讯 进行整理汇编。页面设计及数据汇编的著作权归本站所有。全部内容仅供个人学习、科研评估与技术交流参考,严禁用于任何商业用途(包括但不限于直接生产制造、技术转让、倒卖数据等)。
免责条款:专利技术具有时效性,本站不对资料的绝对准确性、完整性和可实施性提供任何明示或暗示的担保。因参考本站内容造成的直接或间接损失,本站不承担相关法律责任。若您认为本站内容有侵权问题,请及时提供权属证明与我们联系,本站将在核实后依法处理。反馈意见:yyfuon@163.com