三聚氰胺纖維氈的制備與性能

張 思， 吳 敏(1. 生態(tài)紡織教育部重點實驗室(江南大學)， 江蘇 無錫 214122；2. 江南大學 紡織服裝學院， 江蘇 無錫 214122)

三聚氰胺纖維氈的制備與性能

張 思1，2， 吳 敏1，2
(1. 生態(tài)紡織教育部重點實驗室(江南大學)， 江蘇 無錫 214122；2. 江南大學 紡織服裝學院， 江蘇 無錫 214122)

針對三聚氰胺纖維后道應用研究較少的問題，在了解三聚氰胺纖維的相關特性后，根據(jù)其性能特點，對其后道產(chǎn)品進行設計與開發(fā)。選擇濕法成網(wǎng)的方式，進行了三聚氰胺纖維氈的設計與小樣制備實驗，設計了3種不同的纖維氈來對比其成形效果，選擇聚氧化乙烯、丁苯膠乳、陽離子聚丙烯酰胺作為分散劑、黏結(jié)劑和助留助濾劑。由實驗結(jié)果可知，三聚氰胺纖維在水中的分散性好，其纖維氈的成形均勻度較好，制備過程也較簡單，通過對比可發(fā)現(xiàn)，定量越大，其成形效果越好。同時對產(chǎn)品進行透氣性、阻燃性和強力測試，結(jié)果表明三聚氰胺纖維氈的透氣性好，阻燃效果與芳綸和聚酰亞胺接近，但強力相對較低。

三聚氰胺纖維氈； 制備工藝； 阻燃性； 透氣性

近年來，特種纖維的研發(fā)技術持續(xù)發(fā)展，纖維材料的應用領域不斷擴大，而航空航天、電子通訊、能源開發(fā)等多種高科技的領域，對纖維材料有更高的性能要求。普通的合成纖維易燃，且燃燒時熔融、熔滴，在某些特殊領域的應用受到了限制[1]，因此，許多領域?qū)τ诰哂懈邚姼吣?、阻燃、耐高溫、耐化學作用、耐腐蝕等特殊性能的高性能纖維的需求在不斷增加。

三聚氰胺纖維作為一種高性能纖維，阻燃、耐高溫、低導熱等性能突出，而且纖維易生產(chǎn)加工，可滿足許多特殊領域?qū)w維性能的要求[2]。三聚氰胺纖維是由三聚氰胺與甲醛縮聚的預聚體在有機溶劑中經(jīng)離心濕紡與高溫固化而得到[3-4]。三聚氰胺纖維有很好的防燃性，相應的極限氧指數(shù)較高，一般約為32%[5]。其耐高溫性與熱穩(wěn)定性較好，且具有耐化學性，同時，三聚氰胺纖維的導熱率極低。三聚氰胺纖維在短時間使用，溫度可高達260 ℃。長時間連續(xù)使用，也可達到200 ℃左右。在400 ℃的超高溫下，仍能基本保持其原有形狀[6]。

三聚氰胺纖維價格相對低廉，其價格優(yōu)勢可使相關產(chǎn)品取得良好的經(jīng)濟效益，因此，三聚氰胺纖維產(chǎn)品的開發(fā)可滿足人們對于纖維制品所提出的更多功能性的要求，對于社會生產(chǎn)和生活都有著重要的現(xiàn)實意義。本文通過濕法成網(wǎng)方法制備得到三聚氰胺纖維氈，并對其透氣性阻燃性等性能進行測試。

1 三聚氰胺纖維氈的制備

1.1 制備方法選擇

在進行實驗時，首先采用干法成網(wǎng)的方法。由于三聚氰胺纖維表面比較光滑，在梳理成網(wǎng)過程中，與機械梳理部件間的摩擦力小，纖維易脫落，無法順利成網(wǎng)。而干法成網(wǎng)制備時又要求纖維可梳理成網(wǎng)，因此，三聚氰胺纖維不適合干法成網(wǎng)的方法。而濕法成網(wǎng)時，纖維網(wǎng)借助水流作用成形，并利用化學黏合的方法加固。一般能夠在水中分散且不溶于水的纖維都可采用濕法成網(wǎng)的方法，考慮到纖維網(wǎng)成形的可能，采用濕法成網(wǎng)工藝制備三聚氰胺纖維氈。

1.2 制備原理

1.3 制備的工藝流程

1.3.1設備和助劑

實驗設備：ZQJ1-B-Ⅱ型紙樣抄取器。

助劑：聚氧化乙烯(PEO)，分散劑；丁苯膠乳，黏結(jié)劑；陽離子聚丙烯酰胺(CPAM)，助留助濾劑。

1.3.2實驗操作過程

1.3.2.1纖維準備 通常所使用的合成纖維長度為4～6 mm，三聚氰胺纖維的長度較長，直接進行抄造會使纖維在水中更易沉淀、絮聚和結(jié)團，造成最終成網(wǎng)的均勻度較差，所以，在纖維的準備階段，要將三聚氰胺纖維剪切至6 mm以下。

1.3.2.2定量設計 進行濕法成網(wǎng)時，纖維定量不能超過300 g/m2，定量過大，纖維不易分散，纖維氈成形不勻；定量過小，纖維成網(wǎng)困難，纖維氈容易破裂，因此，設計定量為50、100、150 g/m2，纖維氈直徑為200 mm，根據(jù)所設置的定量稱取相應克重的纖維。

1.3.2.3纖維分散 以水為介質(zhì)，使用纖維解離器對三聚氰胺纖維進行標準梳解，解離的時間一般為 3～5 min，目的是使其盡量呈單纖維狀態(tài)并且相對均勻地分散在水溶液中。

1.3.2.4助劑配比 纖維分散之后，需要按順序加入定量的助劑，其比例如表1所示。

表1 助劑配比Tab.1 Ratio of additives

注：配比為助劑與三聚氰胺纖維定量比。

實驗時加入助劑的順序為PEO、丁苯膠乳、CPAM、PEO。其中PEO分2次加入以減少氣泡的產(chǎn)生[8]。需要注意的是每次加入助劑后，都必須手動攪拌30 s左右，使助劑均勻地分散在溶液中，并與三聚氰胺纖維充分接觸。

康川司法所采用西寧市司法局統(tǒng)一引進的 “北京京師心港心理測評系統(tǒng)”，根據(jù)社區(qū)服刑人員的個人情況不定期地對他們進行心理測評工作，以便及時發(fā)現(xiàn)服刑人員異常的心理問題，盡早開展心理矯治工作。

1.3.2.5濕法成網(wǎng) 此階段的操作方法相對簡單，在紙樣抄取筒內(nèi)加入定量的水(5 L左右)，然后將準備好的三聚氰胺纖維懸浮液倒入紙樣抄取筒內(nèi)，并且使纖維可盡量均勻地分散在水中，打開放水閥，借助水流的作用使三聚氰胺纖維沉積在成型濾網(wǎng)上，形成濕的纖維網(wǎng)，完成三聚氰胺纖維成網(wǎng)的過程。

1.3.2.6干燥階段 紙樣抄取器的干燥部分屬于真空干燥，通過智能的數(shù)量溫控儀控制干燥時的溫度，可有效防溫升緩沖和超溫，而且控制相對準確[9]。

在干燥過程中，首先利用毛布吸水輥將濕的纖維網(wǎng)從成型濾網(wǎng)上取入，放入干燥器內(nèi)進行烘干。在進行干燥時，銅網(wǎng)片必須要放置于纖維網(wǎng)上方，否則會影響最終抄造成品的平整程度，在真空抽吸時，濾水孔板的孔眼易在纖維網(wǎng)上產(chǎn)生印痕。干燥完成后，可得到三聚氰胺纖維氈制品。

2 結(jié)果與分析

2.1 三聚氰胺纖維氈的外觀

不同面密度三聚氰胺纖維氈如圖1所示。從圖中的制備結(jié)果來看，三聚氰胺纖維氈的成形相對均勻，當纖維定量增加時，成網(wǎng)的纖維分布不勻會得到一定程度的改善。實驗過程中，三聚氰胺纖維的纖維長度較長，與常用的纖維素纖維相比，其纖維長度要長很多，長寬比也較大，在抄造的過程中容易出現(xiàn)絮聚和沉積現(xiàn)象，造成纖維分布不勻。同時，三聚氰胺纖維的憎水性強，纖維在水中缺乏分散性，在分解以及抄造的過程中也非常容易出現(xiàn)絮聚和沉積，在實驗過程中根據(jù)比例添加分散劑，加入分散劑后的纖維分布不勻程度降低，絮聚現(xiàn)象減少，纖維氈的均勻度較好。

圖1 不同面密度的三聚氰胺纖維氈Fig.1 Melamine fiber felt with different fabric density

2.2 透氣性

根據(jù)GB/T 5453—1997《紡織品 織物透氣性的測定》，使用YG(B)461E型織物透氣儀，測試三聚氰胺纖維氈的透氣性能，測試6次，取其平均值，其透氣率的測試結(jié)果如表2所示。

表2 三聚氰胺纖維氈的透氣率Tab.2 Air permeability of melamine fiber felt

三聚氰胺纖維氈的透氣性與纖維的分布和厚度有關。在制備過程中，三聚氰胺纖維存在分布不勻，會造成同一試樣的厚度值存在一定的差異，也會影響試樣透氣性的均勻性，但是從制備的實驗結(jié)果可看出其纖維分布不勻的程度較低，因此纖維氈的透氣性較好。厚度對于其透氣率的大小有一定的影響。定量小的纖維氈，其厚度較小，使透氣率增加，但纖維分布的均勻度差；大定量的纖維氈，厚度增加，會影響透氣率，但纖維分布更加均勻，透氣性的均勻性好。

2.3 阻燃性

根據(jù)GB/T 5455—2014《紡織品 燃燒性能 垂直方向損毀長度、陰燃和續(xù)燃時間的測定》，采用YG815垂直法織物阻燃測試儀，通過燃燒實驗法，測試纖維氈的阻燃性能。在測試時，與采用同種方法制備的、定量相同的芳綸纖維氈和聚酰亞胺纖維氈進行阻燃效果對比。纖維氈的阻燃性能如表3所示，圖2示出不同纖維氈炭化樣品對比。

表3 纖維氈的阻燃性能Tab.3 Flame retardant properties of fiber felt

圖2 不同纖維氈炭化樣品對比Fig.2 Carbonization contrast of three kinds of fiber felt.(a) Melamine fiber; (b) Polyimide;(c) Aramid fiber

采用垂直燃燒法測試織物的阻燃性能時，織物的阻燃性能通過測定續(xù)燃時間、陰燃時間以及試樣被損毀的程度來評定。聚酰亞胺與芳綸纖維是常見的兩種耐高溫阻燃纖維，與其進行阻燃性能的對比研究，可更加直觀地說明三聚氰胺纖維氈優(yōu)良的阻燃性能。

從表3的實驗數(shù)據(jù)可看出，三聚氰胺與聚酰亞胺纖維氈的續(xù)燃與陰燃時間都為0，均少于5 s，屬于難燃的范圍，說明其具有很好的阻燃性。芳綸纖維氈也無續(xù)燃，雖然有一定時間的陰燃，但陰燃時間較短，阻燃性較好。由圖2可看出，3種纖維均有一定程度的炭化，其中聚酰亞胺纖維氈的炭化面積最小，雖然三聚氰胺纖維氈的炭化面積要大于其他2種纖維，但是結(jié)合其續(xù)燃和陰燃的情況而言，其整體的阻燃性能還是十分優(yōu)越的，可應用于一些需要阻燃效果的場合或領域。

2.4 強 力

根據(jù)GB/T 3923—2013《紡織品 織物拉伸性能》和GB/T 19976—2005《紡織品 頂破強力的測定 鋼球法》，使用HD026 N型多功能電子織物強力儀，測試定量為150 g/m2的三聚氰胺纖維氈的強力，結(jié)果為：拉伸強力為15.8 N，頂破強力13.6 N。

纖維氈的強力與纖維間的結(jié)合程度有關。因為制備時纖維的長度小于6 mm，纖維間糾纏結(jié)合程度低，由于三聚氰胺纖維氈在制備的實驗過程中，纖維間無氫鍵作用，而且纖維自身也沒有結(jié)合力，所以纖維氈的強力較低，雖然靠化學黏合劑的作用使纖維相互黏結(jié)可增加強力，但化學黏合劑對纖維氈強力的增加有限，制備過程中分散劑的加入也會使纖維氈的強力下降，所以，三聚氰胺纖維氈的強度較低。

3 結(jié) 論

通過三聚氰胺纖維氈的制備實驗與性能研究，可得到如下結(jié)論。

1)三聚氰胺纖維氈的制備方法簡單可行，纖維氈的制備效果好，因為三聚氰胺纖維在水中的分散性較好，纖網(wǎng)成形均勻，設計與開發(fā)三聚氰胺纖維氈具有一定的生產(chǎn)可行性。

2)制備得到的纖維氈產(chǎn)品是由單一的三聚氰胺纖維組成，其纖維的相關特殊性能可在產(chǎn)品中充分發(fā)揮出來，因此，其產(chǎn)品具有相當好的阻燃性能。

3)三聚氰胺纖維氈的透氣性好，纖維定量增加使透氣性降低，但有利于改善透氣性的均勻性；其強力較低，纖維自身無結(jié)合力，僅依靠化學粘合劑的作用使纖維相互黏結(jié)。

4)三聚氰胺纖維氈無續(xù)燃與陰燃，炭化程度適宜，阻燃性好；通過與聚酰亞胺、芳綸纖維氈進行阻燃性能對比，直觀地反映三聚氰胺纖維氈優(yōu)良的阻燃性能。

FZXB

[1] 倪可，任忠海，杜文琴. 三聚氰胺纖維的阻燃性能及開發(fā)應用[J].化纖與紡織技術,2015(3):28-32.

NI Ke,REN Zhonghai,DU Wenqin.Flame retardant property and application of melamine fiber[J].Chemical Fiber & Textile Technology,2015(3):28-32.

[2] 汪家銘.蜜胺纖維發(fā)展概況與應用前景[J]. 高科技纖維與應用,2008(5):35-41.

WANG Jiaming.Development survey and application prospect of melamine fiber[J].Hi-Tech Fiber & Application,2008(5):35-41.

[3] MAITY S, SINGHA K，夏于旻. 三聚氰胺纖維的合成、性能和應用[J]. 國際紡織導報，2013(6)：4-8.

MAITY S, SINGHA K, XIA Yumin. Melamine fiber-synthesis, features and applications[J]. Melliand China, 2013(6): 4-8.

[4] 杭祖圣，居法銀，應三九，等.三聚氰胺纖維的制備、改性及應用研究進展[J].材料導報,2009(9):37-40.

HANG Zusheng, JU Fayin,YING Sanjiu,et al.Advances in research on preparation, modification and application of melamine fiber[J].Materials Review,2009(9):37-40.

[5] ALAN C Handermann. 應用于高溫氣體過濾的Basofil過濾材料[J]. 產(chǎn)業(yè)用紡織品，2001(5)：10-15.

ALAN C Handermann. Basofil fibre enhanced filter media in high temperature air filtration[J].Technical Textiles, 2001(5): 10-15.

[6] 汪家銘.三聚氰胺延伸產(chǎn)品：蜜胺纖維的開發(fā)與應用[J].川化,2009(1):1-5.

WANG Jiaming.Melamine products：development and application of melamine fiber[J].Chuanhua,2009(1):1-5.

[7] 梁曉菲，龍柱. 淺談濕法非織造技術[J].華東紙業(yè)，2014(6):34-38.

LIANG Xiaofei,LONG Zhu.A brief talk on wet-laid nonwoven technology[J].Coating Technology and Special Paper,2014(6):34-38.

[8] 胡志斌，謝來蘇. PEO特性及其在造紙中的應用[J].天津造紙，2000(1):31-34.

HU Zhibin,XIE Laisu.Characteristics of PEO and application in papermaking[J].Tianjin Paper Making,2000(1):31-34.

[9] 許安民. 淺析造紙機制濕法非織造布[J].產(chǎn)業(yè)用紡織品，2003(1):15-16.

XU Anmin.Paper making machine for producing wet-laid nonwovens[J].Technical Textiles,2003(1):15-16.

Preparationandperformanceofmelaminefiberfelt

ZHANG Si1，2， WU Min1，2
(1.KeyLaboratoryofEco-Textile(JiangnanUniversity),MinistryofEducation,Wuxi,Jiangsu214122,China; 2.CollegeofTextilesandGarment,JiangnanUniversity,Wuxi,Jiangsu214122,China)

Aiming at the problem of less research on the application of melamine fiber, according to the performance characteristics of melamine fibers, the product of melamine fibers was designed and developed after learning its related properties. The wet laying mode was chosen, and the design of melamine fiber felt and its sample preparation were carried out. Then, three kinds of fiber felt with different quantities were designed. Polyethylene oxide, styrene-butadiene latex and cationic polyacrylamide were selected as dispersant, binder and retention aid. Results show that the melamine fiber has good dispersivity in water and good forming uniformity of fiber felt. And the preparation process is also simple. By comparison, it can be found that the larger quantity of fiber felt, the better the forming effect. The air permeability, flame retardancy and strength of the product were also tested. The results show that the melamine fiber felt has good air permeability, and its flame retardant is close to that of aramid fiber and polyimide, but its strength is low.

melamine fiber felt; preparation process; flame retardancy; air permeability

10.13475/j.fzxb.20161200704

TS 102.5

A

2016-12-05

2017-02-23

中央高校基本科研業(yè)務費專項資金資助項目(JUSRP51723B)；政策引導類計劃(產(chǎn)學研合作)—前瞻性聯(lián)合研究項目(BY2015019-12)

張思(1994—)，女，碩士生。主要研究方向為高性能纖維的應用。吳敏，通信作者，E-mail: xycwxdq@sina.com。