基于晶體生長和氣凝膠技術(shù)制備芳砜綸熱防護(hù)紡織品.pdf

1、隨著社會的發(fā)展，我國的冶金、消防、軍事等領(lǐng)域?qū)Ω魺崮突鸱雷o(hù)服的需求量越來越大，目前已有防護(hù)服還不具備使穿著者安全出入火場的防護(hù)能力。提高材料的隔熱阻燃性能，對開發(fā)具有高熱隔絕性能、耐明火性能，又具有高度靈活性和舒適性的熱防護(hù)服具有決定性作用。本課題以耐高溫芳砜綸(PSA)織物作為基材，采用晶體生長技術(shù)制備出 PSA/SiO2/Mg(OH)2隔熱阻燃復(fù)合材料；采用氣凝膠技術(shù)分別制備了 PSA/氫氧化鋁氣凝膠隔熱阻燃復(fù)合材料、PSA/二氧化

2、硅-氫氧化鋁氣凝膠隔熱阻燃復(fù)合材料和 PSA/氫氧化鎂鋁氣凝膠隔熱阻燃復(fù)合材料。與純 PSA相比，其隔熱性能和阻燃性能均有顯著提高。具體研究內(nèi)容如下所述。
　　基于晶體生長技術(shù)制備了隔熱芳砜綸織物并對其性能進(jìn)行了研究。在經(jīng)SiO2整理的芳砜綸上種植Mg(OH)2晶種后進(jìn)行二次生長，制備出了具有隔熱阻燃性能的負(fù)載Mg(OH)2和SiO2的芳砜綸復(fù)合織物(PSA/SiO2/Mg(OH)2)。通過控制晶體生長時間、原料濃度、氧化硅粒徑大

3、小及整理液濃度等條件，可在織物表面均勻地包覆不同形貌的 Mg(OH)2層，如倒伏片狀、豎立花瓣狀、蜂窩狀、致密排列的倒三角臺狀以及致密排列的倒三角錐、倒三角臺夾雜有棒狀等。Mg(OH)2包覆于芳砜綸可使其初始分解溫度和最大熱失重分解溫度有著很大的提高，尤以蜂窩狀結(jié)構(gòu)包覆的芳砜綸的起始分解溫度最高可達(dá)451.6℃、最大熱失重分解溫度最高可達(dá)483.6℃。Mg(OH)2包覆芳砜綸后可降低其導(dǎo)熱系數(shù)和垂直燃燒損毀長度，增強(qiáng)其隔熱性能和阻燃性能

4、。Mg(OH)2的形貌對復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)有著極其重要的影響，通過 TC-3000熱線法導(dǎo)熱系數(shù)儀于25℃測試導(dǎo)熱系數(shù)得 Mg(OH)2以致密排列的倒三角錐狀、倒三角臺狀并夾雜有棒狀的形貌包覆時導(dǎo)熱系數(shù)最低，僅為0.0553 W/(m·K)，蜂窩狀形貌包覆時導(dǎo)熱系數(shù)可低至0.0559 W/(m·K)，致密排列的倒三角臺形貌包覆時低至0.0568 W/(m·K)，遠(yuǎn)低于芳砜綸原布的0.0975 W/(m·K)。PSA/SiO2/Mg(OH

5、)2復(fù)合材料具有優(yōu)異的阻燃性能，損毀長度為1.20 cm，屬于難燃材料。
　　多孔結(jié)構(gòu)有利于提高材料的隔熱性能，為了進(jìn)一步提高芳砜綸織物的隔熱性能，采用溶膠-凝膠法和常壓干燥法制得了氫氧化鋁氣凝膠并將其成功地應(yīng)用到芳砜綸上。氫氧化鋁氣凝膠的孔結(jié)構(gòu)和表觀密度對其隔熱性能均有影響，孔容越大、表觀密度越低，復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)越低、隔熱性能越好。通過改變反應(yīng)配比來調(diào)控氣凝膠的孔結(jié)構(gòu)和表觀密度，獲得了表觀密度為0.172～0.645 g/c

6、m3、孔容為0.717～2.325 cm3/g、比表面積為292.703～408.696 m2/g、平均孔徑為10.9～21.8 nm的白色半透明塊狀氫氧化鋁氣凝膠，其為γ-AlOOH勃姆石晶體，空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)由納米纖維狀顆粒相互交錯連接而成。采用溶膠-凝膠成型法和常壓干燥法制得了 PSA/氫氧化鋁氣凝膠復(fù)合材料，通過 TC-3000熱線法導(dǎo)熱系數(shù)儀于25℃測試導(dǎo)熱系數(shù)、垂直燃燒儀測試損毀長度表征了其隔熱阻燃性能，其與芳砜綸原織物相比，導(dǎo)

7、熱系數(shù)從0.0975 W/(m·K)降到0.0599 W/(m·K)，損毀長度從4.90 cm減少到1.25 cm，隔熱和阻燃性能得到顯著提高。
　　為進(jìn)一步降低氫氧化鋁氣凝膠的表觀密度、增大其孔容，在其制備過程中加入正硅酸四乙酯（TEOS），獲得了表觀密度為0.140 g/cm3，比表面積為366.686 m2/g，孔容為2.798 cm3/g，平均孔徑為28.3 nm的白色半透明塊狀二氧化硅-氫氧化鋁復(fù)合氣凝膠，其為γ-AlO

8、OH勃姆石晶體與非晶態(tài) SiO2的混合物，空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)由納米葉片狀顆粒彼此相互交錯連接而成。采用溶膠-凝膠成型法和常壓干燥法成功地制得了 PSA/二氧化硅-氫氧化鋁氣凝膠復(fù)合材料，通過TC-3000熱線法導(dǎo)熱系數(shù)儀于25℃測試導(dǎo)熱系數(shù)和垂直燃燒儀測試損毀長度表征了其隔熱阻燃性能，與芳砜綸原織物相比，其導(dǎo)熱系數(shù)從0.0975 W/(m?K)降到0.0581 W/(m?K)，垂直燃燒損毀長度從4.90 cm減少到2.85 cm，隔熱和阻燃性

9、能得到了較大提高。
　　為進(jìn)一步提高氫氧化鋁氣凝膠的隔熱性能，采用溶膠-凝膠法和常壓干燥、真空干燥相結(jié)合的方法制得了白色氫氧化鎂鋁氣凝膠。通過改變反應(yīng)配比來調(diào)控氫氧化鎂鋁氣凝膠的物相組成、表觀密度和孔結(jié)構(gòu)，獲得了表觀密度為0.108～0.689 g/cm3，孔容為0.655～2.430 cm3/g，比表面積為177.514～459.376 m2/g，平均孔徑為5.1～32.4 nm的具有不同物相組成的氫氧化鎂鋁氣凝膠。其空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)

10、構(gòu)由納米片狀顆粒相互交錯連接而成，或由片狀氫氧化鎂鋁相互交錯疊加構(gòu)成的球形花朵狀顆粒相互連接堆積而成。采用溶膠-凝膠成型法和常壓干燥、真空干燥相結(jié)合的方法成功地制得了PSA/氫氧化鎂鋁氣凝膠復(fù)合材料。通過TC-3000熱線法導(dǎo)熱系數(shù)儀于25℃測試導(dǎo)熱系數(shù)和垂直燃燒儀測試損毀長度表征了其隔熱阻燃性能，與芳砜綸原織物相比，其導(dǎo)熱系數(shù)從0.0975 W/(m·K)降到0.0532 W/(m·K)，垂直燃燒損毀長度從4.90 cm減少到2.10

11、 cm，隔熱和阻燃性能都得到了顯著提高。
　　對比PSA/SiO2/Mg(OH)2復(fù)合材料、PSA/氫氧化鋁氣凝膠復(fù)合材料、PSA/二氧化硅-氫氧化鋁氣凝膠復(fù)合材料、PSA/氫氧化鎂鋁氣凝膠復(fù)合材料的隔熱阻燃性能可知，PSA/氫氧化鎂鋁氣凝膠復(fù)合材料的隔熱性能最好，導(dǎo)熱系數(shù)可低至0.0532 W/(m?K)；倒三角臺形貌Mg(OH)2包覆的 PSA/SiO2/Mg(OH)2復(fù)合材料的阻燃性能最好，垂直燃燒損毀長度可低至1.20 c