Содержание к диссертации
Введение
1 Литературный обзор состояния проблемы 12
1.1. Сущность процесса горения полиамидных, целлюлозных, шерстяных материалов для одежды, механизм действия фосфоразотсодержащих замедлителей горения 12
1.2. Огнезащитная отделка полиамидных, целлюлозных, шерстяных материалов для одежды 26
1.3. Современные материалы для огнезащитной спецодежды 36
1.4. Прогрессивные методы модификации материалов для одежды с целью придания специфических свойств 40
Глава 2. Объекты исследования, методы и методики эксперимента 48
2.1. Объекты исследования. 48
2.2. Методы и методики исследования. 50
Глава 3. Разработка метода придания пониженной горючести и исследование свойств материалов для одежды на основе капроновых волокон 59
3.1. Исследование влияния энергии лазерного С02 излучения на деформационно-прочностные свойства поликапроамидных материалов для одежды 59
3.2. Определение оптимальных параметров огнезащитной обработки поликапроамидных материалов замедлителями горения 63
3.3. Исследование влияния огнезащитной обработки на структуру и эксплуатационные свойства модифицированных поликапроамидных материалов для одежды 68
3.4. Изучение влияния замедлителей горения на процессы пиролиза, горения и показатели горючести модифицированных поликапроамидных материалов для одежды 77
3.5. Разработка технологической схемы огнезащитной обработки текстильных материалов 92
3.6. Исследование эффективности применения СВЧ поля для получения огнезащищенных полиамидных материалов 94
3.7. Сравнительный анализ эффективности предлагаемых методов обработки материалов для одежды 99
Глава 4. Особенности придания огнезащитных свойств материалам для одежды из смеси шерстяных и капроновых волокон 101
4.1. Исследование влияния огнезащитной обработки с использованием энергии лазерного излучения на структуру и деформационно-прочностные свойства шерстяных тканей и нетканых полотен 101
4.2. Изучение механизма огнезащитного действия обработки и показателей горючести шерстяных материалов для одежды 105
4.3. Особенности и закономерности механизма огнезащитного действия обработки материалов из смеси шерстяных и капроновых волокон 107
4.4. Изучение эксплуатационных свойства огнезащищенных тканей из смеси шерстяных и капроновых волокон 111
Глава 5. Разработка метода огнезащитной обработки и исследование свойств целлюлозосодержащих текстильных материалов и швейных ниток 115
5.1. Исследование влияния модификации с применением лазерного излучения на структуру, свойства целлюлозных материалов и их взаимодействие с замедлителями горения 116
5.2. Изучение процессов и показателей горючести огнезащищенных целлюлозных материалов 123
5.3. Исследование влияние огнезащитной обработки на физико-механические свойства армированных швейных ниток 130
Глава 6. Совершенствование технологии соединения деталей спецодежды сварщика огнезащищенными швейными нитками 134
6.1. Факторы, оказывающие влияние на прочность соединения деталей спецодежды сварщика 13 5
6.2. Исследование свойств соединений деталей одежды огнезащищенными швейными нитками 139
6.3. Сравнительный анализ эффективности применения разработанных материалов по сравнению с традиционными 143
Выводы по работе 146
Список использованной литературы 148
Приложение 163
- Огнезащитная отделка полиамидных, целлюлозных, шерстяных материалов для одежды
- Определение оптимальных параметров огнезащитной обработки поликапроамидных материалов замедлителями горения
- Исследование эффективности применения СВЧ поля для получения огнезащищенных полиамидных материалов
- Изучение механизма огнезащитного действия обработки и показателей горючести шерстяных материалов для одежды
Введение к работе
Актуальность темы. Анализ и статистика пожаров показывают, что легкая воспламеняемость материалов и высокая скорость распространения пламени сокращают время возможной эвакуации людей и приводят к человеческим жертвам [1]. Поэтому прогнозирование и обеспечение задержки на начальной стадии развития пожара, за счет применения огнезащищенных материалов и увеличение времени для эвакуации и спасения людей, являются актуальной проблемой. Защитная одежда пожарных, спасателей, рабочих горячих цехов, сварщиков должна защищать от воздействия высоких температур, что выдвигает высокие требования надежности материалов. При этом перспективным является использование тканей из смеси натуральных и химических волокон, позволяющих повысить гигиенические и эксплуатационные свойства материалов и одежды. Однако смеси, из-за различия химического строения и свойств волокон, особенно трудно поддаются огнезащитной модификации [2]. Поэтому проблема снижения горючести материалов из смеси волокон имеет особое значение. Таким образом, разработка методов придания материалам пониженной горючести и научно обоснованного подхода к формированию волокнистого состава материалов, выявление закономерностей процессов пиролиза и горения материалов для одежды приобретают исключительно важное научное и практическое значение. Решение этих задач способствует развитию научных основ огнезащиты и является актуальным направлением в области придания материалам для одежды и швейным изделиям пониженной горючести.
Диссертационная работа выполнена в Саратовском государственном техническом университете в соответствии с координационным планом программы «Университеты России» Госкомвуза России и договором о творческом сотрудничестве с ВГТУ г. Волгоград. .
8 Цель и задачи работы. Цель работы заключается в разработке эффективного метода модификации материалов для одежды фосфорсодержащими замедлителями горения под воздействием лазерного СОг излучения, позволяющего получать материалы пониженной горючести с высокими эксплуатационными свойствами, разработке рекомендаций по их применению в производстве одежды.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
- определение эффективности применения различных фосфор
содержащих соединений для модификации капроновых, вискозных шерстяных,
хлопковых и смесовых тканей, с целью снижения горючести материалов для
одежды;
разработка метода модификации капроновых, вискозных шерстяных, хлопковых и смесовых тканей, фосфорсодержащими замедлителями горения (ЗГ) диметилметилфосфонатом, фосдиолом и метилфосфонамидом под воздействием энергии лазерного СОг излучения;
установление влияния замедлителей горения и метода модификации на структуру и свойства волокон и тканей и физико-химические процессы при пиролизе и горении огнезащищенных материалов для одежды;
- определение показателей качества огнезащищенных тканей (ОЗТ) и
швейных ниток для одежды и их соответствие нормативным требованиям;
- оценка взаимосвязи эксплуатационных свойств огнезащищенных
материалов их ниточных соединений с конструктивно-технологическими
решениями и их промышленная апробация.
Научная новизна работы состоит в том, что:
- доказано активизирующее воздействие ЛИ на структуру исследуемых
материалов для одежды и замедлителей горения, повышающее их сорбционную
способность и взаимодействие, приводящее к упорядочению структуры,
повышению степени кристалличности и прочности;
установлено ингибирующее влияние замедлителей горения на процесс разложения огнезащищенных шерстяных тканей, что приводит к снижению выхода токсичных газов пиролиза, уменьшению тепловыделений и повышению кислородного индекса до 28% об;
установлена зависимость показателей горючести смесовых тканей от содержания в них шерстяных волокон, обусловленная взаимным влиянием продуктов деструкции волокон в процессе термического разложения смесовой ткани, приводящем к снижению тепловыделений при пиролизе, формированию монолитной структуры поверхности кокса и увеличению кислородного индекса (КИ) до 29,5% об;
- определены основные параметры процесса разложения
огнезащищенных материалов для одежды, доказывающие механизм действия
замедлителей горения в конденсированной фазе;
- разработана классификация факторов, определяющих надежность
ниточного соединения деталей огнезащитной спецодежды. Установлена
взаимосвязь эксплуатационных свойств ниточных соединений материалов от
конструктивно-технологических решений.
Практическая значимость работы:
впервые разработан эффективный способ модификации капроновых, вискозных шерстяных, хлопковых и смесовых тканей, фосфорсодержащими ЗГ с применением энергии лазерного излучения и установлена взаимосвязь параметров процесса модификации со структурой и свойствами огнезащищенных материалов для одежды, позволяющая повысить кислородный индекс до 28,5-35% об;
определено рациональное сочетание капроновых и шерстяных волокон в смесовой ткани, обеспечивающее максимальное возрастание кислородного индекса огнезащищенных тканей до 29,5% об, без ухудшения их эксплуатационных свойств;
- разработанный метод придания ТМ пониженной горючести, позво-
10 ляет проводить модификацию из растворов ЗГ меньшей концентрации и экономить дорогостоящее сырье, уменьшить токсичность производства, расширить ассортимент трудногорючих материалов, используемых в производстве одежды, в качестве отделочных материалов - помещений, салонов транспортных средств, обивки мебели и других целей;
- огнезащищенные армированные нитки с хлопковой оплеткой и
хлопчатобумажные нитки специального назначения отвечают требованиям
стандартов и могут быть рекомендованы к внедрению.
Полученные результаты исследований вносят вклад в развитие теории горения материалов для одежды и создание материалов и изделий легкой промышленности с комплексом заданных свойств.
На защиту выносятся следующие основные положения:
результаты комплексных исследований влияния параметров модификации на структуру, свойства и показатели горючести капроновых, вискозных, шерстяных, хлопковых тканей;
особенности модификации материалов для одежды разного волокнистого состава фосфорсодержащими замедлителями горения под воздействием энергии лазерного СОг излучения;
- закономерности и механизм влияния замедлителей горения на процессы
пиролиза и горения исследуемых материалов для одежды;
- показатели качества огнезащищенных тканей и швейных ниток,
зависимость надежности одежды от конструкции и технологии ниточных швов
и свойств огнезащищенных материалов.
Апробация результатов работы. Основные результаты работы докладывались и получили положительную оценку на: Международной научно-технической конференции «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности», «Прогресс-2005» (Иваново, 2005 г.); Международной научно-технической конференции аспирантов и студентов «Молодые ученые - развитию текстильной и легкой
промышленности», «Поиск-2004» (Иваново, 2004 г.); Международном симпозиуме восточно-азиатских стран по полимерным материалам и передовым технологиям «Композиты XXI века» (Саратов, 2005 г.); Международной конференции «Перспективные полимерные композиционные материалы. Альтернативные технологии. Переработка. Применение. Экология», «Композит-2004» (Саратов, 2004 г.); Международной научно-технической конференции «Проблемы машиностроения и технологии материалов на рубеже веков» (Пенза, 2003 г).
Результаты работы внедрены в учебный процесс ЭТИ СГТУ подготовки специалистов по специальностям: 28.08.00 «Технология швейных изделий» и 28.09.00 «Конструирование швейных изделий».
Промышленная апробация огнезащищенных швейных ниток и ткани арт. 45109С в производстве спецодежды на предприятии «Покровская швейная фабрика», (г. Энгельса) и апробация спецодежды сварщика на предприятии ООО «Корпус-2003» дали положительные результаты.
Публикации. Материалы, изложенные в диссертации, нашли свое отражение в 12 печатных работах. Новизна метода модификации подтверждена положительным решением по заявке на изобретение.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, вывода по работе, списка используемой литературы и 5 приложений. Работа изложена на 183 страницах, содержит 33 таблицы, 54 рисунка. Список использованной литературы включает 152 наименования.
Огнезащитная отделка полиамидных, целлюлозных, шерстяных материалов для одежды
Проблеме снижения горючести материалов для одежды уделяется большое внимание, как в России, так и за рубежом [5].
Снижение горючести ПКА материалов. Среди волокон массового применения поликапроамидные (ПКА) волокна обладают наиболее низкой термостойкостью. Разработана [6] эффективная технология прививки функционально активных полимеров к волокнам из алифатических полиамидов для повышения их термо- и хемостойкости. При этом установлено, что при содержании в привитых цепях ПКА волокон легко окисляющегося полидиметиламиноэтилматакрилата, четвертичных аммониевых и пиридиниевых оснований, особенно при наличии эпоксидной группы в N-алкильном радикале, повешение термо- и хемостойкости обусловлено эффектом термоокислительного структурирования полимера, сопровождающегося потерей его термостойкости.
Введение в поликапроамид добавок поликарбоната в небольших количествах приводит к изменению некоторых физико-механических свойств полимера и волокна; при этом повышается подвижность структурных элементов, модуль упругости, выносливость к многократным деформациям, термо- и теплостойкость. Сделано предположение, что изменение этих свойств связано с образованием более однородной структурной сетки некристаллических областей полимера, в которых фрагменты поликарбоната могут играть роль узлов [31].
Установлен фосфоразотный синергизм для ПКА волокон и материалов на примере метилфосфоновой кислоты и органических амидов (мочевина, гликазин, гексаметилолмеламин) [32]. Выявлено, что в большей степени синергический эффект проявляется при использовании огнезамедлительной системы метилфосфоновая кислота - гексаметилмеламин. Так же рассматривается эффективность огнезащитного действия аминотрис-метиленфосфоновой кислоты (АМФ), ее аммонийной соли (АС АМФ) и аммонийной соли (АС АМФ$0, модифицированной поливинилэток-сисилоксаном (ПВЭС).
В качестве ЗГ для ПКА предлагается использовать полифторированные спирты - теломеры (ПФСТ). Ведение в состав ПКА ПФСТ позволяет повысить термическую стабильность, устойчивость к агрессивным средам, огнезащитные показатели и снизить токсичность продуктов горения этого волокно-образующего полимера [33].
Для снижения горючести ПКА волокна предлагается использовать различные фторсодержащие соединения такие как: метилфосфонат свинца, комплексное соединение алкилфосфоновой кислоты и сурьмы, фосфорилированный пентаэритрит и фосфорсодержащее соединение борофос, введенных в расплав полимера перед формованием. В результате исследований было выявлено, что для огнезащиты ПКА волокон наиболее целесообразно использовать борфос и комплексную соль алкилфосфоновой кислоты и сурьмы, которые заметно снижают скорость и температурный интервал разложения, вызывая интенсивное коксообразование полимера [34].
В качестве ЗГ для ПКА волокна рекомендуется использовать антипирен Т-2, содержащий аммонийную соль амидаметилфосфоновой кислоты. Этот антипирен характеризуется отсутствием токсичности, отрицательным влиянием на физико-механические показатели получаемых композиций, а также пониженной способностью к дымообразованию и низкой токсичностью продуктов горения материалов на их основе. Для увеличения карбонизированного остатка и огнезащитных показателей композиции кроме антипирена Т-2 предлагается вводить дисперстные неорганические наполнители - А1(ОН)3) АЮ(ОН), Mg(OH)2, Sn02, Si02. В результате исследований было установлено, что наилучшие показатели эффективности огнезащитного действия получены при введениии в состав ПКА антипирена Т-2 с АЮ(ОН) и SiC 2 [35]. Исследована возможность микрокапсулирования антипирена Т-2 в оболочки различных типов, поскольку введение в расплав ПКА антипирена Т-2 приводит к снижению вязкости расплава полимера и повышает обрывистость нити при формовании вследствие частичного разложения этого ЗГ в условиях формования. Предлагается использовать оболочки на основе полиметафениленизофталамида (ПМФИА) и полипарафенилентерефталата (ПФТП). Кроме того, установлено синергическое повышение эффективности огнезащитного действия микрокапсулированных (МИК) ЗГ при содержании оболочки 6-10%.
Снижение горючести целлюлозных материалов. Для получения огнезащищенных целлюлозных материалов могут быть использованы два метода: пропитка тканей растворами антипиренов или введение антипирена в прядильный раствор (при получении огнезащищенных вискозных волокон); присоединение к целлюлозе различных антипиренов методами этерификации, алкилирования или привитой полимеризации.
В работе [36, 37] исследована возможность модификации вискозного волокна фосфоросодержащим замедлителями горения производными диметилметилфосфоната, для повышения устойчивости огнезащитного эффекта модификатора в состав модифицирующей ванны вводили метазин. Все исследуемые замедлители горения снижают горючесть вискозных волокон, однако, с учетом физико-механических свойств волокон и показателей горючести, для использования в текстильной промышленности рекомендуется модификация производными диметилметилфосфоната марок ЗГ-2 и ЗГ-2ЭН.
В связи с этим была рассмотрена возможность использования в качестве замедлителя горения целлюлозного материала - антипирена Т-3. Установлено, что обработка 10%-м раствором антипирена Т-3 позволяет получать материал с достаточно высоким кислородным индексом 32,5 % об Исследование воспламеняемости образцов целлюлозных материалов, обработанных 15%-м раствором антипирена Т-3, показало, что указанный материал классифицируется, как трудновоспламеняемый и может быть использован в производстве мягкой мебели. Установлено, что с увеличением концентрации антипирена Т-3 увеличивается выход КО и снижается скорость его окисления. Образующийся КО, обладая высокой термостобильностью, защищает полимер от воздействия теплового потока и пламени [38].
Определение оптимальных параметров огнезащитной обработки поликапроамидных материалов замедлителями горения
Модификацию тканей и нетканых полотен осуществляли водным раствором ЗГ двумя способами: 1 - методом пропитки с последующей сушкой и 2 — методом пропитки под воздействием ЛИ, с последующей сушкой материалов. Переменными параметрами метода модификации являлись: продолжительность воздействия ЛИ и концентрация модификатора в пропиточной ванне. Плотность потока ЛИ выбрана постоянной - 5,3 Вт/см2, как обеспечивающая наибольшее возрастание прочности материалов. Выходными параметрами являлись привес ЗГ на образце и изменение относительной прочности волокон модифицированного нетканого полотна. С целью оптимизации параметров технологического процесса модификации воспользовались математическим методом планирования эксперимента [131-133], результаты которого представлены в приложении 1.
Основными параметрами оптимизации метода модификации были выбраны три фактора: Х\ - концентрация ЗГ, %; Х2 - время воздействия ЛИ, сек; Хз - модуль ванны. В качестве выходных параметров выбраны показатели: Yi - содержание ЗГ на материале, % масс; Y2 - относительная прочность волокна модифицированного нетканого полотна, сН/дтекс.
В результате ПФЭ получили математическое описание метода модификации в виде уравнений регрессии: Для Т-2:
Оптимизацию процесса модификации материалов на основе капроновых волокон фосфорсодержащими замедлителями горения проводили симплексным методом, который предполагает сравнение между собой результатов опытов и нахождение среди них самого плохого, с точки зрения выбранного критерия оптимальности. Этот опыт исключается из рассмотрения, а вместо него в состав симплекса вводится новый опыт. Далее вновь сравниваются результаты опытов, и отбрасывается самый «неудачный» из них и так далее, до тех пор, пока новый шаг не вернется в предыдущую точку факторного пространства. Таким образом, определяется экстремум критерия оптимизации [131]. Выбрали основные уровни и шаги варьирования факторов (табл. 3.2). Сравнивая между собой результаты первых четырех опытов, видим, что самый плохой результат в третьем опыте, низкий привес замедлителя горения и низкая прочность при разрыве образцов (см. табл. 3.4 - 3.6), этот опыт следует исключить из дальнейшего рассмотрения. Заменим его опытом № 5. В полученном новом симплексе самым неудачным является опыт № 4, заменим его опытом № 6. В новом симплексе самым неудачным является опыт № 2, заменим его опытом № 7. В новом симплексе самым неудачным является опыт № 1, заменим его опытом № 8. Оптимизацию ведем до опыта № 8, так как новый шаг, опыт № 9, возвращает нас в предыдущую точку факторного пространства. Следовательно, экстремум критерия оптимальности достигнут. Таким образом, с учетом основных показателей свойств разработанных материалов, оптимальными параметрами метода модификации ПКА материалов для всех замедлителей горения являются: - концентрация ЗГ в модифицирующем растворе 10 %; - время воздействия ЛИ 30-60 с; - модуль ванны - 10. Результаты исследований показали, что содержание ЗГ в ПКА тканях и нетканых полотнах зависит не только от концентрации раствора ЗГ в пропиточной ванне, но и способа модификации и структуры обрабатываемого материала (рис. 3.5).
Максимальный привес ЗГ в нетканых полотнах наблюдается при модификации 10% раствором ЗГ, как методом пропитки (рис. 3.5 а), так и под воздействием ЛИ Wn=5,3 Вт/см в течение 30 с (рис. 3.5 б), что согласуется с данными ПФЭ. Дальнейшее увеличение концентрации ЗГ в растворе не оказывает существенного влияния на содержание модификатора в структуре образца. Однако модификация под воздействием ЛИ обеспечивает более интенсивную сорбцию и возрастание ЗГ в структуре ГЖА волокна нетканых полотен: на 46% - Т-2; 44,6% -ФД и в 2,7 раза ДММР.
Сорбционные свойства ткани зависят от стадии нанесения ЗГ (рис. 3.6). Ткань, модифицированная до процесса крашения лучше сорбирует ЗГ, чем после нанесения красителей. Низкая сорбционная способность окрашенных тканей обусловлена тем, что красители и аппреты уже вступили во взаимодействие с реакционно-способными группами полимера волокна и заняли весь свободный объем структуры. Поэтому окрашенная ткань хуже сорбирует ЗГ, чем неокрашенная, и модификация носит поверхностный характер, о чем свидетельствует снижение на 52-55% содержания ЗГ после 5-ти стирок.
Однако содержание ЗГ в нетканом полотне, структура которого сформирована из мононитей, на 1-3 % масс выше, чем в неокрашенной ткани, что свидетельствует о влиянии крутки нитей и волокон. Таким образом, установлена высокая эффективность обработки нетканых полотен и тканей до нанесения красителей и аппретов.
Исследование влияния продолжительности воздействия ЛИ при обработке 10%-м раствором модификаторов на содержание ЗГ в нетканом полотне показало (рис. 3.7), что эффективное время обработки 30-60 с, что согласуется с данными ПФЭ. Значительное повышение содержания ЗГ в нетканом полотне при воздействии ЛИ в процессе модификации свидетельствует о его влиянии на структуру и подвижность макромолекул полимера волокна и активность молекул ЗГ, так как, находясь на волокне, он также воспринимает энергию ЛИ.
Исследование эффективности применения СВЧ поля для получения огнезащищенных полиамидных материалов
Известно модифицирующее воздействие сверхвысокочастотного (СВЧ) электромагнитного поля на диэлектрики без их заметного нагрева [127, 130]. Традиционно исследования воздействия СВЧ электромагнитных колебаний на диэлектрики проводились с использованием СВЧ электротермических установок с камерой со стоячей волной, которые нашли применение, например, в процессах сушки и крашения материалов для одежды. Эти установки не позволяют исследовать влияние широкого круга параметров СВЧ воздействия электромагнитных колебаний на обрабатываемый объект. Нами проводилась модификация ПКА ткани на модульной автоматизированной конвейерной установке комбинированного СВЧ и теплового инфракрасного (ИК) воздействия. Это специальное научное оборудование, разработка СГТУ профессора Архангельского Ю.С. и его учеников, позволяющее варьировать мощность (напряженность электромагнитного поля), величину конвективного и радиационного теплового подвода в периодическом и методическом режиме работы установки. Комплексное исследование модифицирующего воздействия СВЧ электромагнитных колебаний дает возможность определить не только наличие специфического нетеплового воздействия СВЧ излучения на конкретные диэлектрики, но и спрогнозировать его применение в технологических процессах промышленного масштаба, в частности, модификации волокнистых материалов с целью придания огнестойкости, что подтверждает актуальность проводимых исследований.
Модификацию ПКА ткани и нетканых полотен осуществляли методом пропитки 5% раствором Т-2, с последующим отжимом до 95±2% влажности и воздействием СВЧ различной мощности. Генерируемую мощность СВЧ излучения изменяли от 90 до 2650 Вт. Мощность, поглощенную образцом определяли расчетным путем, данные представлены в таблице 3.18.
Для определения влияния влажности материала, обрабатываемого в СВЧ поле, на его свойства дополнительно проводили обработку СВЧ электромагнитным полем (ЭМП) сухого ПКА образца и с влажностью 95±2%.
Результаты исследований показали, что с увеличением мощности СВЧ излучения увеличивается количество сорбируемого материалом ЗГ (рис 3.20). Повышение сорбционной способности ткани обусловлено быстрым прогревом волокон материала по всему объему и раствора ЗГ, повышением скорости колебания молекул и атомов и ориентацией диполей в СВЧ поле, все это облегчает подвижность и диффузию ЗГ в свободное объемное пространство структуры ПКА волокна. Микроскопические исследования структуры волокон образца показали (рис. 3.21), что с увеличением мощности СВЧ излучения более 90 Вт в структуре образца появляются микродефекты, которые способствуют повышению сорбционной способности и снижению прочности 4 ОЗК волокна. ЗГ равномерно распределяется по поверхности волокна.
При воздействии СВЧ излучения мощностью 90 Вт относительная разрывная нагрузка влажного и сухого ПКА волокна нетканых полотен незначительно возрастает (рис. 3.22), а удлинение снижается (рис. 3.23).
Дальнейшее увеличение мощности СВЧ излучения до 1660 Вт не оказывает заметного влияния на прочность и удлинение волокна с W=5%, однако, прочность ПКА волокна с W=95% снижается, а удлинение возрастает.
Такая зависимость, по-видимому, обусловлена быстрым прогревом образца и переходом воды в парообразное состояние и созданием осмотического давления, которое способствует разрыхлению структуры волокна материалов, снижению прочности и повышению его растяжимости. Разрыхленная структура волокна в дальнейшем в процессе окончательной сушки, способствует усадке волокна и за счет этого происходит увеличение линейной плотности нити, по сравнению с волокном W=5%, обработанным СВЧ ЭМП (рис. 3.22). При модификации ПКА волокна 5%-м раствором Т-2 под воздействием СВЧ ЭМП мощностью 90 Вт прочность волокон нетканого полотна возрастает на 10%, удлинение снижается на 20%. Дальнейшее увеличение мощности СВЧ ЭМП до 1060 Вт приводит к значительной потере прочности модифицированного образца (рис. 3.20), что обусловлено увеличением на 10-13% содержания ЗГ в структуре волокна (рис. 3.23).
Увеличение ЗГ в волокне способствует повышению КИ образцов нетканых полотен и тканей на 2%, по сравнению с методом пропитки без СВЧ ЭМП, и составляет 26,5% об, что не позволяет отнести ОЗВ в категорию трудносгораемых.
Сравнение свойств ОЗК тканей, модифицированных по трем технологиям (табл. 3.19), позволяет сделать вывод о высокой эффективности модификации капроновой ткани фосфорсодержащими замедлителями горения с применением энергии лазерного СОг-излучения, придающей получать огнезащитные ткани без ухудшения физико-механических свойств.
Таким образом, можно утверждать, что высокая эффективность модификации под воздействием энергии лазерного СОг излучения обусловлена не только тепловым эффектом, но и структурой, которая формируется в процессе модификации фосфорсодержащими ЗГ под действием ЛИ.
Изучение механизма огнезащитного действия обработки и показателей горючести шерстяных материалов для одежды
Методом ТГА (табл. 4.2) исследовали влияние модификации на процессы термического разложения шерстяных тканей и нетканых полотен. Эндотермический эффект при температуре 70-90 С соответствуют удалению сорбционной влаги. Деструкция шерсти начинается при 200 С и протекает в две стадии.
Экзотермический эффект при температуре 220 С (рис. 4. 4)соответствует разрыву дисульфидных связей в кератине шерсти. Уменьшение площади пика у образца обработанного ЛИ плотностью потока 5,3 Вт/см в течение 10 с, свидетельствует о снижении количества дисульфидных связей в обработанном материале и превращении их в более устойчивые связи, что и приводит к незначительному повышению термостойкости шерсти после воздействия ЛИ. Разрыв дисульфидных связей способствует повышению взаимодействия шерсти с ЗГ, что и приводит к увеличению его содержания в материале, модифицированном под воздействием ЛИ, по сравнению с модификацией методом пропитки.
Термостойкость ОЗШ незначительно возрастает, температура начала разложения смещается на 5-19 С в область больших температур, потери массы снижаются, независимо от способа модификации. У ОЗШ выход КО возрастает, по сравнению с неогнезащищенным образцом, и составляет 10-20% в зависимости от природы ЗГ, что свидетельствует о влиянии ЗГ на процесс коксообразования. У ОЗШ изменяются состав газов пиролиза и дымо-образование (табл. 4.3). Из полученных данных видно, что модификация не оказывает существенного влияния на процесс дымообразования при горении, однако в режиме тления количество выделяемого дыма увеличивается.
В режиме тления уменьшается выход СО и СОг, что очень важно, так как большинство человеческих жертв вызвано отравлением угарным газом. В режиме горения количество негорючего газа С02 незначительно возрастает для ОЗШ, модифицированной ДММР, что свидетельствует о преобладании процесса декарбоксилирования. Значительное уменьшение выделения горючего газа СО способствует снижению воспламеняемости полимера и повышению его огнестойкости. Кислородный индекс ОЗШ возрастает до 26-28% об (табл. 4.3).
Образцы тканей и нетканых полотен из смеси шерстяных и капроновых волокон взятых в соотношение ПКА / Ш от 10/90 до 90/10 % масс подвергали модификации по разработанному методу исследуемыми ЗГ.
Исследование влияния состава смеси на сорбционные свойства тканей показало (рис. 4.5), что при модификации ДММР, содержание которого в исходных образцах примерно одинаковое, в смеси оно снижается на 25-30% при добавлении к шерсти 30-50% ПКА волокон. При этом кислородный индекс смесовой ткани минимальный и не превышает 27% об (рис. 4.6). Однако при соотношении волокон Ш/ПКА как 80/20 и 90/10% КИ возрастает до 29-29,5% об, что превышает КИ каждого из составляющих взятых в отдельности. Аналогичная зависимость наблюдается и при модификации ФД.
Введение в состав шерсти ПКА волокон при модификации Т-2 значительно снижает огнезащитный эффект ПКА образца, однако, добавление к шерсти 10% ПКА волокон позволяет повысить КИ смеси до 28% об. С увеличением количества ПКА волокон в смеси КИ возрастает до 31,5% об.
Такое влияние волокнистого состава пробы на показатели горючести обусловлено взаимным влиянием продуктов разложения на процессы пиролиза и горения, о чем свидетельствуют данные ДСК и микроскопии поверхности кокса.
По данным ДСК (рис. 4.7) образец, модифицированный Т-2 и содержащий равное количество шерстяных и ПКА волокон, характеризуется значительно меньшим экзотермическим эффектом, чем исходные составляющие. Аналогичная зависимость наблюдается и для ОЗТ из смеси волокон, модифицированных ФД и ДММР. Кокс образцов, полученный в муфеле, при температуре воспламенения образца, исследовали на растровом электронном микроскопе JSM-5300LV с аналитической приставкой Link (рис. 4.8). Поверхность кокса огнезащищенной ткани из смеси волокон монолитная, за счет заполнения пространства между шерстяными волокнами, структура которых частично сохранилась, коксом капроновых волокон. На поверхности кокса равномерно распределены мелкодисперсные частицы, которые по данным элементного анализа содержат фосфор.
