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聚酰胺,俗称尼龙,是世界上最早出现的合成纤维,以其优良的耐磨性、较高的强度、易染色、不易被虫蛀等优点广泛地用于军事和民用服装中。尼龙纤维作为第二大合成纤维,其阻燃性能在许多场合成为一个至关重要的因素。尽管它不算易燃纤维,但由于其阻燃性能与实际使用要求存在较大差距,尼龙织物的熔融温度与着火点温度相差较大导致织物在燃烧时容易收缩并产生熔融滴落,从而引起更大的危害,在实际应用中十分危险。本课题从共混和后整理两种角度探索尼龙纤维阻燃的新方法,分别对尼龙6(PA6)和尼龙66(PA66)进行阻燃改性,研究了阻燃剂及处理工艺对尼龙纤维/织物可纺性、阻燃性能、热性能、力学性能、耐水洗性能等方面的影响以及阻燃剂之间的协效作用。因此,本论文可分为以下两个部分：第一部分,采用熔融共混法制备阻燃尼龙6纤维。首先选择埃洛石纳米管(HNT)作为阻燃添加剂,通过与三聚氰胺聚磷酸盐(MPP)复配以达到协同效应。研究结果表明,HNT和MPP可用于尼龙6纤维的阻燃并制备均一连续的阻燃尼龙6纤维。添加12%的MPP和HNT组成的阻燃体系,尼龙6的氧指数最高达到24.0%,垂直燃烧等级为V2级,热释放速率降为367.6 kW-m-2,与纯尼龙6相比下降了33.6%。HNT和MPP组成的阻燃体系还可提高尼龙6在高温段的热稳定性,增加残炭量,由于埃洛石的存在,还可对尼龙6起到一定的增强作用。HNT和MPP之间存在明显的协同效应,这种协同效应主要是由于HNT和MPP之间的化学反应形成了更为稳定的物质引起的。热重-红外联用分析及扫描电镜照片表明,阻燃剂在燃烧过程中主要是固相阻燃机理,HNT会富集到聚合物的表面并形成一层隔离层来阻隔燃烧区的热和氧等起到阻燃的作用；MPP的分解产物会吸附在HNT表面,从而使HNT形成的炭层结构更为致密。其次,选用阻燃效率较高的碳纳米管(MWNT)作为阻燃剂,并通过对碳纳米管进行表面改性以提高碳纳米管与聚合物之间的相容性。选用两种阻燃剂六氯环三磷腈(HCTP)和氨基磺酸胍(GAS)作为表面改性剂进行接枝改性,并通过XPS、TGA和FTIR等方法对接枝过程进行验证,得到两种改性碳纳米管MWNT-GAS和MWNT-HCTP。改性的碳纳米管可与尼龙6熔融共混制备均一连续阻燃尼龙6纤维,由于极性基团的引入使得碳纳米管在聚合物中的分散性和相容性均得到了改善,一方面体现在纤维直径的变化,另一方面体现在纤维中纳米粒子的平均尺寸。通过光学显微镜对纤维进行观察,改性后的碳纳米管在纤维中的团聚现象基本上消失,平均粒子尺寸由346.9μm2降为20.7μm2 (MWNT-GAS)和8.9μm2(MWNT-HCTP)。添加3%的改性碳纳米管后,尼龙6的热释放速率峰值分别下降24.7%(MWNT-GAS)和35.2%(MWNT-HCTP)。在降低热释放速率的同时,改性的碳纳米管对氧指数也有提高,由纯尼龙6的22.0%分别提高至24.1%(MWNT-GAS)和25.8%(MWNT-HCTP)。MWNT-HCTP的阻燃机理主要是固相阻燃,通过碳纳米管在燃烧过程中富集到聚合物熔体的表面并形成网状结构的炭层,此外,HCTP分解产生的含磷物质可以增强炭层强度,使其更加致密；氯元素可捕捉自由基。而MWNT-GAS在固相和气相中共同发挥作用：固相中,接枝的氨基磺酸胍的分解产物可以包裹在碳纳米管表面,有助于碳管形成更为致密的网状结构炭层,从而更有效的阻隔外部燃烧区的热量和氧气等。气相中,氨基磺酸胍自身分解可产生氨气,氨气又能促进尼龙6的降解,两者共同产生大量的氨气、水蒸气和二氧化硫等不燃气体,起到气相阻燃的效果。第二部分,采用后整理法制备阻燃尼龙66织物。对尼龙66织物的后整理阻燃,首先选用两种环保无卤的阻燃剂氨基磺酸胍和硫脲(TUR),通过两者之间的协同效应对尼龙66织物进行阻燃改性。两种阻燃剂的复配使用可以显著改善阻燃剂单独使用时的局限性(泛白、手感不好等),并能大幅提高处理后织物的阻燃性能。当阻燃液浓度为20%,硫脲和氨基磺酸胍的比例为4：2时,氧指数最高可达30.4%,续燃时间为0s,损毁长度6.8 cm,无熔滴。热释放速率峰值由436.4 kW.m-2降为321.9 kW.m-2。硫脲和氨基磺酸胍在尼龙66织物的阻燃中存在明显的协同效应,两者均主要在气相中发挥作用,硫脲和氨基磺酸胍受热分解可释放出大量含硫和氮的不燃气体,稀释燃烧区的可燃气体和氧气,从而促进火焰熄灭。单纯的浸轧后整理虽然可以赋予尼龙66织物优异的阻燃性,但是织物不耐水洗。为了赋予尼龙66织物良好的耐水洗性,通过在织物分子链上引入活泼的羟甲基后接枝硫脲的方法,对传统的硫脲-甲醛预聚体阻燃工艺进行改进,制得了具有良好手感的耐久阻燃尼龙66织物。接枝硫脲后的尼龙66织物的阻燃性能与单纯采用硫脲溶液浸轧处理相比,得到了进一步提高,氧指数可达36.1%,损毁长度降为6.9 cm,热释放速率由436.4kW.m-2降为324.1 kW.m-2。采用此方法阻燃处理的尼龙66织物具有良好的耐水洗性,织物经过30次水洗后,织物的氧指数依然可以达到33.4%。通过Flynn-Wall-Ozawa法和Kissinger法对改性前后的尼龙66织物的热降解进行非等温动力学分析,结果表明,在降解的主要阶段,改性后的尼龙66织物的活化能比未改性的尼龙66织物明显提高。以硫脲为阻燃剂的织物,阻燃机理仍以气相阻燃为主。