來(lái)燕芳 朱洪敏 (嘉興出入境檢驗(yàn)檢疫局，嘉興，314001)

近年來(lái)，我國(guó)紡織行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，產(chǎn)業(yè)用紡織品逐漸成為新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，發(fā)展迅速，未來(lái)5～10年，紡織品產(chǎn)業(yè)用量比例將大幅提高，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展。

聚醚醚酮(PEEK)纖維因具有優(yōu)良的耐熱性能、力學(xué)性能、尺寸穩(wěn)定性、耐化學(xué)藥品性能、電絕緣性能及阻燃性能等，在產(chǎn)業(yè)用紡織品中具有較好的應(yīng)用前景。PEEK纖維可用于過(guò)濾及增強(qiáng)用的纖維、縫紉絲線、球拍和樂器上的弦線等，尤其適用于一些需要較高耐熱、耐化學(xué)降解、耐摩擦性領(lǐng)域［1-4］。

PEEK纖維是一種全芳香族纖維，是由4，4-二氟甲酮與對(duì)苯二酚在重金屬碳酸鹽存在下，以二苯砜作溶劑進(jìn)行親核置換反應(yīng)縮聚而成，并因?yàn)橛忻焰I與酮鍵的存在，結(jié)晶度高，比常規(guī)纖維更具耐高溫、耐摩擦、耐腐蝕性。目前國(guó)家專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)以及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中尚未有此類纖維的系統(tǒng)分析鑒別方法。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 纖維材料

PEEK 纖維，直徑為208.21 μm，四川德陽(yáng)科吉高新材料有限責(zé)任公司生產(chǎn)。

1.2 試劑

濃硫酸、濃鹽酸、濃硝酸、甲酸、氫氧化鈉、氯化鋅、氫氧化銅、氫氧化銨(濃氨水)、二甲苯、四氫呋喃、吡啶、硫氰酸鉀、次氯酸鈉、冰乙酸、N，N-二甲基甲酰胺、苯胺、氫氟酸、苯酚、二甲亞砜、乙腈、丙酮、環(huán)己酮、二氯甲烷、乙酸乙酯、硝基苯、四氯化碳。

1.3 儀器

SBC-12型小型離子濺射儀，中國(guó)科學(xué)院科學(xué)儀器廠;JSM-6360LV型掃描電子顯微鏡，日本電子株式會(huì)社;CU-II型纖維細(xì)度儀，北京和眾視野科技有限公司;NEXUS型FT-IR紅外光譜儀，美國(guó)Nicolet公司;TG/DTA6300型熱重/差熱熱分析儀，日本Selko Instruments Ino公司;DSC6200型差示掃描量熱儀，日本Selko Instruments Ino公司;XS105型密度天平，梅特勒公司;BX41-P型偏光顯微鏡(測(cè)雙折射率)，廣州市明美科技有限公司。

2 結(jié)果與討論

2.1 感官鑒別

PEEK纖維具有較好的強(qiáng)力，手感生硬、光滑，有較深的色澤。

2.2 燃燒法鑒別

PEEK纖維的燃燒狀態(tài)及特性為：靠近火焰時(shí)為熔縮，接觸火焰時(shí)為劇烈燃燒冒黑煙，離開火焰時(shí)為劇烈燃燒冒黑煙;燃燒時(shí)有苯酚氣味，殘留物為不規(guī)則黑色硬塊，脆而易拈碎。

2.3 顯微鏡觀察其外觀形態(tài)特征

PEEK纖維外表面在噴金后，通過(guò)掃描電鏡觀察，以便清楚地了解其表面光滑程度、有無(wú)空洞溝槽等。橫截面采用光學(xué)顯微鏡觀察，以確定截面形狀。如圖1所示，PEEK纖維直徑粗大，表面有粗糙顆粒且有縱向溝槽。如圖2所示，PEEK纖維橫截面呈規(guī)則圓形且纖維粗細(xì)均勻，沒有氣孔。

圖1 PEEK纖維縱向表面

圖2 PEEK纖維橫截面

2.4 溶解情況

PEEK纖維僅在95%～98%硫酸中20～30℃時(shí)溶解，而在40%、60%、70%硫酸，15%、37%鹽酸，65%～68%硝酸，88%甲酸，苯胺，銅氨溶液，苯酚，二甲亞砜，氫氟酸，99%冰乙酸，N，N-二甲基甲酰胺，二氯甲烷，99.5%乙酸乙酯，硝基苯，乙腈，75%甲酸-氯化鋅，次氯酸鈉，四氯化碳，二甲苯，四氫呋喃，吡啶，65%硫氰酸鉀，99.5%丙酮，99.5%環(huán)己酮，30%氫氧化鈉等試劑中，無(wú)論20～30℃還是煮沸均不溶解。

2.5 著色反應(yīng)

采用碘-碘化鉀著色劑對(duì)PEEK纖維進(jìn)行染色。將20 g碘溶解于100 mL的碘化鉀飽和溶液中，取少許試樣，浸入溶液中0.5～1.0 min，取出后用去離子水漂洗干凈。PEEK纖維沒有著色反應(yīng)。

2.6 熒光反應(yīng)

采用波長(zhǎng)為365 nm的紫外燈管照射PEEK纖維，照射時(shí)間分別為 1、5、10、30、60 min，都沒有發(fā)生熒光反應(yīng)。

2.7 紅外光譜分析

采用NEXUS型FT-IR傅立葉紅外光譜儀對(duì)PEEK纖維進(jìn)行紅外光譜分析，ATR采樣，掃描次數(shù)設(shè)為64，結(jié)果見圖3和表1所示。

表1 PEEK纖維紅外特征譜帶

譜圖上顯示了PEEK纖維化學(xué)結(jié)構(gòu)中所有的特征基團(tuán)、苯環(huán)、羰基、醚鍵等。

2.8 熱分析

采用TG/DTA6300型熱重/差熱熱分析儀和DSC6200型差示掃描量熱儀，對(duì) PEEK纖維在10℃/min的升溫速度下進(jìn)行熱失重測(cè)試，在20℃/min的升溫速度下進(jìn)行DSC測(cè)試。結(jié)果表明：PEEK纖維的起始熱分解溫度為563℃，但失重50%后趨于穩(wěn)定;PEEK纖維的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為147℃，熔點(diǎn)溫度為340℃。

2.9 密度檢測(cè)

采用密度天平(精度為0.000 1 g)，懸掛溫度計(jì)于燒杯壁上，將輔助液體(水或乙醇)注入燒杯，記錄輔助液體溫度(精確至0.1℃)，確保待測(cè)纖維能被液體完全浸沒1 cm以上。放置掛籃于固定支架上，確保其表面無(wú)氣泡并不碰到燒杯或溫度計(jì)。取1 g左右纖維樣品，放置在掛籃頂部稱量盤上，測(cè)得纖維在空氣中的質(zhì)量(精確至0.000 1 g)，再將纖維放置在掛籃下部稱量網(wǎng)內(nèi)，確保無(wú)氣泡附著在纖維表面，測(cè)得纖維在輔助液體中的質(zhì)量(精確至0.000 1 g)，根據(jù)公式計(jì)算纖維密度。PEEK纖維的密度為1.298 g/cm3。

2.10 雙折射測(cè)試

采用色那蒙補(bǔ)償法測(cè)定PEEK纖維的雙折射率。偏振光學(xué)顯微鏡可測(cè)得平面偏光振動(dòng)方向的平行于纖維長(zhǎng)軸方向的折射率和垂直于纖維長(zhǎng)軸方向的折射率，兩者相減即取得雙折射率。光學(xué)的各向異性表現(xiàn)為雙折射現(xiàn)象，通過(guò)測(cè)定纖維的雙折射率大小可以用來(lái)鑒別纖維的類別。

圖3 PEEK纖維的紅外光譜圖

測(cè)得PEEK纖維的雙折射率為0.001 052。對(duì)纖維本身來(lái)說(shuō)，它是PEEK纖維區(qū)別于其他纖維的一個(gè)特征數(shù)據(jù)，雖不能直接用來(lái)進(jìn)行PEEK纖維的鑒別，但是可以作為鑒別PEEK纖維的一個(gè)重要參考依據(jù)。

3 結(jié)語(yǔ)

本文建立了一套對(duì)PEEK纖維進(jìn)行系統(tǒng)定性鑒別的方法。首先通過(guò)燃燒法，燃燒時(shí)熔縮，可斷定為合成纖維。由于PEEK纖維的縱截面和橫截面特征不明顯，著色及熒光反應(yīng)均不具有特殊性，故顯微鏡法、著色反應(yīng)、熒光反應(yīng)都無(wú)法用來(lái)鑒別，必要時(shí)可用于參考。合成纖維的鑒別一般采用溶解試驗(yàn)法，而PEEK纖維僅溶于95%～98%的硫酸(20～30℃)，其余常用試劑均不溶，因此可以根據(jù)其溶解特性來(lái)區(qū)別于其他纖維。必要時(shí)，可根據(jù)PEEK纖維的紅外光譜圖，與未知纖維的紅外光譜圖比較進(jìn)行定性;還可根據(jù)PEEK纖維的DSC曲線、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和熔點(diǎn)溫度，以及密度、熔點(diǎn)和雙折射率來(lái)鑒別PEEK纖維。

［1］唐舜賓.聚醚醚酮(PEEK)纖維［J］.化纖與紡織技術(shù)，1990(2)：55-57.

［2］吳忠文.特種工程塑料聚醚砜、聚醚醚酮樹脂國(guó)內(nèi)外研究、開發(fā)、生產(chǎn)現(xiàn)狀［J］.化工新型材料，2002，30(6)：16-18.

［3］李玉芳，伍小明.特種工程塑料聚醚醚酮的生產(chǎn)應(yīng)用及發(fā)展前景［J］.化學(xué)推進(jìn)劑與高分子材料，2005，3(3)：7-11.

［4］牛海濤，焦曉寧，程博聞.聚醚醚酮(PEEK)纖維的特性及應(yīng)用［J］.北京紡織，2004，25(3)：30-31.