文/郭光振 陳安城 劉貴 王紹平

1 引言

聚芳酯纖維是指由雙酚、對(duì)苯二甲酰氯和間苯二甲酰氯為原料聚合制成的芳香族聚酯材料，分子結(jié)構(gòu)式如圖1所示[1]。

本文試驗(yàn)研究中采用的聚芳酯纖維是一種經(jīng)熔融聚合紡絲法獲得的高性能纖維，如上圖所示，由苯環(huán)和萘環(huán)以酯鍵連接而成的聚合物。該纖維不僅強(qiáng)度模量與凱夫拉芳綸相當(dāng)，同時(shí)具有非常好的高強(qiáng)高模、高疏水性、低蠕變性、耐磨、耐濕熱、耐高溫性能、振動(dòng)衰減性能以及優(yōu)良的耐酸堿性能等[2]。

2 試驗(yàn)部分

2.1 試劑材料

冰乙酸、硫酸、硝酸、液體石蠟、鹽酸、次氯酸鈉、氫氧化鈉、甲酸、乙酸乙酯、四氯乙烷、氫氟酸、氫氧化銅、硫氰酸鉀、氫氧化銨、四氫呋喃、苯酚、四氯化碳、砒碇、1,4-丁內(nèi)酯、二甲亞砜、環(huán)己酮、二氯甲烷、N,N-二甲基甲酰胺、二甲苯、丙酮、二氧六環(huán)、苯甲醇、二甲基乙酰胺、間甲酚、發(fā)煙硫酸、三氟乙酸、多聚磷酸。以上試劑均為分析純。

2.2 儀器和器材

酒精燈、CU-II纖維細(xì)度儀、哈氏切片器、載玻片、CX21FS1C生物顯微鏡、WRX-1S纖維熱分析儀、PY2020is裂解器、熔點(diǎn)儀、NICOLET 380傅里葉變換紅外光譜儀、Perkin-Elmer熱重分析儀、分析天平（精度0.0002g）、封閉式電爐、坩堝、燒杯等。

2.3 樣品準(zhǔn)備

足夠試驗(yàn)所需的聚芳酯纖維，將適量樣品放入乙醚索氏萃取器中萃取1h，待乙醚從試樣中揮發(fā)徹底后，將樣品浸入冷水中泡1小時(shí)，最后離心脫水晾干，形成待測(cè)樣品。

2.4 定性測(cè)試方法

2.4.1 燃燒測(cè)試

將少量芳酯纖維用鑷子夾起來(lái)，觀察逐漸靠近、接觸、離開火焰整個(gè)過(guò)程的燃燒狀態(tài)、燃燒釋放的氣味以及燃燒后的殘余物外觀特點(diǎn)，并分別做好相關(guān)記錄。將其燃燒特點(diǎn)與其他種類纖維進(jìn)行比較，分析出不同之處。

2.4.2 微觀形貌測(cè)試

將少量均質(zhì)聚芳酯纖維用鑷子分散均勻置于載玻片上，將一滴液體石蠟覆蓋在纖維上，然后蓋上蓋玻片，置于顯微鏡載物臺(tái)上在200倍條件下觀察纖維的縱向微觀形貌特征。將另一小束聚芳酯纖維梳理整齊，呈束狀置入哈氏切片器的凹槽，纖維橫截面切片的制備方法參考FZ/T 01057.3—2007，將最終制成的橫截面切片置于500倍條件下觀察，并將觀察結(jié)果與其他種類纖維進(jìn)行比較。

2.4.3 熔點(diǎn)測(cè)試

此試驗(yàn)可結(jié)合熱失重測(cè)試過(guò)程獲得結(jié)果。將一定量聚芳酯纖維放在載玻片上并蓋上蓋玻片，將載玻片置于熔點(diǎn)儀電熱板上，調(diào)焦至纖維可以觀察清晰后，隨即以（3～4）℃/min的速度升溫，并認(rèn)真觀察纖維的變化狀態(tài)，當(dāng)絕大多數(shù)纖維在一定溫度下熔化時(shí)，該狀態(tài)下的溫度即為纖維的熔點(diǎn)。試驗(yàn)3次取其平均值，并修約至整數(shù)。

2.4.4 化學(xué)溶解性能測(cè)試

將一定量的聚芳酯纖維置于燒杯中，加入特定化學(xué)試劑，樣品和試劑的比例為1：100。在常溫下攪拌一定時(shí)間后觀察纖維的溶解情況；需要煮沸時(shí)，需要保持沸騰狀態(tài)至少3min，觀察或烘干后稱量纖維的溶解狀況。

2.4.5 紅外光譜試驗(yàn)

將少量聚芳酯纖維經(jīng)備樣后置于紅外光譜儀測(cè)試ATR附件平臺(tái)上測(cè)試，在經(jīng)紅外光譜儀掃描時(shí)，樣品中的特征分子會(huì)吸收部分光能并轉(zhuǎn)變?yōu)榉肿拥恼駝?dòng)能和轉(zhuǎn)動(dòng)能，經(jīng)過(guò)分析可推斷分子的特征。測(cè)試結(jié)束后，再做背景測(cè)定。

2.4.6 熱失重試驗(yàn)

測(cè)試時(shí)熱重分析儀的試驗(yàn)參數(shù)設(shè)定如下：氮?dú)獗Ｗo(hù)流速為20mL/min，升溫速率10℃/min，升溫范圍為105℃～800℃。將一定量聚芳酯纖維置于坩堝中，稱取重量后隨即進(jìn)行熱失重測(cè)試。通過(guò)在溫度程序變化下稱量纖維重量的變化，分析這種纖維的性能，該方法的結(jié)果可以用來(lái)判斷升溫過(guò)程中試樣的物相變化情況。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 燃燒測(cè)試

聚芳酯纖維燃燒測(cè)試各個(gè)過(guò)程觀察結(jié)果如表1所示：

由表1可知，聚芳酯纖維的燃燒現(xiàn)象可以與天然纖維及常見(jiàn)的化學(xué)合成纖維區(qū)分開，但與芳綸纖維等耐高溫阻燃纖維相比沒(méi)有較明顯區(qū)別，因此，通過(guò)燃燒法可將其歸類到耐高溫阻燃纖維。

3.2 顯微鏡觀察試驗(yàn)

聚芳酯纖維縱向顯微鏡照片見(jiàn)圖2，橫截面顯微鏡照片見(jiàn)圖3。

圖2 聚芳酯纖維縱向形態(tài)

圖3 聚芳酯纖維橫截面形態(tài)

從圖2和圖3可知，聚芳酯纖維縱向表面特征為表面平滑，有細(xì)微橫節(jié)；橫截面特征為多邊形結(jié)構(gòu)，在顯微鏡觀察下與合成纖維并無(wú)明顯區(qū)別，因此還需要結(jié)合其他方法進(jìn)行鑒別。

3.3 溶解試驗(yàn)

聚芳酯纖維在不同溫度下、不同化學(xué)試劑中的溶解性能觀察結(jié)果見(jiàn)表3。

從表3可知，在室溫條件下，該纖維不溶于所有纖維。在煮沸條件下，除了95%～98%硫酸、75%硫酸、發(fā)煙硫酸外，聚芳酯纖維在其他試劑中均不溶解。其中在煮沸條件下，纖維在75%硫酸中部分溶解。由此可見(jiàn)，該纖維的耐化學(xué)性能比較突出。

在與常規(guī)纖維進(jìn)行溶解試驗(yàn)時(shí)，與棉混紡采用75%硫酸溶解棉，與錦綸混紡采用80%甲酸溶解錦綸，與羊毛混紡采用1mol/L的堿性次氯酸鈉溶解羊毛，與聚酯纖維混紡采用1：1三氯乙酸三氯甲烷溶解聚酯纖維，和腈綸混紡采用N,N-二甲基甲酰胺溶解腈綸，除了N,N-二甲基甲酰胺對(duì)聚芳酯纖維的修正系數(shù)為1.01，其余均為1.0。

3.4 紅外光譜試驗(yàn)

聚芳酯纖維的紅外吸收光譜見(jiàn)圖4。

圖4 聚芳酯纖維紅外光譜圖

表1 聚芳酯纖維燃燒時(shí)狀態(tài)描述

表2 聚芳酯纖維溶解性能表

從圖4可知，聚芳酯纖維在1730cm-1處的吸收譜帶均最強(qiáng)，它們是由C＝O伸縮振動(dòng)引起的；1597cm-1和1505cm-1吸收譜帶是由苯環(huán)骨架振動(dòng)引起的；1254cm-1和1146cm-1是由C＝O伸縮振動(dòng)引起的；925cm-1、885cm-1、756cm-1都是弱的吸收峰，都是苯環(huán)C—H振動(dòng)引起的，可以證明該纖維有苯環(huán)的存在。根據(jù)聚芳酯纖維的紅外譜圖和譜帶分布以及特征吸收峰，可以用于鑒別聚芳酯纖維，但只能用于純纖維的定性鑒別。

3.5 熱失重測(cè)試

聚芳酯纖維熱失重曲線圖，見(jiàn)圖5。

圖5 聚芳酯纖維熱失重曲線圖

表3 聚芳酯纖維熱穩(wěn)定性

由圖5、表3可知，聚芳酯纖維表現(xiàn)出優(yōu)異的熱穩(wěn)定性，在400℃時(shí)質(zhì)量基本沒(méi)有變化，其最大分解速度溫度為526.59℃。在510.08℃和541.80℃時(shí)，纖維殘余物質(zhì)量分別為96.900%和56.883%，從表3中可以分析出熔點(diǎn)溫度為541.80℃。

4 結(jié)論

綜上所述，聚芳酯纖維作為一種新型纖維，在定性試驗(yàn)中，可以利用常規(guī)測(cè)試方法，如燃燒試驗(yàn)、顯微鏡觀察試驗(yàn)、溶解試驗(yàn)、熱失重試驗(yàn)和紅外光譜試驗(yàn)中的一種或多種方法對(duì)其進(jìn)行分類，在初步判斷待測(cè)纖維為特種耐高溫高性能合成纖維后，再通過(guò)熱失重試驗(yàn)、熔點(diǎn)試驗(yàn)、紅外光譜試驗(yàn)中一種或多種加以判斷是否為聚芳酯纖維，從而完成定性試驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳玉偉,魏朋,王依民,等.熱致性液晶聚芳酯纖維的制備與結(jié)構(gòu)研究[J].合成纖維,2012, 41(9)：14-18.

[2] 賴光,周平.聚芳酯纖維的特性和應(yīng)用[J].合成纖維,2012,41(1)： 46-48.