劉貴

（1.福建省紡織產(chǎn)品檢測(cè)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建 福州 350026；2.福建省纖維檢驗(yàn)局，福建 福州 350026）

1 引言

聚芳砜酰胺(Polysulfonamide fiber，PSA)，是一種在大分子的主鏈上含有砜基（-SO2-）的芳香族聚酰胺，通常是由等摩爾的4,4'-二氨基二苯砜(DDS)和對(duì)苯二甲酰氯(TPC)在溶液縮聚中反應(yīng)得到。它不僅具有良好的物理機(jī)械性能，而且還具有良好的耐熱、難燃、電絕緣、耐腐蝕、耐輻射和尺寸穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，尤其在抗熱氧化老化性能上，顯著地超出現(xiàn)有芳香族聚酰胺纖維、芳綸1313和芳綸1414[1]。在改善環(huán)境保護(hù)及治理三廢方面，作為200～250 ℃的高溫?zé)煔膺^(guò)濾材料有著廣泛的應(yīng)用，同時(shí)作為耐熱、防燃、高級(jí)別耐高溫的電機(jī)絕緣紙的應(yīng)用也越來(lái)越多。目前，學(xué)術(shù)界對(duì)聚芳砜酰胺的研究多集中在纖維的制備和纖維的應(yīng)用[1-4]領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)尚沒(méi)有一套系統(tǒng)的檢測(cè)方法用于聚芳砜酰胺纖維的定量檢測(cè)。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，聚芳砜酰胺纖維的應(yīng)用也將日益廣泛，研究和開(kāi)發(fā)聚芳砜酰胺纖維與其他纖維的分析檢測(cè)技術(shù)也顯得日益迫切。

先前的研究在依據(jù)聚芳砜酰胺纖維燃燒、外觀、化學(xué)溶解和紅外光譜特性的基礎(chǔ)上，建立了其纖維定性鑒別方法[5]。本文在此基礎(chǔ)上通過(guò)聚芳砜酰胺纖維與其他纖維混紡產(chǎn)品的試驗(yàn)建立了聚芳砜酰胺纖維與其他纖維混紡的定量檢測(cè)的化學(xué)方法。

2 定性鑒別試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)試劑、儀器和樣品

試劑：硫酸、鹽酸、硝酸、次氯酸鈉、氫氧化鈉、甲酸、冰乙酸、硫氰酸鉀、氫氟酸、氫氧化銅、氫氧化銨、N,N-二甲基甲酰胺，丙酮、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、二氧六環(huán)、雙氧水、二甲苯等。以上試劑均為分析純。

儀器：索氏萃取器、恒溫水浴鍋、分析天平（精度為0.0001 g）、具塞三角燒瓶等玻璃器皿。

樣品：聚芳砜酰胺（PSA）纖維長(zhǎng)絲，上海特安綸纖維有限公司提供。

2.2 試樣及預(yù)處理

將試樣放在索氏萃取器中用乙醚萃取1 h，待試樣中的乙醚揮發(fā)后，把試樣浸入冷水中，浸泡1 h，然后離心脫水、晾干。

2.3 燃燒試驗(yàn)

PSA纖維靠近火焰時(shí)不熔不縮，接觸火焰時(shí)熔融燃燒，離開(kāi)火焰時(shí)自滅。燃燒時(shí)略帶漿糊的氣味，殘留物特呈黑色焦炭狀。

2.4 顯微鏡觀察

從圖1可以看出，PSA纖維的縱向形態(tài)為表面平滑，有溝槽，橫向形態(tài)接近圓形。

圖1 PSA纖維的縱向和橫向截面圖

2.5 溶解試驗(yàn)

聚芳砜酰胺纖維在不同試劑中的溶解性能見(jiàn)表1。

2.6 紅外光譜特性

聚芳砜酰胺纖維的紅外吸收光譜圖如圖2所示。1667cm-1處的吸收峰是C=O的伸縮振動(dòng)峰；1517cm-1處的吸收峰是苯環(huán)骨架伸縮振動(dòng)吸收峰；1308cm-1和1131cm-1附近兩個(gè)較強(qiáng)峰分別屬于砜基的不對(duì)稱伸縮振動(dòng)吸收峰及對(duì)稱伸縮振動(dòng)吸收峰。

表1 聚芳砜酰胺纖維化學(xué)溶解性能

圖2 PSA的紅外光譜圖

2.7 定性結(jié)論

聚芳砜酰胺纖維定性方法有：燃燒、顯微鏡觀察、溶解、紅外光譜分析。燃燒試驗(yàn)和顯微鏡觀察都只能初步對(duì)纖維類別進(jìn)行判定，而無(wú)法確認(rèn)具體是那一種，結(jié)合化學(xué)溶解試驗(yàn)則基本上可以確認(rèn)聚芳砜酰胺纖維的存在與否。根據(jù)化纖定性的原則，至少2種或2種以上的方法對(duì)其進(jìn)行確認(rèn)，同時(shí)其化學(xué)溶解性能上的獨(dú)特性只是限于將其區(qū)別于目前所熟知的纖維，隨著纖維種類的不斷增加，具有相似溶解性能的纖維可能也會(huì)不斷涌現(xiàn)。紅外光譜試驗(yàn)卻可以對(duì)該纖維的類別進(jìn)行進(jìn)一步的確認(rèn)。因此，以上4種方法從各種可能的鑒別方法入手，比較全面的研究了聚芳砜酰胺纖維的定性分析方法，完全可以順利實(shí)現(xiàn)聚芳砜酰胺纖維的鑒別。

3 定量分析

3.1 聚芳砜酰胺纖維（芳砜綸）與常規(guī)纖維混紡

對(duì)常規(guī)纖維而言，根據(jù)表1中聚芳砜酰胺纖維在不同溶劑中的溶解特性，結(jié)合GB/T 2910-2009 以及FZ/T 01095-2002 中規(guī)定的測(cè)試條件，采用已知量的聚芳砜酰胺纖維與其他纖維進(jìn)行混紡，并采用標(biāo)準(zhǔn)的方法進(jìn)行溶解定量試驗(yàn)。具體的試驗(yàn)方法如下：

⑴ 聚芳砜酰胺纖維與纖維素纖維（棉、粘纖、萊賽爾、莫代爾等）、氨綸的二組分混紡產(chǎn)品定量分析法——75% 硫酸法。

⑵ 聚芳砜酰胺纖維與蛋白質(zhì)纖維（羊毛、蠶絲、山羊絨等）的二組分混紡產(chǎn)品定量分析法——堿性次氯酸鈉法。

⑶ 聚芳砜酰胺纖維與聚酯纖維的二組分混紡產(chǎn)品定量分析法——苯酚/四氯乙烷法。

⑷ 聚芳砜酰胺纖維與錦綸或維綸的二組分混紡產(chǎn)品定量分析法——20%鹽酸法或80%甲酸法。

采用上述定量測(cè)試方法，用已經(jīng)定量的聚芳砜酰胺纖維和其他常規(guī)纖維按照固定的混紡比進(jìn)行配比并進(jìn)行測(cè)試，對(duì)平行試樣和最大誤差進(jìn)行分析，結(jié)果如表2所示。

表2 聚芳砜酰胺纖維（芳砜綸）與常規(guī)纖維混紡定量試驗(yàn)

3.2 聚芳砜酰胺纖維（PSA）與性能類似纖維混紡

聚芳砜酰胺纖維混紡產(chǎn)品主要用于做煙氣治理的高溫濾料，產(chǎn)品所含的纖維主要有聚芳砜酰胺纖維(PSA)、芳綸(主要為間位芳綸或芳綸1313，即諾梅克斯Nomex)、聚酰亞胺纖維(PI)、聚苯硫醚 (PPS)、聚四氟乙烯纖維(PTFE)及玻璃纖維等，實(shí)際應(yīng)用中往往采用多種纖維配合。對(duì)這些類似纖維存在的混紡產(chǎn)品，具體的測(cè)試方法如下：

3.2.1 二組分的混紡產(chǎn)品

3.2.1.1 PSA與芳綸的二組分混紡產(chǎn)品

采用二甲基甲酰胺法、二甲亞砜法或65%-68%硝酸法，將混合物中的PSA溶解掉。

3.2.1.2 PSA與PI的二組分混紡產(chǎn)品

采用二甲基甲酰胺法或二甲亞砜法，將混合物中的PSA溶解掉。

3.2.1.3 PSA與PPS的二組分混紡產(chǎn)品

采用95%-98% 硫酸法、二甲基甲酰胺法、二甲亞砜法或65%-68% 硝酸法，將混合物中的PSA溶解掉。

3.2.1.4 PSA與PBO的二組分混紡產(chǎn)品

采用二甲基甲酰胺法、二甲亞砜法或65%-68%硝酸法，將混合物中的PSA溶解掉。

3.2.1.5 PSA與PTFE的二組分混紡產(chǎn)品

可以采用95%-98%硫酸法、二甲基甲酰胺法、二甲亞砜法或65%-68%硝酸法，將混合物中的PSA溶解掉。

3.2.1.6 PSA與玻璃纖維的二組分混紡產(chǎn)品

可以采用95%-98%硫酸法、二甲基甲酰胺法、二甲亞砜法或65%-68%硝酸法，將混合物中的PSA溶解掉，也可以采用氫氟酸將混合物中的玻璃纖維溶解掉。

3.2.2 三組分混紡產(chǎn)品

3.2.2.1 PSA/芳綸/玻璃纖維的三組分混紡產(chǎn)品

采用二甲基甲酰胺法、二甲亞砜法或65%-68%硝酸法，先將混合物中的PSA溶解掉，剩余芳綸和玻璃纖維，然后再用氫氟酸將玻璃纖維溶解掉，剩余芳綸，從而計(jì)算出各自纖維的含量。

3.2.2.2 PSA/PI/玻璃纖維的三組分混紡產(chǎn)品

可以采用二甲基甲酰胺法或二甲亞砜法，先將混合物中的PSA溶解掉，剩余PI和玻璃纖維，然后再用氫氟酸將玻璃纖維溶解掉，剩余PI，從而計(jì)算出各自纖維的含量。

3.2.2.3 PSA/PPS/玻璃纖維的三組分混紡產(chǎn)品

可以采用95%-98%硫酸法、二甲基甲酰胺法、二甲亞砜法或65%-68%硝酸法，先將混合物中的PSA溶解掉，剩余PPS和玻璃纖維，然后再用氫氟酸將玻璃纖維溶解掉，剩余PPS，從而計(jì)算出各自纖維的含量。

3.2.2.4 SA/PTFE/玻璃纖維的三組分混紡產(chǎn)品

可以采用95%-98%硫酸法、二甲基甲酰胺法、二甲亞砜法或65%-68%硝酸法，先將混合物中的PSA溶解掉，剩余PTFE和玻璃纖維，然后再用氫氟酸將玻璃纖維溶解掉，剩余PTFE，從而計(jì)算出各自纖維的含量。

采用上述定量測(cè)試方法，利用已經(jīng)定量的聚芳砜酰胺纖維和類似纖維按照固定的混紡比進(jìn)行配比并進(jìn)行測(cè)試，對(duì)平行試樣和最大誤差進(jìn)行分析，結(jié)果如表3所示。

從表2和表3中得知，在不同的試驗(yàn)條件下，聚芳砜酰胺纖維和其他纖維的混紡測(cè)試穩(wěn)定性良好。2名試驗(yàn)人員的試驗(yàn)結(jié)果誤差沒(méi)有超過(guò)1%，符合GB/T 2910-2009 標(biāo)準(zhǔn)的要求。而采用其他溶劑溶解混紡物時(shí)，平行試驗(yàn)的穩(wěn)定性能良好，符合定量分析的要求。表2和表3的定量測(cè)試結(jié)果表明，采用溶解法可以對(duì)聚芳砜酰胺纖維與其另外2種纖維交織或混紡產(chǎn)品進(jìn)行定量分析。

4 結(jié)論

本文采用燃燒、顯微鏡觀察、化學(xué)溶解、紅外光譜等4種方法，對(duì)聚芳砜酰胺纖維進(jìn)行綜合定性分析，從而實(shí)現(xiàn)定性鑒別。在此基礎(chǔ)上，依據(jù)化學(xué)溶解特性建立了定量分析法，通過(guò)固定配比的聚芳砜酰胺纖維和常規(guī)纖維及相類似纖維混紡樣品測(cè)試進(jìn)行方法驗(yàn)證。試驗(yàn)結(jié)果表明，平行試驗(yàn)的穩(wěn)定性能良好，誤差不超過(guò)1%，符合定量分析的要求。采用溶解法可以對(duì)聚芳砜酰胺纖維與其他纖維交織或混紡產(chǎn)品進(jìn)行定量分析。

表3 聚芳砜酰胺纖維（芳砜綸）與類似纖維混紡定量試驗(yàn)