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        利用熱重分析技術(shù)淺析微波處理對(duì)棉、羊毛、聚酯纖維的熱穩(wěn)定性影響

        2019-11-16 08:33:20陳澤蕓
        中國纖檢 2019年10期
        關(guān)鍵詞:紡織品分析

        文/陳澤蕓

        1 引言

        紡織品檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室中,烘干效率是直接影響檢測(cè)效率的重要因素之一。目前熱風(fēng)烘箱法是紡織纖維烘干的基本方法,根據(jù)纖維組分的多少,需在密閉的通風(fēng)烘箱內(nèi)烘干4~16小時(shí),雖然結(jié)果準(zhǔn)確、穩(wěn)定,但是烘干時(shí)間長(zhǎng),極大地制約了紡織品纖維成分定量分析效率的提高,不能滿足實(shí)驗(yàn)室紡織品的快速檢測(cè)客觀需求。

        相較于傳統(tǒng)熱風(fēng)烘箱法,微波干燥處理技術(shù)是一種新型的、節(jié)能高效的熱能技術(shù),因微波對(duì)水分子的作用效果顯著,特別是在真空負(fù)壓狀態(tài)下,微波對(duì)水分子的作用效果顯著,能達(dá)到快速烘干的目的,其能縮短檢測(cè)周期,提高檢測(cè)效率,符合目前發(fā)展快速檢測(cè)的趨勢(shì)。采用微波干燥技術(shù),需先研究其對(duì)纖維組分的熱學(xué)性能影響,以確保其可用于紡織品成分分析的快速烘干。而熱重分析則是在程序控制溫度的條件下,測(cè)量物質(zhì)的物理性質(zhì)與溫度關(guān)系的一種技術(shù),因此,利用熱重分析技術(shù),可用于對(duì)纖維物質(zhì)的熱學(xué)性能進(jìn)行研究。

        本文將以幾種纖維為試驗(yàn)對(duì)象,研究提出了利用熱重分析技術(shù),對(duì)幾種纖維經(jīng)微波干燥技術(shù)前后的熱學(xué)性能進(jìn)行測(cè)量,得出相關(guān)曲線,并對(duì)曲線進(jìn)行對(duì)比分析,從而驗(yàn)證微波干燥技術(shù)對(duì)幾種纖維的熱學(xué)性能的影響,以此研究微波干燥技術(shù)在紡織品成分分析方面的可行性。

        2 主要內(nèi)容

        2.1 原理與方案

        纖維在程序控制溫度下,其質(zhì)量與溫度會(huì)呈現(xiàn)一定的變化關(guān)系,利用熱重分析(TG)和微分熱重分析(DTG)技術(shù)得到的分析結(jié)果,可用來探討微波處理方式對(duì)纖維的熱學(xué)性能影響,從而達(dá)到研究纖維試樣經(jīng)微波處理前后的熱穩(wěn)定性和組分性質(zhì)的目的。

        2.2 方法與標(biāo)準(zhǔn)

        參照FZ/T 01057、GB/T 2910標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗(yàn)。

        2.3 試樣

        為確保樣品的標(biāo)準(zhǔn)化,最大限度地避免因同類樣品中相互之間的差異而對(duì)研究結(jié)果的干擾影響。本文分別選取標(biāo)準(zhǔn)GB 7565《紡織品 色牢度試驗(yàn) 棉和粘纖標(biāo)準(zhǔn)貼襯織物規(guī)格》、GB 7568.1《紡織品 色牢度試驗(yàn) 毛標(biāo)準(zhǔn)貼襯織物規(guī)格》、GB 7568.4《紡織品 色牢度試驗(yàn) 聚酯標(biāo)準(zhǔn)貼襯織物規(guī)格》中棉、羊毛、聚酯纖維貼襯織物作為試樣。

        2.4 主要儀器

        微波烘干箱:型號(hào)為YN-2KW微波紅外調(diào)頻干燥箱;最高溫度108℃,電壓380V,微波頻率(2450±50)MHz,功率0~2kW,功率可調(diào),由廣州越能工業(yè)微波設(shè)備有限公司制造。

        熱重分析儀:型號(hào):綜合熱分析儀STA 449 F3 Jupiter;坩堝:Al2O3坩堝;氣氛:N2(氣體流量為50 mL/min);溫度范圍:30℃ ~1000℃;升溫速度:20℃/min。

        2.5 條件

        實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)溫濕度,溫度:20℃~22℃,相對(duì)濕度:64%~67%。

        2.6 試驗(yàn)過程

        依次分別選取棉、羊毛、聚酯纖維貼襯織物(重量大于1g)各2份作為試樣;

        將1份棉、羊毛、聚酯纖維貼襯織物試樣,在水中完全濕透后,依次各自分別在微波烘干箱中干燥10分鐘(功率2kW、溫度90℃);

        將微波處理后的1份棉、羊毛、聚酯纖維貼襯織物與1份以上各纖維的空白樣,用剪刀充分剪碎成粉末待測(cè),分別用熱重分析儀進(jìn)行熱重分析,得到各纖維經(jīng)微波處理前后的熱重分析圖。

        3 結(jié)果與討論

        3.1 棉纖維

        棉纖維經(jīng)微波處理前后的熱重分析圖對(duì)比如圖1。

        從圖1可以看出,棉纖維的熱分解分為失水、快速失重和緩慢失重3個(gè)階段。第一階段從室溫到初始分解溫度,由于棉纖維素吸附水分的蒸發(fā),樣品失去表層水分,質(zhì)量略有下降。第二階段從初始分解溫度到終止分解溫度內(nèi),是主要階段,此階段棉纖維上羰基和C-H鍵斷裂,發(fā)生高分子降解的過程,析出大量揮發(fā)物,失重率高達(dá)80%以上,出現(xiàn)熱解峰主要是由纖維素?zé)峤猱a(chǎn)生。第三階段從終止分解溫度開始,樣品熱解失重緩慢,到1000℃時(shí)樣品殘余量在10%以內(nèi)。從表1熱重分析指標(biāo)值對(duì)比表中可以看出,棉纖維經(jīng)微波處理后,相比于棉纖維空白樣品,在熱重分析中,質(zhì)量損失過程中的各個(gè)指標(biāo):初始分解溫度、最大分解速率溫度、終止分解溫度均相當(dāng)接近,可見微波干燥技術(shù)對(duì)棉纖維的熱穩(wěn)定性和組分性質(zhì)幾無影響。

        圖1 棉纖維經(jīng)微波處理前后的熱重分析圖對(duì)比

        3.2 羊毛纖維

        羊毛纖維經(jīng)微波處理前后的熱重分析圖對(duì)比如圖2。

        圖2 羊毛纖維經(jīng)微波處理前后的熱重分析圖對(duì)比

        從圖2可以看出,羊毛纖維的熱分解過程主要分為失水、快速失重和緩慢失重3個(gè)階段,但其初始分解溫度較棉纖維低,為250℃,隨后繼續(xù)分解,但分解速率較棉纖維低,熱分解失重臺(tái)階無棉纖維明顯,并在330℃左右達(dá)到峰值最大分解速率,在1000℃時(shí)質(zhì)量殘余量較多,達(dá)到20%左右。從表2熱重分析指標(biāo)值對(duì)比表中可以看出,經(jīng)微波處理的樣品,與羊毛纖維的空白比對(duì)樣,在熱重分析中,質(zhì)量損失過程中的指標(biāo)與1000℃時(shí)質(zhì)量殘余量均十分接近。而從圖2熱重分析TG圖中可以明顯看出,兩條曲線趨向的吻合度較高,幾乎處于重疊的狀態(tài),說明微波干燥技術(shù)對(duì)羊毛纖維的熱穩(wěn)定性和組分性質(zhì)幾無影響。

        表1 棉纖維經(jīng)微波處理前后的熱重分析指標(biāo)對(duì)比

        表2 羊毛纖維經(jīng)微波處理前后的熱重分析指標(biāo)對(duì)比

        表3 聚酯纖維經(jīng)微波處理前后的熱重分析指標(biāo)對(duì)比

        3.3 聚酯纖維

        聚酯纖維經(jīng)微波處理前后的熱重分析圖對(duì)比如圖3。

        從圖3可以看出,由于聚酯纖維吸水性差,公定回潮率僅為0.4%,因此聚酯纖維的熱分解主要分為快速快速失重和緩慢失重2個(gè)階段。相較于棉、羊毛纖維,聚酯纖維的初始分解溫度較高,為420℃左右,之后分解迅速,質(zhì)量損失明顯,并在438℃左右達(dá)到最大分解速率。從表3中可以看出,聚酯纖維經(jīng)微波處理后,其初始分解溫度、終止分解溫度均有所下降,但幅度很小,從表3中聚酯纖維經(jīng)微波處理前后的熱重分析指標(biāo)對(duì)比可以看出,熱重分析中的關(guān)鍵指標(biāo),如初始分解溫度、最大分解速率溫度、終止分解溫度、1000℃時(shí)質(zhì)量殘余量等,仍然是十分接近的。從圖3中可以看出兩條曲線的重合度也較高,表明微波干燥技術(shù)對(duì)聚酯纖維的熱穩(wěn)定性和組分性質(zhì)影響甚小。

        4 結(jié)論

        4.1 棉纖維、羊毛纖維和聚酯纖維均擁有特定的熱重曲線,結(jié)合熱重分析的明顯特征指標(biāo):初始分解溫度、最大分解速率溫度、終止分解溫度、質(zhì)量殘余量,可用于研究纖維的熱穩(wěn)定性和組分性質(zhì)。

        4.2 通過各自對(duì)比微波處理前后,棉纖維、羊毛纖維、聚酯纖維的熱重分析曲線,表明微波處理技術(shù)對(duì)三種纖維的熱穩(wěn)定性和組分性質(zhì)幾乎無影響。

        4.3 結(jié)果表明微波處理技術(shù)可用于實(shí)驗(yàn)室紡織品成分分析的快速烘干。試驗(yàn)單次烘干時(shí)間較傳統(tǒng)熱風(fēng)烘箱法縮短至少1小時(shí)以上,節(jié)能20%~30%。

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