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        醋青纖維的結(jié)構(gòu)及物理性能的研究

        2021-10-22 01:26:36雷枋喜
        紡織報告 2021年9期
        關(guān)鍵詞:碳氧聚丙烯腈共振

        雷枋喜

        (上饒幼兒師范高等??茖W(xué)校,江西 上饒 334000)

        醋青纖維是由醋酸纖維素和聚丙烯腈以分子的形式結(jié)合而成的新纖維,完美融合了聚丙烯腈纖維延展性好、膨松、保溫性能高的優(yōu)點和醋脂纖維優(yōu)異的吸濕性和抗靜電性。醋青纖維的物理結(jié)構(gòu)特點和基本的化學(xué)性能與其后續(xù)的編織工藝和產(chǎn)品的涂層性能密切相關(guān)。本研究針對醋青纖維的主要組成結(jié)構(gòu)(橫截面、縱向形貌、分子構(gòu)成、結(jié)晶結(jié)構(gòu)等)、水回收率、導(dǎo)電性、力學(xué)性能等進行測量和討論,進一步改進醋青纖維,并為醋青纖維性能方面的研發(fā)提供參考。

        1 實驗方法

        以我國目前生產(chǎn)的最新醋青纖維作為實驗對象,生產(chǎn)廠家源于黑龍江省化纖集團。實驗過程主要是將醋青纖維剪斷成顆粒狀,然后通過傅里葉掃描儀進行紅外光譜掃描,掃描次數(shù)要超過26次,傅里葉掃描時的分辨率要達(dá)到4 cm-1,主要掃描在醋青纖維的磨斷處。應(yīng)用傅里葉紅外光譜掃描之后,要采用X-射線衍射儀對之前的實驗對象進行測試,進而得到醋青纖維衍射圖譜,X-射線衍射儀的準(zhǔn)確測量范圍在4°~40°。在此基礎(chǔ)上,采用電子掃描顯微鏡仔細(xì)觀察醋青纖維被剪斷的分裂處,觀察其橫截面和縱向的紋理特點。根據(jù)教育處制定的《化學(xué)纖維 回潮率試驗方法》(GB/T 6503—2008),本實驗選取烘箱來對醋青纖維進行回潮率的測定。根據(jù)教育處制定的《化學(xué)纖維 短纖維拉伸性能試驗方法》(GB/T 14337—2008),采用電子纖維拉力對醋青纖維進行拉伸性實驗,每次實驗不斷重復(fù)15次,數(shù)據(jù)處理后得到平均值。使用比電阻儀器測量醋青纖維的比電阻率,再測定醋青纖維的回溫率,通過烘干方法,將醋青纖維從環(huán)境溫度快速升溫到750 ℃,觀察升溫速率。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 基本結(jié)構(gòu)

        2.1.1 基礎(chǔ)分子結(jié)構(gòu)

        圖1 為醋青纖維與其他兩種不同纖維的傅里葉紅外光譜圖,可以看出,醋青纖維在3 350 cm-1處出現(xiàn)了一個很強的吸收峰,這個吸收峰是由—OH引起的,屬于—OH的特殊峰。在2 892cm-1處出現(xiàn)的吸收峰則是由甲基和乙基結(jié)構(gòu)引起的,這個吸收峰出現(xiàn)是由碳?xì)滏I引起的振幅縮動造成的。圖中顯示的樹脂纖維來看,其紅外光譜具有以下明顯的吸收峰:在3 500~3 700 cm-1處存在一個氫氧鍵共振引起的吸收峰,在1 600~1 700 cm-1處存在一個由碳氧雙鍵引起的吸收峰,在1 200~1 300 cm-1處存在一個由甲基基團引起的吸收峰,這與之前醋青纖維的吸收峰存在某些相似點,并且在700~800 cm-1、400~500 cm-1處出現(xiàn)了具有很強碳?xì)浣Y(jié)構(gòu)特點的吸收峰作為樹脂纖維素的主結(jié)構(gòu)峰。將樹脂纖維結(jié)構(gòu)與醋青纖維結(jié)構(gòu)的傅里葉紅外光譜放在一起觀察可以發(fā)現(xiàn),二者在3 350、3 000 cm-1處的吸收峰值特點相近[1]。

        與此同時,2 300 cm-1醋青纖維出現(xiàn)的吸收峰是由碳氮三鍵共振引起的,由于三鍵的穩(wěn)固性,電子跳動能力弱,共振效果更好。在1 800 cm-1處出現(xiàn)的吸收峰主要是由碳氧雙鍵共振而得,其中,1 300 cm-1處存在的吸收峰主要是由碳氧單鍵共振所得,碳氧單鍵由于共用電子少,沒有三鍵作用力強,因此,振動效果沒有三鍵共振好。通過參考醋青纖維的紅外波譜結(jié)構(gòu)可以看出纖維中存在的主要紅外波數(shù),例如從圖2中可以看出,聚丙乙烯腈綸纖維的紅外光譜具有以下特征吸收峰:在1 550~1 555 cm-1處存在碳?xì)涔舱褚鸬奈辗?,? 800~1 900 cm-1處存在碳氧雙鍵共振引起的特征峰,效果比較明顯。2 350~2 450 cm-1處存在腈基特有的—C≡N特征峰,在2 995~3 034 cm-1處存在由一個碳?xì)鋯捂I引起的特征峰,而在3 200~3 700 cm-1處存在氮氫共振引起的特征峰,這在以前很罕見。紅外光譜顯示,在2 300~2 400 cm-1附近出現(xiàn)一個類肩峰,這與上文講述的碳氮三鍵所引起的特征峰相似,因為這是由碳氮三鍵在傅里葉紅外光譜掃描過程中根據(jù)自身的紅外光譜中形成碳?xì)滏I并且伸長振蕩引起的,與2 300 cm-1醋青纖維所掃描出來的峰形相似[2]。對比圖1~2可知,除碳?xì)滏I的延長振動所引起的吸收峰在2 800 cm-1處顯現(xiàn)出來,并且碳氧鍵的伸縮振動吸收峰在1 300 cm-1處顯示外,其他方面與樹脂纖維的特征峰相似。

        圖1 醋青纖維紅外光譜

        圖2 聚丙烯腈纖維紅外光標(biāo)準(zhǔn)譜

        2.1.2 結(jié)晶結(jié)構(gòu)

        根據(jù)醋青纖維掃描得出的X-射線衍射曲線可以看出,醋青纖維在衍射曲線中存在一個20°的衍射角,這個衍射角是由氰基表征出來的特征峰,屬于一種晶面的衍射結(jié)構(gòu),并且在30°附近存在一個彌散峰,峰值很弱,表示其結(jié)晶結(jié)構(gòu)與聚丙烯腈類似,存在可以深入研究的準(zhǔn)晶區(qū)和非晶區(qū)。

        2.1.3 形態(tài)結(jié)構(gòu)

        醋青纖維橫截面近乎圓形,很難收集醋青纖維,從而保留了普通聚丙烯腈纖維具有的膨松柔軟的特點。纖維的縱向表面有顯著的縱向條紋狀凹槽條紋圖案,內(nèi)部有一些類似于聚丙烯腈纖維形態(tài)的微孔。

        2.2 物理性能

        2.2.1 水回收率

        水回收率反映了纖維吸收和釋放水分的能力,即回潮率。資料顯示,一般市面上普遍存在的聚丙烯腈纖維的實際水回收率為2.00%。根據(jù)實驗結(jié)果推測,醋酸纖維的實際水回收率為2.50%,明顯高于市面上一般的聚丙烯腈纖維。這是由于醋酸纖維的水回收率高(實際水回收率為7.40%),再與聚丙烯腈合成醋青纖維,才使醋青纖維具有較高的水回收率。因此,醋青纖維的水回收率有所提高。

        2.2.2 導(dǎo)電性

        將纖維電阻率測試儀用于測試醋青纖維的電阻率。在纖維加工過程中,ρm含量偏高的纖維很容易出現(xiàn)靜電現(xiàn)象,對纖維后續(xù)的加工會產(chǎn)生不良影響。一般來說,ρm小于107較好,大于109則應(yīng)采取抗靜電措施。測定醋青纖維樣品的電壓、質(zhì)量和電阻,并帶入公式計算,得出普通醋青纖維的電阻率為1.452×109Ω·g/cm2,而質(zhì)量較高的醋青纖維電阻率為5.180×107Ω·g/cm2[3]。因此,醋青纖維的質(zhì)量比電阻低于普通聚丙烯腈纖維,抗靜電性能較聚丙烯腈纖維顯著提高。

        2.2.3 力學(xué)性能

        由以往的實驗可知,普通的聚丙烯腈纖維具備的抗斷裂能力可以達(dá)到2.300 cN/dtex,而一般的斷裂延伸率可以達(dá)到40.35%。經(jīng)過實驗可以測得,醋青纖維的平均抗斷裂強度為1.781 cN/dtex,斷裂延伸率為50.25%,遠(yuǎn)超一般的聚丙烯腈纖維。這些實驗結(jié)果可以證明,醋青纖維的斷裂延伸率和力學(xué)性能等比傳統(tǒng)的聚丙烯腈纖維強。

        3 結(jié)語

        實驗結(jié)果顯示,醋青纖維的橫斷截面幾乎為圓形,縱向形態(tài)表面有明顯的橫裝條紋凹槽;與普通的聚丙烯腈纖維相比,醋青纖維具有更高的水回收率和較高的吸濕性;纖維斷裂強度比聚丙烯腈纖維小,但斷裂延伸率高;醋青纖維的力學(xué)性能遠(yuǎn)超一般的聚丙烯腈纖維,具有體積小和優(yōu)良的抗靜電性能,可以作為服裝的改良工藝,并且能合理地提高纖維的耐磨性。

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