聚酰亞胺纖維的定性鑒別方法研究

趙向旭++劉貴

摘要：

本文通過FZ/T 01057—2007中紡織纖維鑒別試驗(yàn)常用方法分別研究了聚酰亞胺纖維的燃燒特征、外觀形態(tài)、溶解性能，根據(jù)纖維的各項(xiàng)特征確定了聚酰亞胺纖維定性鑒別的方法。

關(guān)鍵詞：聚酰亞胺；定性分析；燃燒特征；外觀形態(tài)；溶解性能

1 引言

聚酰亞胺（PI）纖維集優(yōu)異的機(jī)械性能、耐高低溫性能、介電性能、耐磨性能、耐紫外性能、化學(xué)和尺寸穩(wěn)定性能于一體[1]，是高性能纖維家族中的重要成員之一。PI纖維憑借其優(yōu)異的綜合性能，已成為國防軍工、航空航天、環(huán)境產(chǎn)業(yè)和原子能工業(yè)等重要領(lǐng)域急需的纖維新材料。PI纖維的研究工作起始于20世紀(jì)60年代[2-5]。但是由于PI纖維合成技術(shù)難度高、紡絲工藝復(fù)雜、原料種類少、對設(shè)備要求高等原因，到目前為止，國內(nèi)外關(guān)于PI纖維尤其是高強(qiáng)高模PI纖維的研究報(bào)道還比較少。東華大學(xué)張清華等[6]研究了不同體系聚酰亞胺纖維的性能。張春玲等[7]和黃森彪等[8]系統(tǒng)地研究了聚酰亞胺纖維的紡制方法、結(jié)構(gòu)與性能的相關(guān)性。但由于成本和技術(shù)等原因，商品化的聚酰亞胺纖維只有奧地利Lenzing AG公司的P84?纖維、長春高琦聚酰亞胺材料有限公司的軼綸?纖維和江蘇奧神新材料股份有限公司的ASPI纖維。

目前，國內(nèi)檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)尚沒有一套系統(tǒng)的方法用于定性聚酰亞胺纖維。學(xué)術(shù)界對聚酰亞胺的研究多集中于纖維的制備和纖維的應(yīng)用。隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，聚酰亞胺纖維的應(yīng)用也日益廣泛和深入，研究和開發(fā)聚酰亞胺纖維與其他纖維的鑒別技術(shù)顯得日益迫切。本文將通過FZ/T 01057—2007《紡織纖維鑒別試驗(yàn)方法》中紡織纖維鑒別試驗(yàn)常用方法，研究纖維的燃燒特征、外觀形態(tài)、溶解性能，根據(jù)纖維的各項(xiàng)特征確定了聚酰亞胺纖維定性鑒別的方法。

2 試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)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。

2.2 試驗(yàn)儀器

TGA4000熱重分析儀， 美國PE公司；nocilet380紅外光譜，美國菲尼根質(zhì)譜公司；CU-Ⅱ纖維細(xì)度分析儀等。

2.3 試樣

奧地利Lenzing AG公司提供的P84纖維；江蘇奧神提供的ASPI纖維；長春高琦提供的軼綸纖維。

2.4 試驗(yàn)結(jié)果及討論

2.4.1 燃燒試驗(yàn)

用鑷子夾住少許試樣纖維，觀察纖維靠近火焰、接觸火焰和離開火焰時(shí)的狀態(tài)及燃燒時(shí)產(chǎn)生的氣味和燃燒后的殘留物特征，并做記錄。以上三種聚酰亞胺纖維燃燒過程的觀察結(jié)果如表1所示。

2.4.2 顯微鏡觀察試驗(yàn)

將待測的均勻平排列在載玻片上，加上一滴甘油蓋上蓋玻片，放在生物顯微鏡載物臺上，在放大倍數(shù)200倍～500倍條件下觀察纖維的縱向特征。將一小束纖維梳理整齊，夾入哈氏切片器的凹槽中間，按照FZ/T 01057.3—2007中纖維橫截面切片的制備方法制得橫截面切片，在放大倍數(shù)200倍～500倍條件下觀察。

（a）P84 （b） ASPI （c） 軼綸

圖1 聚酰亞胺纖維縱向顯微鏡照片

（a）P84 （b） ASPI （c） 軼綸

圖2 聚酰亞胺纖維橫截面顯微鏡照片

三種聚酰亞胺纖維縱向顯微照片見圖1。縱向觀察結(jié)果：P84纖維表面平滑有溝槽，ASPI纖維和軼綸纖維表面光滑。三種聚酰亞胺纖維橫截面顯微照片見圖2，P84纖維橫截面為三葉形，ASPI和軼綸為圓形或近似圓形。

2.4.3 溶解試驗(yàn)

將少量的聚酰亞胺纖維置于燒杯或三角燒瓶中注入適量的試劑，樣品和試劑的比例1：100。常溫（20℃～30℃）條件時(shí)搖動5min觀察纖維的溶解情況；沸煮條件時(shí)保持沸騰3min，觀察纖維的溶解情況。三種聚酰亞胺纖維溶解性能見表2。

2.4.4 熱失重試驗(yàn)

圖3為三種聚酰亞胺纖維的熱失重曲線圖。從圖3可以看出，P84、軼綸和ASPI三種纖維均顯示出相似的熱失重行為，表現(xiàn)出了很好的熱穩(wěn)定性，所有的纖維在溫度達(dá)到500℃之前質(zhì)量損失很小。P84、軼綸和ASPI三種纖維的外推始點(diǎn)溫度分別為527℃、577℃和584℃，最大分解速率溫度分別為604℃、609℃和614。在840℃時(shí)，P84、軼綸和ASPI纖維質(zhì)量分別下降至60%、55%和56%。

圖3 三種聚酰亞胺纖維的熱失重曲線圖

2.4.5 紅外光譜分析

P84、軼綸和ASPI三種聚酰亞胺纖維的分子結(jié)構(gòu)基本項(xiàng)目，表現(xiàn)出極為類似的紅外光譜特性。圖4為軼綸纖維的紅外光譜圖，其中1778cm-1、1716 cm-1處為酰亞胺環(huán)上C=O的不對稱伸縮振動和對稱伸縮振動，1381cm-1處為酰亞胺環(huán)上C—N 伸縮振動，724cm-1處為酰亞胺環(huán)上C=O彎曲振動。

圖4 軼綸纖維的紅外光譜圖

根據(jù)其紅外譜圖和譜帶的分布，可以有效地鑒別聚酰亞胺纖維，但該法只能用于鑒別純纖維的定性，且操作復(fù)雜、儀器昂貴，一般只用于有疑問纖維的進(jìn)一步確認(rèn)。

3 結(jié)論

本文對收集到的三種聚酰亞胺纖維進(jìn)行了燃燒試驗(yàn)、外觀形態(tài)觀察、溶解性能試驗(yàn)、熱失重試驗(yàn)和紅外光譜分析，可以發(fā)現(xiàn)聚酰亞胺纖維的特殊性能，從而得出其可行的定性鑒別方法。首先通過聚酰亞胺纖維在靠近火焰、接觸火焰、離開火焰以及殘留物的特征，初步對纖維進(jìn)行鑒別和區(qū)分；聚酰亞胺纖維的外觀形態(tài)具有一定的特殊性，但是在顯微鏡觀察條件下尚不能完全確定纖維；而根據(jù)聚酰亞胺纖維在95%～98%硫酸條件下的溶解現(xiàn)象以及其在65%～68%硝酸煮沸條件下的溶解現(xiàn)象，可初步確定該纖維的種類。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不斷涌現(xiàn)。外光譜試驗(yàn)中，得到了聚酰亞胺纖維1778cm-1、1716 cm-1、1381cm-1及724cm-1四處的特征峰，對該纖維的類別進(jìn)行進(jìn)一步的確認(rèn)。熱重分析法則進(jìn)一步分析了聚酰亞胺纖維的熱穩(wěn)定性能。因此，以上5種方法從各種可能的鑒別方法入手，比較全面地研究了聚酰亞胺纖維的定性分析方法，完全可以順利實(shí)現(xiàn)聚酰亞胺纖維的鑒別。endprint

參考文獻(xiàn)：

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（作者單位：趙向旭， 東華大學(xué)、福建省紡織產(chǎn)品檢測技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；劉貴，福建省紡織產(chǎn)品檢測技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、福建省纖維檢驗(yàn)局）endprint