性質(zhì)相近的彈性紡織纖維的鑒別方法比較

王林霞 許秋梅

(紹興文理學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院，浙江 紹興 312000)

彈性織物由于具有穿著舒適和良好的保形性特征，已成為服裝面料中的主流產(chǎn)品，適用于運(yùn)動(dòng)服、緊身衣、內(nèi)褲、游泳衣等.彈性織物主要是將一些彈性纖維(氨綸、錦綸、腈綸等)通過包芯等方法構(gòu)成彈性復(fù)合紗，再經(jīng)過整理定形加工得到性能穩(wěn)定的彈性面料[1-2].

氨綸是聚氨酯彈性纖維的簡稱，又稱為萊卡，是一種具有高斷裂伸長、高彈性回復(fù)率的合成纖維[3-6].其彈性優(yōu)異，可自由拉長至原來的4～7倍，并在外力釋放后迅速復(fù)原.氨綸具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性.錦綸屬于聚酯家族，是合成纖維中性能優(yōu)異、用途廣泛的品種之一，具有許多優(yōu)良的特征，如防蛀防霉、強(qiáng)度高、彈性大、耐磨性和耐疲勞性優(yōu)良，非常適合做服裝面料[7-8].腈綸又名聚丙烯腈纖維，其優(yōu)異的耐日光性能幾乎在所有的天然及化學(xué)纖維中居第一位；此外還具有優(yōu)良的防霉、耐菌能力，彈性較好.針對(duì)彈性纖維的鑒別，費(fèi)國平[9]等利用燃燒法區(qū)分氨綸、聚對(duì)苯二甲酸丙二醇酯及T-400纖維.

隨著現(xiàn)代分析測(cè)試技術(shù)的發(fā)展，先進(jìn)的測(cè)試手段被廣泛應(yīng)用.金亞雯[10]等利用紅外光譜法成功鑒別出棉、再生纖維素纖維；曹秋玲[11]等利用ATR-FT-IR技術(shù)快速鑒定棉、麻、毛等紡織纖維；但有些纖維性質(zhì)相近，利用紅外光譜法無法將其進(jìn)一步分辨.掃描電子顯微鏡-能譜(SEM-EDS)技術(shù)是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的檢測(cè)樣品微觀形貌的分析手段，具有成像迅速、易于識(shí)別、大景深等特點(diǎn)，并在研究形貌分析的同時(shí)可以對(duì)微區(qū)進(jìn)行元素定性定量分析.馮云[12]等人運(yùn)用常規(guī)顯微鏡結(jié)合掃描電子顯微鏡觀察法、燃燒法、紅外光譜法、化學(xué)溶解法，可以準(zhǔn)確、方便地鑒別出竹漿纖維和粘膠纖維；周智輝[13]等研究了火災(zāi)現(xiàn)場中混凝土外觀顏色變化、檢測(cè)強(qiáng)度變化及超聲波檢測(cè)內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)變化；黃超[14-15]等通過掃描電鏡能譜一體機(jī)對(duì)打印紙、餐巾紙、棉織物和煙絲的燃燒殘留物較充分燃燒區(qū)域與陰燃區(qū)域?qū)Ρ确治觯偨Y(jié)出這些燃燒殘留物的部分特征.不同種類紡織品的成分、含量以及性狀并不相同.

本文利用燃燒法[16]、紅外光譜法、掃描電鏡(SEM)技術(shù)對(duì)氨綸、錦綸、腈綸三種相近的紡織纖維進(jìn)行鑒別，提出了較為實(shí)用、簡單易行的鑒別方法，以此為纖維檢驗(yàn)工作者提供相關(guān)參考.

1 樣品和分析方法

1.1 樣品

氨綸、錦綸、腈綸紡織纖維樣品由紹興諸暨雅迪纖維有限公司提供.紡織纖維樣品清水浸洗，自然晾干.

1.2 儀器及測(cè)試條件

儀器型號(hào)：酒精燈；NEXUS傅立葉變換紅外光譜儀(美國尼高立公司)，分辨率4 cm-1，掃描范圍4 000 cm-1～675 cm-1，掃描次數(shù)32次，用于分析樣品表面的特征官能團(tuán)；日本電子JSM-6360LV鎢燈絲掃描電子顯微鏡，加速電壓在10～30 kV，工作距離20 mm，采用二次電子成像，用于分析樣品的表面形貌.

1.3 試驗(yàn)方法

(1)燃燒法：取一小束纖維試樣在酒精燈下著火燃燒，仔細(xì)觀察燃燒時(shí)的特征和殘?jiān)男螒B(tài)、顏色、軟硬程度以及產(chǎn)生的氣味；

(2)紅外光譜法：傅立葉變換衰減全反射紅外光譜法(ATR-FT-IR)是一種分析物質(zhì)表層成分信息的技術(shù)[17-20].此法將樣品直接放在ATR附件上進(jìn)行測(cè)試，不需要進(jìn)行KBr壓片制樣步驟，只需測(cè)試前用烘箱將彈性紡織纖維樣品中的水分去除.一般將待測(cè)試樣品在烘箱內(nèi)105 ℃烘干3 h.

(3)掃描電鏡(SEM)技術(shù)：分別剪取5 cm×5 cm正方形面料置于馬弗爐中，于300 ℃、400 ℃、500 ℃、600 ℃充分燃燒1 h后，自然冷卻，碾碎研磨，密封備用.

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 燃燒法

燃燒法是利用纖維的化學(xué)成分不同，所產(chǎn)生不同的燃燒特征鑒別纖維種類.三種彈力纖維的燃燒特征見表1.

表1 三種彈性紡織纖維的燃燒特征

纖維種類靠近火焰接觸火焰離開火焰氣 味性 狀氨綸卷縮熔融燃燒自然熄滅特異氣味可研磨錦綸卷縮熔融燃燒、往下滴熔融物冒黑煙油漆味道刺鼻黑褐色硬塊腈綸卷縮熔融燃燒、往下滴熔融物冒黑煙刺鼻黑色硬塊

從表1可知，根據(jù)三種纖維接觸火焰、離開火焰之后的不同情況以及燃燒后的不同性狀，很容易將氨綸與其他兩種彈性纖維區(qū)分.由于錦綸和腈綸彈性纖維燃燒特征相似，僅僅依據(jù)燃燒法無法準(zhǔn)確將它們區(qū)分開.

2.2 紅外光譜法

采用衰減全反射傅立葉轉(zhuǎn)換紅外光譜儀ATR全反射附件對(duì)氨綸、錦綸、腈綸彈性紡織纖維進(jìn)行紅外分析，結(jié)果如圖1所示.從圖1可以發(fā)現(xiàn)，錦綸與腈綸彈性紡織纖維的紅外光譜比較相似，二者仍難區(qū)分.兩者均在1 700 cm-1、1 250 cm-1、 724 cm-1等處出現(xiàn)特征吸收峰，1 700 cm-1左右的吸收峰表明C=O的伸縮振動(dòng)特征；1 250 cm-1的吸收峰反映了C-O的伸縮振動(dòng)；724 cm-1處吸收峰是由于苯環(huán)上的-CH2面內(nèi)振動(dòng)所形成.這些都充分證明了錦綸與腈綸彈性紡織纖維屬于聚酯纖維；而氨綸彈性紡織纖維的紅外光譜則具有明顯不同，N-H的伸縮振動(dòng)吸收峰在3 300 cm-1左右比較明顯，這一特征峰在錦綸與腈綸彈性紡織纖維紅外光譜上沒有出現(xiàn)或者基本觀察不到.

a.氨綸； b.錦綸； c.腈綸圖1 氨綸、錦綸、腈綸彈性紡織纖維紅外光譜圖

2.3 掃描電鏡(SEM)技術(shù)

2.3.1 燃燒前各彈性紡織纖維的表面形貌

直接剪取2 mm×2 mm正方形彈性紡織纖維樣品,粘貼于貼有導(dǎo)電膠的樣品臺(tái)上，為達(dá)到較好的測(cè)試效果，采用離子濺射儀在樣品表面噴鍍一薄層10 nm左右的金屬鉑(Pt)膜以提高導(dǎo)電性，未燃燒前各彈性紡織纖維形貌如圖2所示.

由圖2看出，這三種彈性紡織纖維均為纖維微結(jié)構(gòu)，且從其SEM圖可知在相同的放大倍率下，氨綸彈性紡織纖維直徑為13.5 μm，錦綸纖維直徑在19.4 μm，而腈綸纖維直徑最大，幾乎是氨綸彈性纖維的兩倍，為25.8 μm.

2.3.2 不同燃燒溫度對(duì)彈性紡織纖維形貌的影響

三種彈性紡織纖維燃燒前的微觀形貌幾乎類似.采用掃描電鏡(SEM)技術(shù)，利用1.3中提到的方法，分別研究不同溫度下這三種紡織纖維充分燃燒1 h后灰燼的微觀形貌，并加以區(qū)分.

圖3是在溫度300 ℃時(shí)各彈性紡織纖維充分燃燒1 h后的SEM圖.由圖3可見，與圖2未燃燒前各紡織纖維形貌相比較，氨綸彈性纖維仍能保持良好的纖維微觀形貌，只是纖維直徑變細(xì)，且具有中空結(jié)構(gòu)，這也是其作為高彈性紡織品必不可少的原因之一.而錦綸和腈綸纖維在該溫度下發(fā)生焦化現(xiàn)象，纖維結(jié)構(gòu)完全消失，呈塊狀結(jié)構(gòu)，這與二者在燃燒法中所觀察到的現(xiàn)象吻合.

(a)氨綸 (b)錦綸 (c)腈綸圖2 燃燒前各彈性紡織纖維(Bar=10 μm)SEM圖像

(a)氨綸 (b)錦綸 (c)腈綸圖3 300 ℃充分燃燒1 h后各彈性紡織纖維(Bar=10 μm)SEM圖像

繼續(xù)提高燃燒溫度至400 ℃，各彈性紡織纖維充分燃燒1 h后的SEM圖如圖4所示.對(duì)比圖4(a)與圖3(a)，氨綸彈性紡織纖維仍然能保持較好的纖維結(jié)構(gòu)，這說明氨綸具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性[1]；而錦綸彈性纖維焦化現(xiàn)象進(jìn)一步加??；腈綸彈性纖維則隨著溫度的升高由之前的大塊狀變?yōu)樗閴K狀結(jié)構(gòu).繼續(xù)提高加熱溫度至500 ℃，各彈性紡織纖維充分燃燒后的SEM圖如圖5所示.

當(dāng)溫度升至500 ℃時(shí)，氨綸彈性紡織纖維燃燒后纖維結(jié)構(gòu)被破壞，呈現(xiàn)棒狀及顆粒狀，而錦綸樣品仍然呈大塊狀結(jié)構(gòu).圖4(c)與圖5(c)相比，腈綸在提高燃燒溫度后顆粒進(jìn)一步變小，并伴有小顆粒出現(xiàn).

進(jìn)一步提高燃燒溫度至600 ℃，各彈性紡織纖維充分燃燒1 h后電鏡表征結(jié)果如圖6所示.

(a)氨綸 (b)錦綸 (c)腈綸圖4 400 ℃充分燃燒1 h后各彈性紡織纖維(Bar=10 μm)SEM圖像

(a)氨綸 (b)錦綸 (c)腈綸圖5 500 ℃充分燃燒1 h后各彈性紡織纖維(Bar=10 μm)SEM圖像

(a)氨綸 (b)錦綸 (c)腈綸圖6 600 ℃充分燃燒1 h后各彈性紡織纖維(Bar=10 μm)SEM圖像

由圖6可見，這三種彈性纖維均呈細(xì)小顆粒狀，這主要是隨著燃燒溫度的升高，各彈性紡織纖維的纖維粉化現(xiàn)象加劇，因而出現(xiàn)相似形貌.在此溫度下，通過微觀形貌較難區(qū)分這三種彈性紡織纖維.

3 結(jié)論

通過比較燃燒法、紅外光譜法和掃描電鏡(SEM)技術(shù)對(duì)氨綸、錦綸、腈綸三種彈性纖維進(jìn)行鑒別，得出以下結(jié)論：

(1)氨綸彈性紡織纖維鑒別.通過燃燒法可初步鑒別氨綸纖維.其紅外光譜與其他兩種彈性纖維的紅外光譜具有明顯的差別，也可以明顯地辨識(shí)出.樣品經(jīng)過燃燒后采用掃描電鏡(SEM)技術(shù)分析，在燃燒溫度低于400 ℃且充分燃燒1 h后，氨綸纖維仍能保持纖維狀結(jié)構(gòu)，即使燃燒溫度至500 ℃仍能見到少量的棒狀結(jié)構(gòu)，此法可進(jìn)一步區(qū)別于其他兩種彈性纖維，進(jìn)一步驗(yàn)證為氨綸纖維.

(2)錦綸和腈綸彈性紡織纖維鑒別.通過燃燒法與紅外光譜法都僅能判定其屬于聚酯類纖維.樣品燃燒后采用掃描電鏡(SEM)技術(shù)分析，在燃燒溫度低于400 ℃時(shí)，錦綸與腈綸彈性紡織纖維相貌比較相似，可將燃燒溫度升高至400 ℃，通過微觀形貌快速區(qū)分錦綸與腈綸彈性紡織纖維.

(3)樣品燃燒后，采用掃描電鏡(SEM)技術(shù)可鑒別彈性紡織纖維，是一種較為實(shí)用、簡單易行、準(zhǔn)確度較高的鑒別方法.