芳綸1313纖維的熱學(xué)與耐腐蝕性研究

孔繁榮，谷富彩，朱進忠

(1.河南工程學(xué)院紡織學(xué)院，河南鄭州 450007；2.河南省服用紡織品工程技術(shù)研究中心，河南鄭州 450007)

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芳綸1313纖維的熱學(xué)與耐腐蝕性研究

孔繁榮1,2，谷富彩1,2，朱進忠1,2

(1.河南工程學(xué)院紡織學(xué)院，河南鄭州 450007；2.河南省服用紡織品工程技術(shù)研究中心，河南鄭州 450007)

測試了2種芳綸1313纖維的熱學(xué)性質(zhì)和經(jīng)過化學(xué)溶液處理后的強力，并與芳綸1414纖維進行對比分析。結(jié)果表明：芳綸1313纖維的熱學(xué)性質(zhì)比芳綸1414差，而耐化學(xué)腐蝕性比芳綸1414纖維好，結(jié)論為纖維的發(fā)展和使用提供一定的借鑒作用。

芳綸1313纖維熱學(xué)性質(zhì)耐腐蝕性

0　引言

隨著我國生產(chǎn)力的發(fā)展，以及科技水平的提高，人們無論在工作上還是生活中接觸各種各樣的高科技產(chǎn)品的機會越來越多，例如電子產(chǎn)品已成為人類生活不可或缺的一部分，而人類文化素質(zhì)和生活水平的提高，使得電子產(chǎn)品對人類身體的危害也逐漸得到重視；另外我國在航天技術(shù)方面取得的巨大進步，使人類進入太空早已成為事實。我國綜合國力的提升，科技的進步，使防輻射服、航空服以及消防服等具有特殊功能的紡織品的應(yīng)用越來越廣泛，促使人類對紡織品的要求越來越高，而普通纖維只能滿足人類日常生活的需要，但不能滿足科技的需求。因此，為適應(yīng)科技發(fā)展的需要，利用特種纖維生產(chǎn)具有某些特殊功能的紡織品在整個紡織行業(yè)中已成為一個重要的發(fā)展趨勢。

二十一世紀(jì)是一個新技術(shù)、新材料的時代，發(fā)展高性能纖維材料對提升國家綜合實力具有重大的意義。芳綸纖維具有良好的耐熱性、耐化學(xué)性及阻燃性能，是世界上發(fā)展最快的、綜合性能優(yōu)良的耐高溫過濾材料之一，在高性能纖維中占有重要地位[1，2]。芳綸1313，學(xué)名聚間苯二甲酰間苯二胺，是由間苯二甲酰氯和間苯二胺縮聚后經(jīng)干法、濕法等方法紡制而成[3]，芳綸1313具有較好的吸濕性和尺寸穩(wěn)定性，可以用于織制舒適性織物[4]。目前芳綸1313纖維的性質(zhì)研究多集中在紡制和產(chǎn)品開發(fā)上，本文對纖維的熱學(xué)性質(zhì)和耐化學(xué)腐蝕性做了測試和分析，為纖維的后期加工和改性提供一定的參考。

1　芳綸1313纖維的熱學(xué)性質(zhì)

試樣分別取自不同廠家生產(chǎn)的芳綸1313纖維和芳綸1414纖維。試樣規(guī)格如表1所示。

表1　試樣規(guī)格

1.1芳綸1313纖維的熱分析

使用德國Netzsch公司的STA449 F3型號的同步熱分析儀。試樣量約為10mg，升溫速率為10℃·min-1，分別是從25℃升溫至500℃，從20℃升溫至600℃。氮氣的速率為30ml·min-1。通過熱重法(TG)和差示掃描量熱法(DSC)對纖維進行熱分析得到的熱分析曲線分別如下頁圖1和圖2所示。

(a)

(b)

(a)

(b)

從纖維的TG/DSC曲線整體上來看，兩種芳綸1414纖維的熱穩(wěn)定性比較接近，兩種芳綸1313纖維的熱穩(wěn)定性比較接近，芳綸1313在250℃左右開始出現(xiàn)質(zhì)量損失，而芳綸1414則在接近400℃的時候才開始出現(xiàn)比較明顯的質(zhì)量變化；其DSC曲線中芳綸1414的熔融吸收峰的熱量比芳綸1313的高出許多，其耐熱性和熱穩(wěn)定性要比芳綸1313纖維的好。芳綸1313(間位芳綸)是由肽胺基團連接間位苯基所構(gòu)成的線型大分子，間位連接的苯環(huán)共價鍵沒有共軛效應(yīng)，其內(nèi)旋轉(zhuǎn)位能相對較低，大分子鏈柔性較好，而芳綸1414(對位芳綸)大分子是對位連接的苯酰胺，其酰胺鍵與苯環(huán)基團之間的大π鍵共軛結(jié)構(gòu)使內(nèi)旋轉(zhuǎn)位能比芳綸1313纖維的高，再加上大分子鏈結(jié)構(gòu)近于剛性伸直的網(wǎng)狀交聯(lián)結(jié)構(gòu)，鏈段排列相對整齊，其取向度和結(jié)晶度比芳綸1313的高，最終使得芳綸1414的熱學(xué)性質(zhì)比芳綸1313纖維的好。

1.2芳綸1313纖維經(jīng)熱烘后的強力保持率

取一定量試樣放置于一定溫度的烘箱內(nèi)，烘至一定時間后，取出纖維，采用南通宏大YG001N+型單子單纖維強力儀測出纖維強力，對測試結(jié)果取平均值，計算熱烘前后纖維的強力保持率如表2所示。

表2　芳綸1313纖維和芳綸1414纖維經(jīng)熱烘后的測試結(jié)果

由表2可以看出四種芳綸纖維在不同溫度條件下烘至相同的時間后，芳綸1414的強力保持率要好于芳綸1313，這與通過熱重法(TG)和差示掃描量熱法(DSC)分析纖維熱學(xué)性質(zhì)的結(jié)果一致，纖維的耐熱性與熱穩(wěn)定性主要由纖維內(nèi)部的結(jié)構(gòu)決定。

2　芳綸1313纖維的耐腐蝕性

配置一定濃度的化學(xué)溶液，然后將一定量的試樣浸泡在溶液中，在室溫下維持一定的時間，觀察試樣經(jīng)化學(xué)溶液處理后的外觀顏色變化并測試其強力保持率。條件選擇為50%H2SO4、5%NaOH、50%HNO3、50%NaClO和30%H2O2的溶液中室溫處理24小時。

芳綸1313纖維和芳綸1414纖維經(jīng)濃度為50%的H2SO4、5%的NaOH和30%的H2O2處理24h后外觀顏色都沒有任何明顯的改變。但經(jīng)濃度為50%的HNO3處理24h后四種纖維的顏色都相比處理前變黃，顏色變深，這是因為濃硝酸和帶苯環(huán)的物質(zhì)接觸后會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成硝基苯而顯淡黃色，當(dāng)然硝酸長時間曝露于空氣中也會發(fā)生分解反應(yīng)生成二氧化氮，生成的二氧化氮部分溶解在溶液中使得溶液呈黃色，視覺上看起來也顯現(xiàn)黃色。經(jīng)濃度為50%的NaClO溶液處理24h后，兩種芳綸1313纖維沒有明顯的變化，但兩種芳綸1414纖維的顏色都較之前變深，特別是芳綸1414B的顏色變化較明顯，由原來的淡黃色變?yōu)樽厣@可能是被氧化的原因。

將試驗中經(jīng)化學(xué)溶液處理過的試樣取出后，采用南通宏大YG001N+型單子單纖維強力儀測試?yán)w維強力，并計算經(jīng)化學(xué)試劑處理前后的強力保持率，結(jié)果如表3所示。

表3　芳綸1313纖維和芳綸1414經(jīng)過化學(xué)處理后的強力保持率

由表3可以看出，從整體上看，芳綸1313的強力保持率在經(jīng)過酸堿和氧化劑處理后比芳綸1414的好。芳綸纖維的分子結(jié)構(gòu)高度規(guī)整，苯環(huán)通過酰胺鍵連接，酰胺鍵中的N原子電負(fù)性較強，且含有孤對電子，使其在酸性環(huán)境下，易受到酸溶液中大量的H+的進攻而生成帶正電荷的伯胺基，從而使芳綸分子發(fā)生水解，使芳綸強力下降；在堿性環(huán)境下，因為NaOH溶液中含有大量的OH-，OH-使C=O鍵解體，從而使芳綸發(fā)生水解，強力降低；芳綸纖維對酸比對堿更敏感，使在酸性條件下更易水解，所以在酸性條件下強力降低更大。HNO3，NaClO，H2O2三種物質(zhì)都是強氧化劑，芳綸纖維長時間浸入其溶液中會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，芳綸纖維分子會發(fā)生水解，會被氧化，從而使纖維強力降低。間位芳綸纖維的結(jié)晶結(jié)構(gòu)為的三斜晶系，氫鍵在晶體的兩個平面上以格子狀排列，使芳綸纖維分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定，使得芳綸1313纖維的耐化學(xué)腐蝕性好于芳綸1414。

3　結(jié)論

綜上所述：芳綸1313纖維的熱學(xué)性質(zhì)要比芳綸1414差，而耐化學(xué)試劑腐蝕性比芳綸1414的好。

[1]張文惠，徐廣標(biāo).芳綸與PTFE基布針刺非織造布結(jié)構(gòu)與透氣性能的測試評價[J]．成都紡織高等專科學(xué)校學(xué)報,2015(4)：72-74．

[2]凌新龍，郭立富，黃繼偉，等.芳綸纖維表面改性技術(shù)研究現(xiàn)狀與進展[J].成都紡織高等專科學(xué)校學(xué)報，2016(2)：44-52.

[3]鄒振高，王西亭，施楣梧．芳綸1313纖維技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展[J]．紡織導(dǎo)報，2006(6)：49-52．

[4]王麗麗，陳蕾，胡盼盼，等．芳綸1313纖維的研制[J]．上海紡織科技，2005，33(1)：12-14．

Thermal and Corrosion Resistance Properties of Aramid 1313 Fiber

KONGFan-rong1,2,GUFu-cai1,2,ZHUJin-zhong1,2

(1. Textile College, Henan Institute of Engineering, Zhengzhou 451191;2. Henan Provincial Research Center of Apparel Textile Engineering Technology, Zhengzhou 450007)

The thermal properties and the strength after chemical solution treatment of aramid 1313 were tested and compared with that of aramid 1414. The results showed that the thermal property of Aramid 1313 fiber was worse than that of aramid 1414 and the chemical corrosion resistance property was better than that of 1414 fiber, which provided a reference for the development and use of the fiber.

aramid 1313 fiberthermal propertycorrosion resistance property

1008-5580(2016)03-0109-04

2016-05-08

河南工程學(xué)院紡織科技與標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用研究所資助項目(YJJJ2013006)，鄭州市2013年度科技發(fā)展計劃項目(131PPTGG414-3), 2014年河南省科技發(fā)展計劃項目(142102210404)。

孔繁榮(1980-)，女，碩士，講師，研究方向：紡織品檢驗。

TS102

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