海水环境对国产芳纶1313性能的影响*

陈 莉 万 浩 王凤荣 (西安工程大学纺织与材料学院，西安，710048)

海水环境对国产芳纶1313性能的影响*

陈 莉 万 浩 王凤荣 (西安工程大学纺织与材料学院，西安，710048)

利用海水对国产芳纶1313进行处理，测试海水浸泡前后芳纶1313的质量、线密度、断裂强力、断裂伸长率等指标的变化情况;采用扫描电子显微镜，观察海水处理前后纤维表面和断面形貌。结果表明:芳纶1313经海水的长期浸泡后会受到侵蚀，使芳纶1313的质量、线密度、强力等下降，从而影响芳纶1313制品的耐用性。

芳纶1313，海水，纤维性能，影响

国产芳纶1313的化学名称为聚间苯二甲酰间苯二胺纤维，属于间位芳纶。芳纶具有轻质高强、耐化学腐蚀、耐热、阻燃、不导电和抗冲击等性能，在众多领域中得到广泛应用。近年来，芳纶在海洋开发进程中的作用不容忽视，它可用于制作舰船绳缆、雷达浮标系统、光导纤维增强绳缆、划艇和皮艇、海底石油管道、沿海设施、海上钻井平台海底路基、潜水服等产品［1-2]。海水的腐蚀性大，全球海水的平均pH 值为8.2。海水中96.5%为水，3.5%为盐类，这些盐类主要由氯、钠、硫、镁、钙、钾、溴等组成［3]。目前，关于芳纶的研究主要集中在其物理性能、热降解性能及芳纶纤维表面改性等方面，关于芳纶耐海水腐蚀方面的研究鲜有报道。本文分析国产芳纶1313在海水环境中的性能变化，为国产芳纶1313在海洋开发中的应用提供参考。

1 试验

1.1 材料与仪器

芳纶1313(烟台产)，去离子水，海水(取于青岛海域)。

Y171型纤维切断器(10 mm)，EX-200A型电子天平，YG001N型电子单纤维强力仪，JSM-5800型扫描电镜。

1.2 方法

1.2.1 试样制备

取适量芳纶纤维，用梳子梳理整齐，按1∶100浴比浸泡于海水中，用塑料保鲜膜将容器口封好，常温下浸泡5周。浸泡每满一周取样一次，试样经去离子水清洗干净，晾干后备用。

1.2.2 纤维线密度测试

将芳纶纤维排成一端平齐、平行伸直的纤维束，用纤维切断器在纤维中段切取10 mm长的纤维束，在分析天平上称重，计数中段纤维的根数。根据纤维切断长度、数量和质量，按式(1)计算纤维的线密度 Nt［4]。

式中:m1——中段纤维质量(g);

n——中段纤维数量(根)。

1.2.3 纤维拉伸性能测试

参照GB/T 14337—1993标准，用YG001N型电子单纤维强力仪测定纤维的断裂强力和断裂伸长率。测试条件为:试样夹距10 mm，预加张力0.1 cN，下夹头下降速度40 mm/min;测试次数为100根/样，取平均值。

1.2.4 纤维失重率

将海水浸泡前后的芳纶纤维分别精确称取干重，按式(2)计算海水处理前后芳纶纤维的失重率。

式中:Y——纤维失重率(%);

m0——处理前试样的质量(g);

m1——处理后试样的质量(g)。

1.2.5 纤维表面形态

将纤维样品表面镀金后，用JSM-5800型扫描电镜观察其表面形貌。电镜试验条件:电流5 mA、电压14 kV、加速电压20 kV、照射时间10 min、扫描速率 2 μs/帧、工作距离8 mm、真空度10 Pa。

2 结果与讨论

2.1 失重率

失重率表示处理前后纤维质量的损失程度，失重率越高，纤维的质量损失越大。芳纶1313经海水浸泡后的失重率见图1。由图1可以看出，随着芳纶1313在海水中浸泡时间的增加，纤维的失重率增大。说明芳纶1313在海水中会发生降解反应，导致小分子在海水中水解，使纤维质量下降;浸泡时间越长，纤维降解部分越多。

图1 海水浸泡后的芳纶失重率

2.2 纤维线密度变化

海水浸泡后，芳纶1313的线密度变化见图2。

由图2可以看出，随着海水浸泡时间的增加，芳纶1313的线密度逐渐减小，但减小幅度逐渐降低，说明海水对芳纶1313有一定的腐蚀作用，使芳纶1313受到损伤。因试验测量线密度的方法是中段切断称重法，所以此线密度只能表示纤维单位长度的质量变化情况，间接体现纤维直径的变化情况。

图2 海水对芳纶线密度的影响

2.3 拉伸性能变化

芳纶1313经海水浸泡后的拉伸性能见表1。

表1 芳纶经海水浸泡后的拉伸性能

由表1可以看出，经海水浸泡后，芳纶1313的断裂强力下降。随着浸泡时间的增加，强力下降率增加;当浸泡时间超过4周，强力变化趋缓。芳纶1313的断裂强度随浸泡时间的增加而降低，当浸泡时间超过4周，强度变化较小。从强力和强度的变化情况看，浸泡的前4周对纤维的损伤较明显，但超过4周后纤维的力学性能变化较小。芳纶1313的断裂伸长率随浸泡时间的增加而增大。

2.4 芳纶外观形貌变化

2.4.1 表面形态

由图3可以看出，芳纶1313原样的表面比较光滑［图3(a)]，经过海水浸泡后，纤维表面有明显的沟槽，并且出现一些不规则的剥离现象，纤维表面变粗糙;浸泡时间越长，纤维的沟槽越深，说明芳纶受到海水的腐蚀，纤维表面性状改变。纤维表面变粗糙，能改善纤维的界面性能，有利于复合材料的制备。

图3 海水浸泡前后芳纶表面形态SEM照片(×2000)

2.4.2 断面形态

图4所示为芳纶1313海水浸泡前后拉伸断面的形貌。经海水浸泡后，纤维断面较平整，纤维断裂呈现“脆性”特征，断裂处产生原纤化且形成劈裂，拉伸使原纤化结构开始滑移，原纤逐步断裂［5-6]。这可能是由于海水浸泡使芳纶1313内部的超分子结构发生了改变，分子间的横向结合力变小，部分分子链之间的网络结构变化所致。

3 结论

(1)芳纶1313在海水中会发生降解反应，导致小分子在海水中水解，使纤维质量下降。

图4 海水浸泡前后芳纶纤维拉伸断裂的断面形态SEM照片(×2000)

(2)经海水浸泡后的芳纶1313的线密度明显减小，但其减小的幅度逐渐降低。

(3)经海水浸泡后，芳纶1313的强度显著下降，但下降到一定程度后，纤维强度变化趋缓;断裂伸长率随浸泡时间的增加而增大。

(4)经海水浸泡后的芳纶1313表面有脱皮现象，纤维表面的沟槽变深，表面变粗糙。其断面形态平整，说明海水能部分改变芳纶1313的内部结构。

芳纶1313经海水的长期浸泡后会受到侵蚀，使其质量、线密度、强力等下降，从而影响芳纶1313制品的耐用性。因此，在芳纶1313产品设计时应充分考虑这一现象，尤其对于承担载荷的部件更应注意。海水浸泡后使芳纶1313表面粗糙，有利于复合材料的制备，可作为芳纶改性的一种方法。

［1]钱伯章.芳纶的国内外发展现状［J].化工新型材料，2007，35(8):26-27.

［2]黄故.芳纶纤维在特殊条件下的强力分析［J].纺织学报，2006，27(1):23-26.

［3]单晓英.海洋化学资源［J].资源与人居环境，2009(13):32-33.

［4]于伟东.纺织材料学［M].北京:中国纺织出版社，2006.

［5]郭明映，李海斌，张晖，等.紫外老化对芳纶/环氧复合材料性能和结构的影响［J].纤维复合材料，2008(1):35-38.

［6]王善元，张汝光.纤维增强复合材料［M].上海:中国纺织大学出版社，1998.

Influence of seawater environment on the performance of domestic aramid 1313

Chen Li，Wan Hao，Wang Fengrong

(School of Textiles ＆ Materials，Xi’an Polytechnic University)

In this paper，the domestic aramid 1313 was processed with seawater.The changes of weight loss，fineness，breaking strength and breaking elongation of aramid 1313，before and after soaked by seawater，were tested.The fiber surface and fracture morphology of aramid 1313，before and after treated by seawater，were tested by scanning electron microscope.The results show that the domestic aramid 1313 will be eroded by long-term seawater immersion.The quality，fineness，strength of aramid 1313 decrease and the durability of aramid 1313 products will be affected.

aramid 1313，seawater environment，fiber performance，influence

TS102.5

A

1004－7093(2011)04－0017－03

*西安工程大学校管科研项目(09XG18)

2010－10－14

陈莉，女，1973年生，讲师。主要从事纺织专业教学和科研工作。