聚醚醚酮(PEEK)纤维的定性鉴别方法*

来燕芳 朱洪敏 (嘉兴出入境检验检疫局，嘉兴，314001)

近年来，我国纺织行业结构调整，产业用纺织品逐渐成为新的经济增长点，发展迅速，未来5～10年，纺织品产业用量比例将大幅提高，应用领域不断扩展。

聚醚醚酮(PEEK)纤维因具有优良的耐热性能、力学性能、尺寸稳定性、耐化学药品性能、电绝缘性能及阻燃性能等，在产业用纺织品中具有较好的应用前景。PEEK纤维可用于过滤及增强用的纤维、缝纫丝线、球拍和乐器上的弦线等，尤其适用于一些需要较高耐热、耐化学降解、耐摩擦性领域［1-4］。

PEEK纤维是一种全芳香族纤维，是由4，4-二氟甲酮与对苯二酚在重金属碳酸盐存在下，以二苯砜作溶剂进行亲核置换反应缩聚而成，并因为有醚键与酮键的存在，结晶度高，比常规纤维更具耐高温、耐摩擦、耐腐蚀性。目前国家专业标准和国家标准以及行业标准中尚未有此类纤维的系统分析鉴别方法。

1 试验设计

1.1 纤维材料

PEEK 纤维，直径为208.21 μm，四川德阳科吉高新材料有限责任公司生产。

1.2 试剂

浓硫酸、浓盐酸、浓硝酸、甲酸、氢氧化钠、氯化锌、氢氧化铜、氢氧化铵(浓氨水)、二甲苯、四氢呋喃、吡啶、硫氰酸钾、次氯酸钠、冰乙酸、N，N-二甲基甲酰胺、苯胺、氢氟酸、苯酚、二甲亚砜、乙腈、丙酮、环己酮、二氯甲烷、乙酸乙酯、硝基苯、四氯化碳。

1.3 仪器

SBC-12型小型离子溅射仪，中国科学院科学仪器厂;JSM-6360LV型扫描电子显微镜，日本电子株式会社;CU-II型纤维细度仪，北京和众视野科技有限公司;NEXUS型FT-IR红外光谱仪，美国Nicolet公司;TG/DTA6300型热重/差热热分析仪，日本Selko Instruments Ino公司;DSC6200型差示扫描量热仪，日本Selko Instruments Ino公司;XS105型密度天平，梅特勒公司;BX41-P型偏光显微镜(测双折射率)，广州市明美科技有限公司。

2 结果与讨论

2.1 感官鉴别

PEEK纤维具有较好的强力，手感生硬、光滑，有较深的色泽。

2.2 燃烧法鉴别

PEEK纤维的燃烧状态及特性为：靠近火焰时为熔缩，接触火焰时为剧烈燃烧冒黑烟，离开火焰时为剧烈燃烧冒黑烟;燃烧时有苯酚气味，残留物为不规则黑色硬块，脆而易拈碎。

2.3 显微镜观察其外观形态特征

PEEK纤维外表面在喷金后，通过扫描电镜观察，以便清楚地了解其表面光滑程度、有无空洞沟槽等。横截面采用光学显微镜观察，以确定截面形状。如图1所示，PEEK纤维直径粗大，表面有粗糙颗粒且有纵向沟槽。如图2所示，PEEK纤维横截面呈规则圆形且纤维粗细均匀，没有气孔。

图1 PEEK纤维纵向表面

图2 PEEK纤维横截面

2.4 溶解情况

PEEK纤维仅在95%～98%硫酸中20～30℃时溶解，而在40%、60%、70%硫酸，15%、37%盐酸，65%～68%硝酸，88%甲酸，苯胺，铜氨溶液，苯酚，二甲亚砜，氢氟酸，99%冰乙酸，N，N-二甲基甲酰胺，二氯甲烷，99.5%乙酸乙酯，硝基苯，乙腈，75%甲酸-氯化锌，次氯酸钠，四氯化碳，二甲苯，四氢呋喃，吡啶，65%硫氰酸钾，99.5%丙酮，99.5%环己酮，30%氢氧化钠等试剂中，无论20～30℃还是煮沸均不溶解。

2.5 着色反应

采用碘-碘化钾着色剂对PEEK纤维进行染色。将20 g碘溶解于100 mL的碘化钾饱和溶液中，取少许试样，浸入溶液中0.5～1.0 min，取出后用去离子水漂洗干净。PEEK纤维没有着色反应。

2.6 荧光反应

采用波长为365 nm的紫外灯管照射PEEK纤维，照射时间分别为 1、5、10、30、60 min，都没有发生荧光反应。

2.7 红外光谱分析

采用NEXUS型FT-IR傅立叶红外光谱仪对PEEK纤维进行红外光谱分析，ATR采样，扫描次数设为64，结果见图3和表1所示。

表1 PEEK纤维红外特征谱带

谱图上显示了PEEK纤维化学结构中所有的特征基团、苯环、羰基、醚键等。

2.8 热分析

采用TG/DTA6300型热重/差热热分析仪和DSC6200型差示扫描量热仪，对 PEEK纤维在10℃/min的升温速度下进行热失重测试，在20℃/min的升温速度下进行DSC测试。结果表明：PEEK纤维的起始热分解温度为563℃，但失重50%后趋于稳定;PEEK纤维的玻璃化转变温度为147℃，熔点温度为340℃。

2.9 密度检测

采用密度天平(精度为0.000 1 g)，悬挂温度计于烧杯壁上，将辅助液体(水或乙醇)注入烧杯，记录辅助液体温度(精确至0.1℃)，确保待测纤维能被液体完全浸没1 cm以上。放置挂篮于固定支架上，确保其表面无气泡并不碰到烧杯或温度计。取1 g左右纤维样品，放置在挂篮顶部称量盘上，测得纤维在空气中的质量(精确至0.000 1 g)，再将纤维放置在挂篮下部称量网内，确保无气泡附着在纤维表面，测得纤维在辅助液体中的质量(精确至0.000 1 g)，根据公式计算纤维密度。PEEK纤维的密度为1.298 g/cm3。

2.10 双折射测试

采用色那蒙补偿法测定PEEK纤维的双折射率。偏振光学显微镜可测得平面偏光振动方向的平行于纤维长轴方向的折射率和垂直于纤维长轴方向的折射率，两者相减即取得双折射率。光学的各向异性表现为双折射现象，通过测定纤维的双折射率大小可以用来鉴别纤维的类别。

图3 PEEK纤维的红外光谱图

测得PEEK纤维的双折射率为0.001 052。对纤维本身来说，它是PEEK纤维区别于其他纤维的一个特征数据，虽不能直接用来进行PEEK纤维的鉴别，但是可以作为鉴别PEEK纤维的一个重要参考依据。

3 结语

本文建立了一套对PEEK纤维进行系统定性鉴别的方法。首先通过燃烧法，燃烧时熔缩，可断定为合成纤维。由于PEEK纤维的纵截面和横截面特征不明显，着色及荧光反应均不具有特殊性，故显微镜法、着色反应、荧光反应都无法用来鉴别，必要时可用于参考。合成纤维的鉴别一般采用溶解试验法，而PEEK纤维仅溶于95%～98%的硫酸(20～30℃)，其余常用试剂均不溶，因此可以根据其溶解特性来区别于其他纤维。必要时，可根据PEEK纤维的红外光谱图，与未知纤维的红外光谱图比较进行定性;还可根据PEEK纤维的DSC曲线、玻璃化转变温度和熔点温度，以及密度、熔点和双折射率来鉴别PEEK纤维。

［1］唐舜宾.聚醚醚酮(PEEK)纤维［J］.化纤与纺织技术，1990(2)：55-57.

［2］吴忠文.特种工程塑料聚醚砜、聚醚醚酮树脂国内外研究、开发、生产现状［J］.化工新型材料，2002，30(6)：16-18.

［3］李玉芳，伍小明.特种工程塑料聚醚醚酮的生产应用及发展前景［J］.化学推进剂与高分子材料，2005，3(3)：7-11.

［4］牛海涛，焦晓宁，程博闻.聚醚醚酮(PEEK)纤维的特性及应用［J］.北京纺织，2004，25(3)：30-31.