芳纶Ⅱ纤维表面处理剂含量测定标准化及其测试条件的研究

赵平，陈敏剑，幸荣勇，王永桂，徐长刚，徐薇

(中蓝晨光化工研究设计院有限公司，四川成都610041)

1 概述

芳纶纤维主要有聚对苯二甲酰对苯二胺纤维(又称为芳纶Ⅱ1414或PPTA纤维)和聚间苯二甲酰间苯二胺纤维(又称为芳纶Ⅰ1313或PMIA纤维)，由于芳纶Ⅱ纤维具有良好的机械特性、优异的阻燃和耐热性能、稳定的化学性质以及耐辐射性和耐久性，使得其是重要的国防军工材料，如芳纶防弹衣、防弹头盔、防弹装甲等，能有效地提高军队的快速反应能力和杀伤力。在海湾战争中，美、法飞机大量使用了芳纶复合材料。除了军事上的应用外，现已作为一种高技术含量的纤维材料被广泛应用于航天航空、机电、建筑、汽车、体育用品等国民经济的各个方面。在航空、航天方面，芳纶由于质量轻而强度高，节省了大量的动力燃料，据国外资料显示，在宇宙飞船的发射过程中，每减轻1公斤的重量，意味着降低100万美元的成本。除此之外，科技的迅猛发展正在为芳纶开辟着更多新的民用空间。据报道，目前，芳纶产品用于防弹衣、头盔等约占7%～8%，航空航天材料、体育用材料大约占40%，轮胎骨架材料、传送带材料等方面大约占20%左右，还有高强绳索等方面大约占13%。轮胎业也开始大量使用芳纶帘线来减轻重量，减少滚动阻力。

由于芳纶生产的投资成本高，技术难度大，长期以来只有美国和日本等极少数国家生产，如美国杜邦的Kevlar纤维，荷兰阿克苏诺贝尔(Akzo Nobel)公司(已与帝人合并)的Twaron纤维，日本帝人公司的Technora纤维及俄罗斯的Terlon纤维等。芳纶产品也由于其独特的性能和用途，被视为重要战略物资而严格管理，工艺技术严格保密，形成了技术和贸易的垄断，在价格上、货源上对我国实行特别限制，进行技术封锁。因此，尽快抓紧突破国外技术垄断，攻克芳纶纤维技术难题，提早实现产业化，对我国国防、航天事业等领域的发展至关重要。我国芳纶生产能力已经从2000年的10吨/年，到2008年的10000多吨/年，2010年的20000多吨/年。因此可以看出，我国芳纶的生产能力得到了大力提高和飞速发展。

在生产能力大力发展的同时，未能及时地制定相对应的芳纶性能测试标准，不利于芳纶产业的长期、健康发展，也无法判定不同芳纶纤维之间性能的差异。而性能检测是除了直接使用外衡量芳纶纤维性能的唯一手段。

2 国内外标准化情况

2.1 国内标准化情况

经查询，目前国内暂无芳纶Ⅱ纤维表面处理剂含量测试的相关国家标准、行业标准发布。

2.2 其他国家标准化情况

国际标准化组织(ISO)、日本、韩国、荷兰、美国均无公开发布的相关标准。

3 实验部分

3.1 主要原料

芳纶Ⅱ纤维:芳纶1414，中蓝晨光化工研究设计院有限公司。

3.2 仪器设备

试验装置如图1所示。

图1 索氏回流萃取器示意图Fig 1 schematic drawing of Soxhlet extractor

3.3 试样制备

将芳纶纤维置于(105±2)℃烘箱中干燥4h，随后放入干燥器内冷却至室温，称量2g～4g的纤维做为试样。

3.4 性能测定

将试样放入萃取器内，试样要稍低于萃取器虹吸管。然后组装成如图1所示索氏回流萃取器。在烧瓶中注入150mL溶剂(见表1)，在恒温水浴下(温度设定见表2)连续萃取(萃取时间见表3)。抽提后的试样置于(105±2)℃烘箱中干燥4h，随后从烘箱中取出放入干燥器内，冷却至室温。根据公式

4 结果与讨论

4.1 萃取剂的影响

芳纶Ⅱ使用的一般油剂为普通弱极性油脂类油剂，利用有机溶剂与表面处理剂的相似相溶作用，在接近沸点温度的洗涤力协同作用下，利用溶剂回流及虹吸原理，使试样上的表面处理剂转移到溶剂中，已有文献证实索氏萃取法对芳纶表面处理剂具有洗脱作用，能有效地测量表面处理剂含量［1］。根据芳纶通常所有表面处理剂的类型，选取氯仿、丙酮、甲苯做为萃取剂。

由表1可以看出，在恒温和回流时间相同的条件下，氯仿、丙酮、甲苯对芳纶Ⅱ纤维上残留表面处理剂的洗涤能力相同，但是氯仿和甲苯为有毒性溶剂，对人体和环境都有不利影响，建议采用丙酮作为溶剂。

表1 不同溶剂的测得结果Tab 1The results of different solvent

4.2 萃取温度的影响

由表2可以看出:试样在回流时间、虹吸管每小时回流次数相同的条件下，丙酮温度低于80℃时，丙酮对表面处理剂的洗涤作用不完全，导致结果偏低;丙酮温度高于80℃时，丙酮对表面处理剂的洗涤作用充分，结果重复性较好。因此将萃取温度确定为80℃。

表2 不同萃取温度测得结果Tab 2The results of different temperature

4.3 回流时间的影响

由表3以看出:试样在萃取温度、虹吸管每小时回流次数相同的条件下，回流时间少于3h时，丙酮对表面处理剂萃取不完全，测定结果较小，且重复性较差;当回流时间大于3h时，丙酮对表面处理剂萃取充分，测定结果重复性好。在保证测量结果准确有效的前提下，从实验效率来考虑，试样回流时间确定为3h为最佳。

表3 不同回流时间测得结果Tab 3The results of different reflux time

5 结论

(1)对于芳纶Ⅱ纤维而言，丙酮、甲苯、氯仿对芳纶表面处理剂具有同等的洗脱作用。

(2)对于芳纶Ⅱ纤维而言，丙酮做萃取剂的情况下，萃取温度为80℃时，无论是从洗脱效果还是节能环保来说均为最佳温度。

(3)对于芳纶Ⅱ纤维而言，丙酮做萃取剂的情况下，萃取时间为3h时，无论是从洗脱效果还是节能环保来说均为最佳时间。

［1］杨硕，郁崇文.芳纶非织造布脱油剂工艺的研究［J］.产业用纺织品，2012，9.