芳纶1313纤维的热学与耐腐蚀性研究

孔繁荣，谷富彩，朱进忠

(1.河南工程学院纺织学院，河南郑州 450007；2.河南省服用纺织品工程技术研究中心，河南郑州 450007)



芳纶1313纤维的热学与耐腐蚀性研究

孔繁荣1,2，谷富彩1,2，朱进忠1,2

(1.河南工程学院纺织学院，河南郑州 450007；2.河南省服用纺织品工程技术研究中心，河南郑州 450007)

测试了2种芳纶1313纤维的热学性质和经过化学溶液处理后的强力，并与芳纶1414纤维进行对比分析。结果表明：芳纶1313纤维的热学性质比芳纶1414差，而耐化学腐蚀性比芳纶1414纤维好，结论为纤维的发展和使用提供一定的借鉴作用。

芳纶1313纤维热学性质耐腐蚀性

0　引言

随着我国生产力的发展，以及科技水平的提高，人们无论在工作上还是生活中接触各种各样的高科技产品的机会越来越多，例如电子产品已成为人类生活不可或缺的一部分，而人类文化素质和生活水平的提高，使得电子产品对人类身体的危害也逐渐得到重视；另外我国在航天技术方面取得的巨大进步，使人类进入太空早已成为事实。我国综合国力的提升，科技的进步，使防辐射服、航空服以及消防服等具有特殊功能的纺织品的应用越来越广泛，促使人类对纺织品的要求越来越高，而普通纤维只能满足人类日常生活的需要，但不能满足科技的需求。因此，为适应科技发展的需要，利用特种纤维生产具有某些特殊功能的纺织品在整个纺织行业中已成为一个重要的发展趋势。

二十一世纪是一个新技术、新材料的时代，发展高性能纤维材料对提升国家综合实力具有重大的意义。芳纶纤维具有良好的耐热性、耐化学性及阻燃性能，是世界上发展最快的、综合性能优良的耐高温过滤材料之一，在高性能纤维中占有重要地位[1，2]。芳纶1313，学名聚间苯二甲酰间苯二胺，是由间苯二甲酰氯和间苯二胺缩聚后经干法、湿法等方法纺制而成[3]，芳纶1313具有较好的吸湿性和尺寸稳定性，可以用于织制舒适性织物[4]。目前芳纶1313纤维的性质研究多集中在纺制和产品开发上，本文对纤维的热学性质和耐化学腐蚀性做了测试和分析，为纤维的后期加工和改性提供一定的参考。

1　芳纶1313纤维的热学性质

试样分别取自不同厂家生产的芳纶1313纤维和芳纶1414纤维。试样规格如表1所示。

表1　试样规格

1.1芳纶1313纤维的热分析

使用德国Netzsch公司的STA449 F3型号的同步热分析仪。试样量约为10mg，升温速率为10℃·min-1，分别是从25℃升温至500℃，从20℃升温至600℃。氮气的速率为30ml·min-1。通过热重法(TG)和差示扫描量热法(DSC)对纤维进行热分析得到的热分析曲线分别如下页图1和图2所示。

(a)

(b)

(a)

(b)

从纤维的TG/DSC曲线整体上来看，两种芳纶1414纤维的热稳定性比较接近，两种芳纶1313纤维的热稳定性比较接近，芳纶1313在250℃左右开始出现质量损失，而芳纶1414则在接近400℃的时候才开始出现比较明显的质量变化；其DSC曲线中芳纶1414的熔融吸收峰的热量比芳纶1313的高出许多，其耐热性和热稳定性要比芳纶1313纤维的好。芳纶1313(间位芳纶)是由肽胺基团连接间位苯基所构成的线型大分子，间位连接的苯环共价键没有共轭效应，其内旋转位能相对较低，大分子链柔性较好，而芳纶1414(对位芳纶)大分子是对位连接的苯酰胺，其酰胺键与苯环基团之间的大π键共轭结构使内旋转位能比芳纶1313纤维的高，再加上大分子链结构近于刚性伸直的网状交联结构，链段排列相对整齐，其取向度和结晶度比芳纶1313的高，最终使得芳纶1414的热学性质比芳纶1313纤维的好。

1.2芳纶1313纤维经热烘后的强力保持率

取一定量试样放置于一定温度的烘箱内，烘至一定时间后，取出纤维，采用南通宏大YG001N+型单子单纤维强力仪测出纤维强力，对测试结果取平均值，计算热烘前后纤维的强力保持率如表2所示。

表2　芳纶1313纤维和芳纶1414纤维经热烘后的测试结果

由表2可以看出四种芳纶纤维在不同温度条件下烘至相同的时间后，芳纶1414的强力保持率要好于芳纶1313，这与通过热重法(TG)和差示扫描量热法(DSC)分析纤维热学性质的结果一致，纤维的耐热性与热稳定性主要由纤维内部的结构决定。

2　芳纶1313纤维的耐腐蚀性

配置一定浓度的化学溶液，然后将一定量的试样浸泡在溶液中，在室温下维持一定的时间，观察试样经化学溶液处理后的外观颜色变化并测试其强力保持率。条件选择为50%H2SO4、5%NaOH、50%HNO3、50%NaClO和30%H2O2的溶液中室温处理24小时。

芳纶1313纤维和芳纶1414纤维经浓度为50%的H2SO4、5%的NaOH和30%的H2O2处理24h后外观颜色都没有任何明显的改变。但经浓度为50%的HNO3处理24h后四种纤维的颜色都相比处理前变黄，颜色变深，这是因为浓硝酸和带苯环的物质接触后会发生化学反应生成硝基苯而显淡黄色，当然硝酸长时间曝露于空气中也会发生分解反应生成二氧化氮，生成的二氧化氮部分溶解在溶液中使得溶液呈黄色，视觉上看起来也显现黄色。经浓度为50%的NaClO溶液处理24h后，两种芳纶1313纤维没有明显的变化，但两种芳纶1414纤维的颜色都较之前变深，特别是芳纶1414B的颜色变化较明显，由原来的淡黄色变为棕色，这可能是被氧化的原因。

将试验中经化学溶液处理过的试样取出后，采用南通宏大YG001N+型单子单纤维强力仪测试纤维强力，并计算经化学试剂处理前后的强力保持率，结果如表3所示。

表3　芳纶1313纤维和芳纶1414经过化学处理后的强力保持率

由表3可以看出，从整体上看，芳纶1313的强力保持率在经过酸碱和氧化剂处理后比芳纶1414的好。芳纶纤维的分子结构高度规整，苯环通过酰胺键连接，酰胺键中的N原子电负性较强，且含有孤对电子，使其在酸性环境下，易受到酸溶液中大量的H+的进攻而生成带正电荷的伯胺基，从而使芳纶分子发生水解，使芳纶强力下降；在碱性环境下，因为NaOH溶液中含有大量的OH-，OH-使C=O键解体，从而使芳纶发生水解，强力降低；芳纶纤维对酸比对碱更敏感，使在酸性条件下更易水解，所以在酸性条件下强力降低更大。HNO3，NaClO，H2O2三种物质都是强氧化剂，芳纶纤维长时间浸入其溶液中会发生化学反应，芳纶纤维分子会发生水解，会被氧化，从而使纤维强力降低。间位芳纶纤维的结晶结构为的三斜晶系，氢键在晶体的两个平面上以格子状排列，使芳纶纤维分子的化学结构较为稳定，使得芳纶1313纤维的耐化学腐蚀性好于芳纶1414。

3　结论

综上所述：芳纶1313纤维的热学性质要比芳纶1414差，而耐化学试剂腐蚀性比芳纶1414的好。

[1]张文惠，徐广标.芳纶与PTFE基布针刺非织造布结构与透气性能的测试评价[J]．成都纺织高等专科学校学报,2015(4)：72-74．

[2]凌新龙，郭立富，黄继伟，等.芳纶纤维表面改性技术研究现状与进展[J].成都纺织高等专科学校学报，2016(2)：44-52.

[3]邹振高，王西亭，施楣梧．芳纶1313纤维技术现状与发展[J]．纺织导报，2006(6)：49-52．

[4]王丽丽，陈蕾，胡盼盼，等．芳纶1313纤维的研制[J]．上海纺织科技，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

河南工程学院纺织科技与标准应用研究所资助项目(YJJJ2013006)，郑州市2013年度科技发展计划项目(131PPTGG414-3), 2014年河南省科技发展计划项目(142102210404)。

孔繁荣(1980-)，女，硕士，讲师，研究方向：纺织品检验。

TS102

A