复合纤维的相关标准及鉴别技术进展

魏纯香，倪冰选

(1.苏州中纺联检验技术服务有限公司, 江苏 苏州 215200； 2.中纺协东莞检验技术服务有限公司，广东 东莞 523900)

复合纤维是将两种(或两种以上)高聚物熔体或溶液分别输人同一个纺丝组件中，在组件适当部位汇合，通过同一个喷丝孔中喷出而成为一根纤维，称为复合纤维。复合纤维常用的聚合物材料主要包括聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚酯、聚酰胺等。常见的复合纤维有PE/PP复合纤维、PE/聚酰胺复合纤维、PE/聚酯复合纤维、聚酰胺/聚酯复合纤维、低熔点聚酯/普通聚酯复合纤维等。随着纺丝技术的发展和纺织产品发展需求，目前越来越多的复合纤维被应用于纺织领域中，包括服装、医用和卫生用纺织品、各类揩布、纤维过滤材料、地毯、人造麂皮、保暖絮片、填充物、非织造布、特殊工作服和工业用纺织品等方面。因此，研究并定性鉴别复合纤维具有重要的意义。

1 复合纤维结构分类

复合纤维一般按照复合结构分类，可分为皮芯型复合纤维、基质原纤型复合纤维、并列型复合纤维。目前市场上较为常见的是皮芯型复合纤维和基质原纤型复合纤维，同时复合纤维多以两种聚合物进行复合[1-2]。皮芯型复合纤维按照芯层位置又可分为同心型皮芯结构和偏心皮芯结构两类。偏心皮芯结构复合纤维由于聚合物间的性能差别，其纤维具有一定的卷曲性能。皮芯型复合纤维的皮层纤维还可以提供可染性、稳定性等特性，而芯层纤维可以提供材料的强度等特性，从而获得性能优异的纤维。并列型复合纤维的两个组分分布呈并列排布，两个组分可以是完全不同的聚合物，这种复合纤维具有三维空间卷曲性能。基质原纤型复合纤维主要用于生产超细纤维和多孔中空纤维。基质原纤型复合纤维可以分为海岛型、橘瓣型、多层型3种类型。

2 复合纤维相关标准

有关复合纤维的相关标准如表1所示[6-16]。

表1 复合纤维的相关标准Tab.1 Related standards of composite fiber

在国家标准GB/T 29862—2013《纺织品 纤维含量的标识》[6]中，关于复合纤维的表述在附录B(资料性附录)“其他纤维或材料的标注示例”中，要求采用GB/T 4146.1中规定的名称，列出每种组分名称+复合纤维，组分之间用“/”分开，例如：100% 丙纶/涤纶复合纤维。

在海关行业标准HS/T 46—2014《低熔点复合涤纶短纤维的鉴别方法》[7]中，主要用于鉴别低熔点复合涤纶短纤维和一般涤纶短纤维。首先用红外光谱分析方法鉴别是否为涤纶，然后根据一般涤纶短纤维和低熔点复合涤纶短纤维横截面形态特征和热性能的不同，对两种纤维进行鉴别。低熔点复合涤纶短纤维横截面呈现中心部分暗和周边部分亮的皮芯形态特征，其置于180 ℃的温度下，出现明显的皮层熔融现象，即周边部分出现熔融现象，纤维间黏连，一般涤纶短纤维在180℃温度下不发生熔融现象。

3 复合纤维鉴别方法

从目前的研究鉴别现状看，除了常用的燃烧法[17]、显微镜观察法[18]、溶解法[19]等以外，热分析技术和光谱技术对于复合纤维的准确鉴别是非常重要的。

纤维鉴别一般是利用纤维自身特有的物理化学特性，采用不同的分析方法对未知纤维试样进行分析，通过多种方法相结合来鉴别未知纤维的类别。目前常用的燃烧法、显微镜观察法、溶解法等一般只能用于普通纺织纤维的鉴别。对于复合纤维而言，一根纤维上具有两种及以上的化合物，并且复合结构具有多样性，因此，燃烧法、溶解法等难以有效鉴别复合纤维类别。

热分析方法能够有效分析复合纤维中多种聚合物材料的熔融性能，是复合纤维鉴别的有效手段之一。通过熔点法可以测试出复合纤维中多种聚合物的熔点，可以观察复合纤维在升温过程中的多次熔融过程，可初步判定是否为复合纤维，以及复合纤维的聚合物组分。对于某些聚合物，如果其熔点比较接近，则熔点法无法有效分析区分。差示扫描量热(DSC)法能够得到复合纤维中各种聚合物材料的熔融曲线，即使复合纤维中聚合物材料熔点相近，但通过熔融曲线也可以对复合纤维进行鉴别，比熔点法更精确，然而DSC仪的费用也更昂贵。热重分析(TGA)法能够得到复合纤维中各种聚合物材料的热分解曲线，不同复合纤维中聚合物材料的分解温度和热分解曲线是不同的，也可以精确分析鉴别复合纤维。

红外光谱法能够精确获得不同纤维的红外光谱图，将未知纤维试样的红外光谱图与已知的标准红外光谱图进行比较，能够鉴别纤维。但是，红外光谱法并不能鉴别所有类别的复合纤维，例如皮芯型复合纤维。拉曼光谱法通过获得未知纤维试样的散射光谱进行纤维鉴别，也存在红外光谱法一样的局限性。

复合纤维的鉴别除了使用燃烧法、显微镜观察法、溶解法，需要同时利用热分析技术和光谱分析技术进行分析，才能准确鉴别复合纤维的结构和类型。

3.1 热分析方法

热分析技术可用于复合纤维的热性能分析，并且是作为复合纤维鉴别的重要手段和方法，主要包括熔点法、DSC法和TGA法。将DSC法和TGA法等先进热分析技术相结合，对复合纤维进行综合热性能分析，能够更加准确快速的鉴别复合纤维。

(1)熔点法

在纺织行业标准FZ/T 01057.6—2007[20]《纺织纤维鉴别试验方法 第6部分：熔点法》中，根据不同的合成纤维具有不同熔点范围进行纤维鉴别，该方法使用熔点仪或带加热装置的偏光显微镜，常见纤维的熔点如表2所示。

表2 不同纤维的熔点Tab.2 Melting point of different fibers

(2)DSC法

DSC法是一种快速可靠的热分析技术，应用领域广泛，在纤维鉴别领域，其能够准确得到纤维的DSC曲线和熔点。实验原理是在程序控温下，获得试样和参比物的功率差与温度的关系，DSC曲线以试样吸热或放热的速率为纵坐标，以温度或时间为横坐标。在专利CN105181735B《复合纤维的鉴别方法》[21]中关于复合纤维鉴别方法，其采用的是DSC法，即取不同类型的单组分标准纤维试样，得到不同类型单组分标准纤维试样的DSC分析数据，建立标准纤维试样数据库；然后通过测试纤维试样的DSC分析数据，然后与标准纤维试样数据库中的数据进行对比，该鉴别方法能够准确鉴别复合纤维的成分。

(3)TGA法

TGA法是指在程序控温下试样的质量与温度变化关系的一种热分析技术，常被用来研究各类材料的热分解性能，也是重要的材料组分的鉴别方法。TGA法可以准确获取纤维的热分解曲线和分解温度，大部分纤维都有特定的分解温度，因此TGA法是一种重要的复合纤维定性鉴别技术，同时其还具备对复合纤维组分进行半定量分析。

在标准GB/T 37631—2019《化学纤维 热分解温度试验方法》[22]中，利用在程序温度控制下测量试样质量随温度变化的关系，得到试样质量与温度的关系曲线，即热重(TG)曲线，进而获取试样的分解温度。

3.2 光谱法

(1)拉曼光谱法

拉曼光谱是一种散射光谱，通过对与入射光频率不同的散射光谱进行分析。散射光与入射光之间的频率差为拉曼位移，拉曼光谱主要就是通过拉曼位移来对物质分子结构，可用于对纤维进行定性分析。

在标准SN/T 3236—2012《纺织纤维鉴别试验方法 拉曼光谱法》[23]中，通过将一束激光照射到试样上，试样分子与光子之间产生非弹性碰撞，产生拉曼散射，拉曼光谱仪将拉曼散射的强度与拉曼位移作图，获得试样的拉曼光谱，光谱每一个拉曼位移特征峰包含了试样分子结构信息。不同物质有不同的拉曼光谱图，将未知纤维与已知纤维的拉曼光谱进行比较来鉴别纤维。

(2)红外光谱法

红外光谱法通过利用不同纤维有不同的红外光谱图，将试样的红外光谱图与已知的红外光谱进行比较，从而能够鉴别纤维。

在纺织行业标准FZ/T 01057.8—2012《纺织纤维鉴别试验方法 第8部分：红外光谱法》[24]中，通过试样的红外光谱图与标准附录中给出的标准谱图进行比较，根据其主要吸收谱带及特征频率来判断纤维种类。

4 鉴别技术进展

在对两种复合纤维混纺物的定性鉴别研究方面，除采用显微镜法、溶解法和熔点法等传统检测技术，研究人员纷纷引入热分析技术和光谱法来成功获得复合纤维的准确鉴别。

曹月婵等[25]采用显微镜法、溶解法、红外光谱法和熔点法对低熔点聚酯复合纤维、弹性聚酯复合纤维的各项性能进行测试，并与单组分的聚酯纤维进行比较分析。结果表明：低熔点聚酯复合纤维为皮芯结构，弹性聚酯复合纤维为并列复合结构；低熔点聚酯复合纤维部分溶于质量分数75%硫酸等试剂中，弹性聚酯复合纤维与单组分的聚酯纤维的溶解性能一致；红外光谱表明这两种聚酯复合纤维均为聚酯成分；在熔点测试中可分别测得低熔点聚酯复合纤维和弹性聚酯复合纤维的熔点，综合这几种测试方法可快速准确地定性鉴别这两种聚酯复合纤维。

丁倩等[26]采用光学显微镜、熔点法、红外光谱和显微拉曼光谱4种实验方法对皮芯型复合纤维进行实验，在基于显微光谱术对复合纤维定性分析研究的同时，建立部分合成纤维的标准拉曼光谱图。研究结果表明显微拉曼光谱法可快速准确地鉴别复合纤维，同时在定性检测合成纤维方面的优势明显，可准确区分化学结构相近的同类纤维，显微拉曼光谱法可以弥补传统定性方法难以定性鉴别复合纤维的缺失。

骆露[27]采用燃烧法、显微镜观察法、溶解法、红外光谱法及DSC法测试聚酰胺6(PA 6)/ PP复合纤维的各项性能。采用FZ/T 01057—2007系列标准中提供的燃烧法、溶解法可以鉴别出PA 6/PP是一种化学纤维，燃烧性能与PA 6纤维、PP纤维有所不同；显微镜法可以鉴别PA 6/PP是皮芯复合结构；红外光谱法和溶解法综合运用，可以准确确认复合组分分别为PA 6和PP，皮层为PA 6，芯层为PP；DSC法进一步对结果进行认证。这几种方法结合可以准确实现对PA 6/PP复合纤维的定性鉴别。袁聪慧等[28]也采用了溶解法、燃烧法、显微镜法、DSC法和红外光谱法对PE/PP复合纤维和PE/PA 6复合纤维进行定性鉴别，为快速鉴别PE/PP纤维和PE/PA 6纤维提供了参考。

李小红等[29]在传统燃烧法、显微镜法、溶解法的基础上，通过引入红外光谱分析技术和热分析技术(包括DSC法、熔点法)对同时含有PE/PP复合纤维、PE/聚酯复合纤维的织物进行定性分析，结果表明，两种复合纤维均为皮芯结构，其燃烧特征、溶解特征均体现了PE纤维、PP纤维、聚酯纤维这3种纤维的复合特征，红外光谱及热分析可观察到两种复合纤维的皮层与PE单组分纤维的特征、芯层分别与PP、聚酯单组分纤维的特性基本相同。

孙佳益等[30]采用燃烧法、显微镜法、溶解法、红外光谱法和熔点法对覆聚四氟乙烯(PTFE)膜的PE/PP复合纤维进行了定性鉴别。通过燃烧法确定该复合纤维只含有化学纤维；采用显微镜法结合试样的横纵截面可观察到试样为同心圆皮芯结构的复合纤维和胶状物的膜，采用溶解法将复合纤维和膜分离，进一步用红外光谱法进行分析，鉴别出膜为PTFE膜；用差谱技术分离PE/PP复合纤维组分红外谱图，最终用熔点测试验证，鉴别出皮层为PE，芯层为PP，确定该复合纤维为PE/PP复合纤维。对于其他覆膜的纺织品也可以用此方法进行综合分析，即用显微镜法观测试样形态，用溶解法将复合纤维和膜分离，进一步用红外光谱技术将提取出的复合纤维红外谱图与标准图谱比对，最后采用熔点法验证。

M.M.TAKEMATSU等[31]通过红外光谱和其他分析方法分析了由PE、PP和二氧化钛(TiO2)组成的皮芯双组分纤维。红外光谱可以有效表征皮(PE)和芯(PP)聚合物，而且可通过DSC法进行证实；扫描电子显微镜和能量色散X射线光谱仪(SEM / EDS)可研究纤维形貌和元素组成；TGA法和比色分析可以表征和量化其中的TiO2浓度。

ZHU R T等[32]研究了红外光谱和DSC法的显微方法，采用透射技术和衰减全反射法对皮芯聚合物纤维的内外层成分进行分析，结果表明，红外光谱的透射技术和全反射衰减法是一种快速、准确的鉴定皮芯纤维的方法。

5 结语

(1)利用复合纤维技术可以获得两种或多种聚合物的优异特性，将不同聚合物材料的优点结合在一根纤维中，使得复合纤维能够表现出多方面的优异性能。如复合纤维具有易抗静电、高吸湿、染色、高强度、卷曲等其中两种或多种特性。

(2)复合纤维的鉴别除了使用燃烧法、显微镜观察法、溶解法外，还需要同时利用热分析技术和光谱分析技术进行分析，才能准确鉴别复合纤维的结构和类型。

(3对于检验检测机构而言，需要不断加强对复合纤维鉴别技术的开发，尤其是利用现代仪器分析结合传统分析手段，以达到准确、快速、可靠鉴别复合纤维的目标。