芳綸Ⅱ纖維表面處理劑含量測定標(biāo)準(zhǔn)化及其測試條件的研究

趙平，陳敏劍，幸榮勇，王永桂，徐長剛，徐薇

(中藍晨光化工研究設(shè)計院有限公司，四川成都610041)

1 概述

芳綸纖維主要有聚對苯二甲酰對苯二胺纖維(又稱為芳綸Ⅱ1414或PPTA纖維)和聚間苯二甲酰間苯二胺纖維(又稱為芳綸Ⅰ1313或PMIA纖維)，由于芳綸Ⅱ纖維具有良好的機械特性、優(yōu)異的阻燃和耐熱性能、穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)以及耐輻射性和耐久性，使得其是重要的國防軍工材料，如芳綸防彈衣、防彈頭盔、防彈裝甲等，能有效地提高軍隊的快速反應(yīng)能力和殺傷力。在海灣戰(zhàn)爭中，美、法飛機大量使用了芳綸復(fù)合材料。除了軍事上的應(yīng)用外，現(xiàn)已作為一種高技術(shù)含量的纖維材料被廣泛應(yīng)用于航天航空、機電、建筑、汽車、體育用品等國民經(jīng)濟的各個方面。在航空、航天方面，芳綸由于質(zhì)量輕而強度高，節(jié)省了大量的動力燃料，據(jù)國外資料顯示，在宇宙飛船的發(fā)射過程中，每減輕1公斤的重量，意味著降低100萬美元的成本。除此之外，科技的迅猛發(fā)展正在為芳綸開辟著更多新的民用空間。據(jù)報道，目前，芳綸產(chǎn)品用于防彈衣、頭盔等約占7%～8%，航空航天材料、體育用材料大約占40%，輪胎骨架材料、傳送帶材料等方面大約占20%左右，還有高強繩索等方面大約占13%。輪胎業(yè)也開始大量使用芳綸簾線來減輕重量，減少滾動阻力。

由于芳綸生產(chǎn)的投資成本高，技術(shù)難度大，長期以來只有美國和日本等極少數(shù)國家生產(chǎn)，如美國杜邦的Kevlar纖維，荷蘭阿克蘇諾貝爾(Akzo Nobel)公司(已與帝人合并)的Twaron纖維，日本帝人公司的Technora纖維及俄羅斯的Terlon纖維等。芳綸產(chǎn)品也由于其獨特的性能和用途，被視為重要戰(zhàn)略物資而嚴格管理，工藝技術(shù)嚴格保密，形成了技術(shù)和貿(mào)易的壟斷，在價格上、貨源上對我國實行特別限制，進行技術(shù)封鎖。因此，盡快抓緊突破國外技術(shù)壟斷，攻克芳綸纖維技術(shù)難題，提早實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，對我國國防、航天事業(yè)等領(lǐng)域的發(fā)展至關(guān)重要。我國芳綸生產(chǎn)能力已經(jīng)從2000年的10噸/年，到2008年的10000多噸/年，2010年的20000多噸/年。因此可以看出，我國芳綸的生產(chǎn)能力得到了大力提高和飛速發(fā)展。

在生產(chǎn)能力大力發(fā)展的同時，未能及時地制定相對應(yīng)的芳綸性能測試標(biāo)準(zhǔn)，不利于芳綸產(chǎn)業(yè)的長期、健康發(fā)展，也無法判定不同芳綸纖維之間性能的差異。而性能檢測是除了直接使用外衡量芳綸纖維性能的唯一手段。

2 國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)化情況

2.1 國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)化情況

經(jīng)查詢，目前國內(nèi)暫無芳綸Ⅱ纖維表面處理劑含量測試的相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布。

2.2 其他國家標(biāo)準(zhǔn)化情況

國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)、日本、韓國、荷蘭、美國均無公開發(fā)布的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

3 實驗部分

3.1 主要原料

芳綸Ⅱ纖維:芳綸1414，中藍晨光化工研究設(shè)計院有限公司。

3.2 儀器設(shè)備

試驗裝置如圖1所示。

圖1 索氏回流萃取器示意圖Fig 1 schematic drawing of Soxhlet extractor

3.3 試樣制備

將芳綸纖維置于(105±2)℃烘箱中干燥4h，隨后放入干燥器內(nèi)冷卻至室溫，稱量2g～4g的纖維做為試樣。

3.4 性能測定

將試樣放入萃取器內(nèi)，試樣要稍低于萃取器虹吸管。然后組裝成如圖1所示索氏回流萃取器。在燒瓶中注入150mL溶劑(見表1)，在恒溫水浴下(溫度設(shè)定見表2)連續(xù)萃取(萃取時間見表3)。抽提后的試樣置于(105±2)℃烘箱中干燥4h，隨后從烘箱中取出放入干燥器內(nèi)，冷卻至室溫。根據(jù)公式

4 結(jié)果與討論

4.1 萃取劑的影響

芳綸Ⅱ使用的一般油劑為普通弱極性油脂類油劑，利用有機溶劑與表面處理劑的相似相溶作用，在接近沸點溫度的洗滌力協(xié)同作用下，利用溶劑回流及虹吸原理，使試樣上的表面處理劑轉(zhuǎn)移到溶劑中，已有文獻證實索氏萃取法對芳綸表面處理劑具有洗脫作用，能有效地測量表面處理劑含量［1］。根據(jù)芳綸通常所有表面處理劑的類型，選取氯仿、丙酮、甲苯做為萃取劑。

由表1可以看出，在恒溫和回流時間相同的條件下，氯仿、丙酮、甲苯對芳綸Ⅱ纖維上殘留表面處理劑的洗滌能力相同，但是氯仿和甲苯為有毒性溶劑，對人體和環(huán)境都有不利影響，建議采用丙酮作為溶劑。

表1 不同溶劑的測得結(jié)果Tab 1The results of different solvent

4.2 萃取溫度的影響

由表2可以看出:試樣在回流時間、虹吸管每小時回流次數(shù)相同的條件下，丙酮溫度低于80℃時，丙酮對表面處理劑的洗滌作用不完全，導(dǎo)致結(jié)果偏低;丙酮溫度高于80℃時，丙酮對表面處理劑的洗滌作用充分，結(jié)果重復(fù)性較好。因此將萃取溫度確定為80℃。

表2 不同萃取溫度測得結(jié)果Tab 2The results of different temperature

4.3 回流時間的影響

由表3以看出:試樣在萃取溫度、虹吸管每小時回流次數(shù)相同的條件下，回流時間少于3h時，丙酮對表面處理劑萃取不完全，測定結(jié)果較小，且重復(fù)性較差;當(dāng)回流時間大于3h時，丙酮對表面處理劑萃取充分，測定結(jié)果重復(fù)性好。在保證測量結(jié)果準(zhǔn)確有效的前提下，從實驗效率來考慮，試樣回流時間確定為3h為最佳。

表3 不同回流時間測得結(jié)果Tab 3The results of different reflux time

5 結(jié)論

(1)對于芳綸Ⅱ纖維而言，丙酮、甲苯、氯仿對芳綸表面處理劑具有同等的洗脫作用。

(2)對于芳綸Ⅱ纖維而言，丙酮做萃取劑的情況下，萃取溫度為80℃時，無論是從洗脫效果還是節(jié)能環(huán)保來說均為最佳溫度。

(3)對于芳綸Ⅱ纖維而言，丙酮做萃取劑的情況下，萃取時間為3h時，無論是從洗脫效果還是節(jié)能環(huán)保來說均為最佳時間。

［1］楊碩，郁崇文.芳綸非織造布脫油劑工藝的研究［J］.產(chǎn)業(yè)用紡織品，2012，9.