紫外輻照芳綸纖維的概述

閆民杰, 許瑞，陳莉，梁振江

（1.天津工業(yè)大學(xué)紡織學(xué)院，天津300387;2.天津工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，天津300387）

1 前言

芳綸纖維是芳香族聚酰胺類纖維的統(tǒng)稱，由于芳綸纖維的優(yōu)點是密度小、抗腐蝕性好、高強度、高模量、耐疲勞、耐磨損與抗沖擊等優(yōu)異性能，被廣泛應(yīng)用于宇航航空、汽車、體育產(chǎn)品等工業(yè)領(lǐng)域[1]，但所使用芳綸纖維的領(lǐng)域基本都離不開紫外線的影響。紫外線是指陽光中波長10～400nm的光線，具有較高的能量，老化破壞能力強，對高分子材料的老化損傷程度的貢獻值達(dá)到90%。當(dāng)芳綸纖維受到紫外線輻照時，紫外光能會引起纖維表面發(fā)生各種化學(xué)反應(yīng)，容易發(fā)生氧化和降解，導(dǎo)致纖維的彈性、拉伸強度等機械性能下降，因此使用過程中不可避免地要受到紫外光的輻照影響,不同程度上影響其力學(xué)、熱學(xué)等性能[2]。本文主要通過紅外光譜、拉伸強度等的表述，對紫外輻照老化芳綸纖維的性能影響進行了概述。

2 紫外輻照芳綸纖維性能分析

2.1 芳綸纖維紅外光譜分析

戴駿等[3]人發(fā)現(xiàn)，芳綸纖維在受到紫外輻照后，可能是羧基的形成和酰胺鍵的斷裂，在1740cm-1處出現(xiàn)了新的吸收峰，而1640cm-1處的吸收峰對應(yīng)于酰胺鍵上的羰基C=O伸縮振動峰，C-N鍵發(fā)生斷裂，導(dǎo)致了1520cm-1處的C-N和N-H協(xié)調(diào)振動峰以及1320cm-1處的苯-氮鍵的峰強度的增大，這說明，由于紫外線的輻照，芳綸纖維表面發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，出現(xiàn)降解。石增強等人對老化前后的芳綸纖維試樣進行衰減全反射光譜測試分析,發(fā)現(xiàn)酰胺譜帶的吸收峰強度稍有上升;而與C-N鍵含量相關(guān)的酰胺譜帶的吸收峰強度呈現(xiàn)下降趨勢。說明老化過程中芳綸纖維中氫鍵締合能力增強,同時纖維中酰胺基團的C-N鍵在紫外光輻照下發(fā)生斷裂,發(fā)生了光降解反應(yīng)。

2.2 芳綸纖維表觀形貌變化

石增強等[4]人研究發(fā)現(xiàn)紫外燈未輻照的芳綸纖維的外表面光滑平整;而輻照96h之后，芳綸纖維的表面出現(xiàn)大量的溝壑和凹槽，變得更加的粗糙，引起這種變化的原因可能是芳綸纖維在具有能量的紫外光照射后,表面發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，出現(xiàn)裂解并伴隨小分子物質(zhì)的揮發(fā)。戴駿等人也發(fā)現(xiàn)芳綸纖維隨著紫外輻照時間增加，芳綸纖維表面也變得粗糙，溝壑增多。除此之外，紫外光的光降解作用，芳綸纖維表面有斷鍵或斷鏈發(fā)生，出現(xiàn)了許多的細(xì)小顆粒，使表面變的更加粗糙?？梢缘贸?，紫外輻照會使芳綸纖維表面發(fā)生降解，變的粗糙，切隨著紫外輻照時間的增長，降解變的更加嚴(yán)重，變得更加粗糙。

2.3 芳綸纖維的單絲拉伸強度分析

戴駿等人研究了芳綸纖維在紫外光輻射處理不同時間下的單絲拉伸強度，隨著紫外輻照處理時間的增加，其單絲拉伸強度逐漸下降。在較短時間內(nèi)，單絲強度保留率達(dá)到90%，而隨紫外輻射時間的不斷增加，芳綸纖維得表層老化降解嚴(yán)重，并造成芳綸纖維單絲拉伸強度不斷的降低。石增強等人則發(fā)現(xiàn)，不同老化時間下的單絲,其拉伸性能隨紫外輻照老化時間的延長會此起彼伏的變化,并不是一直增加或一直下降。在較短的時間內(nèi),如紫外輻照老化6h,芳綸纖維的強度上升13.7%;而在老化時間36 h之后,芳綸纖維的單絲拉伸強度下降2.1%。同樣,芳綸纖維的伸長率和彈性模量也是上升與下降之間不斷的波動。兩種相互矛盾的削弱和強化作用的強弱不同和相互消漲,使芳綸纖維單絲拉伸強度出現(xiàn)起伏。

通過芳綸纖維單絲拉伸強度的分析得知，紫外輻照時間越久，對芳綸纖維的損傷越來，單絲拉伸強度越差。

3 結(jié)論與展望

當(dāng)紫外輻照芳綸纖維的時間達(dá)到一定長度時，纖維的力學(xué)性能會發(fā)生下降，纖維表面會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生化學(xué)降解，造成各項性能的降低。未來對研究芳綸纖維的抗紫外線輻照，提升纖維的抗老化性能，有很大潛力。