聚醚醚酮(PEEK)纖維的定性鑒別方法*

來燕芳 朱洪敏 (嘉興出入境檢驗檢疫局，嘉興，314001)

近年來，我國紡織行業結構調整，產業用紡織品逐漸成為新的經濟增長點，發展迅速，未來5～10年，紡織品產業用量比例將大幅提高，應用領域不斷擴展。

聚醚醚酮(PEEK)纖維因具有優良的耐熱性能、力學性能、尺寸穩定性、耐化學藥品性能、電絕緣性能及阻燃性能等，在產業用紡織品中具有較好的應用前景。PEEK纖維可用于過濾及增強用的纖維、縫紉絲線、球拍和樂器上的弦線等，尤其適用于一些需要較高耐熱、耐化學降解、耐摩擦性領域［1-4］。

PEEK纖維是一種全芳香族纖維，是由4，4-二氟甲酮與對苯二酚在重金屬碳酸鹽存在下，以二苯砜作溶劑進行親核置換反應縮聚而成，并因為有醚鍵與酮鍵的存在，結晶度高，比常規纖維更具耐高溫、耐摩擦、耐腐蝕性。目前國家專業標準和國家標準以及行業標準中尚未有此類纖維的系統分析鑒別方法。

1 試驗設計

1.1 纖維材料

PEEK 纖維，直徑為208.21 μm，四川德陽科吉高新材料有限責任公司生產。

1.2 試劑

濃硫酸、濃鹽酸、濃硝酸、甲酸、氫氧化鈉、氯化鋅、氫氧化銅、氫氧化銨(濃氨水)、二甲苯、四氫呋喃、吡啶、硫氰酸鉀、次氯酸鈉、冰乙酸、N，N-二甲基甲酰胺、苯胺、氫氟酸、苯酚、二甲亞砜、乙腈、丙酮、環己酮、二氯甲烷、乙酸乙酯、硝基苯、四氯化碳。

1.3 儀器

SBC-12型小型離子濺射儀，中國科學院科學儀器廠;JSM-6360LV型掃描電子顯微鏡，日本電子株式會社;CU-II型纖維細度儀，北京和眾視野科技有限公司;NEXUS型FT-IR紅外光譜儀，美國Nicolet公司;TG/DTA6300型熱重/差熱熱分析儀，日本Selko Instruments Ino公司;DSC6200型差示掃描量熱儀，日本Selko Instruments Ino公司;XS105型密度天平，梅特勒公司;BX41-P型偏光顯微鏡(測雙折射率)，廣州市明美科技有限公司。

2 結果與討論

2.1 感官鑒別

PEEK纖維具有較好的強力，手感生硬、光滑，有較深的色澤。

2.2 燃燒法鑒別

PEEK纖維的燃燒狀態及特性為：靠近火焰時為熔縮，接觸火焰時為劇烈燃燒冒黑煙，離開火焰時為劇烈燃燒冒黑煙;燃燒時有苯酚氣味，殘留物為不規則黑色硬塊，脆而易拈碎。

2.3 顯微鏡觀察其外觀形態特征

PEEK纖維外表面在噴金后，通過掃描電鏡觀察，以便清楚地了解其表面光滑程度、有無空洞溝槽等。橫截面采用光學顯微鏡觀察，以確定截面形狀。如圖1所示，PEEK纖維直徑粗大，表面有粗糙顆粒且有縱向溝槽。如圖2所示，PEEK纖維橫截面呈規則圓形且纖維粗細均勻，沒有氣孔。

圖1 PEEK纖維縱向表面

圖2 PEEK纖維橫截面

2.4 溶解情況

PEEK纖維僅在95%～98%硫酸中20～30℃時溶解，而在40%、60%、70%硫酸，15%、37%鹽酸，65%～68%硝酸，88%甲酸，苯胺，銅氨溶液，苯酚，二甲亞砜，氫氟酸，99%冰乙酸，N，N-二甲基甲酰胺，二氯甲烷，99.5%乙酸乙酯，硝基苯，乙腈，75%甲酸-氯化鋅，次氯酸鈉，四氯化碳，二甲苯，四氫呋喃，吡啶，65%硫氰酸鉀，99.5%丙酮，99.5%環己酮，30%氫氧化鈉等試劑中，無論20～30℃還是煮沸均不溶解。

2.5 著色反應

采用碘-碘化鉀著色劑對PEEK纖維進行染色。將20 g碘溶解于100 mL的碘化鉀飽和溶液中，取少許試樣，浸入溶液中0.5～1.0 min，取出后用去離子水漂洗干凈。PEEK纖維沒有著色反應。

2.6 熒光反應

采用波長為365 nm的紫外燈管照射PEEK纖維，照射時間分別為 1、5、10、30、60 min，都沒有發生熒光反應。

2.7 紅外光譜分析

采用NEXUS型FT-IR傅立葉紅外光譜儀對PEEK纖維進行紅外光譜分析，ATR采樣，掃描次數設為64，結果見圖3和表1所示。

表1 PEEK纖維紅外特征譜帶

譜圖上顯示了PEEK纖維化學結構中所有的特征基團、苯環、羰基、醚鍵等。

2.8 熱分析

采用TG/DTA6300型熱重/差熱熱分析儀和DSC6200型差示掃描量熱儀，對 PEEK纖維在10℃/min的升溫速度下進行熱失重測試，在20℃/min的升溫速度下進行DSC測試。結果表明：PEEK纖維的起始熱分解溫度為563℃，但失重50%后趨于穩定;PEEK纖維的玻璃化轉變溫度為147℃，熔點溫度為340℃。

2.9 密度檢測

采用密度天平(精度為0.000 1 g)，懸掛溫度計于燒杯壁上，將輔助液體(水或乙醇)注入燒杯，記錄輔助液體溫度(精確至0.1℃)，確保待測纖維能被液體完全浸沒1 cm以上。放置掛籃于固定支架上，確保其表面無氣泡并不碰到燒杯或溫度計。取1 g左右纖維樣品，放置在掛籃頂部稱量盤上，測得纖維在空氣中的質量(精確至0.000 1 g)，再將纖維放置在掛籃下部稱量網內，確保無氣泡附著在纖維表面，測得纖維在輔助液體中的質量(精確至0.000 1 g)，根據公式計算纖維密度。PEEK纖維的密度為1.298 g/cm3。

2.10 雙折射測試

采用色那蒙補償法測定PEEK纖維的雙折射率。偏振光學顯微鏡可測得平面偏光振動方向的平行于纖維長軸方向的折射率和垂直于纖維長軸方向的折射率，兩者相減即取得雙折射率。光學的各向異性表現為雙折射現象，通過測定纖維的雙折射率大小可以用來鑒別纖維的類別。

圖3 PEEK纖維的紅外光譜圖

測得PEEK纖維的雙折射率為0.001 052。對纖維本身來說，它是PEEK纖維區別于其他纖維的一個特征數據，雖不能直接用來進行PEEK纖維的鑒別，但是可以作為鑒別PEEK纖維的一個重要參考依據。

3 結語

本文建立了一套對PEEK纖維進行系統定性鑒別的方法。首先通過燃燒法，燃燒時熔縮，可斷定為合成纖維。由于PEEK纖維的縱截面和橫截面特征不明顯，著色及熒光反應均不具有特殊性，故顯微鏡法、著色反應、熒光反應都無法用來鑒別，必要時可用于參考。合成纖維的鑒別一般采用溶解試驗法，而PEEK纖維僅溶于95%～98%的硫酸(20～30℃)，其余常用試劑均不溶，因此可以根據其溶解特性來區別于其他纖維。必要時，可根據PEEK纖維的紅外光譜圖，與未知纖維的紅外光譜圖比較進行定性;還可根據PEEK纖維的DSC曲線、玻璃化轉變溫度和熔點溫度，以及密度、熔點和雙折射率來鑒別PEEK纖維。

［1］唐舜賓.聚醚醚酮(PEEK)纖維［J］.化纖與紡織技術，1990(2)：55-57.

［2］吳忠文.特種工程塑料聚醚砜、聚醚醚酮樹脂國內外研究、開發、生產現狀［J］.化工新型材料，2002，30(6)：16-18.

［3］李玉芳，伍小明.特種工程塑料聚醚醚酮的生產應用及發展前景［J］.化學推進劑與高分子材料，2005，3(3)：7-11.

［4］牛海濤，焦曉寧，程博聞.聚醚醚酮(PEEK)纖維的特性及應用［J］.北京紡織，2004，25(3)：30-31.