醋青纖維的結構及物理性能的研究

雷枋喜

（上饒幼兒師范高等專科學校，江西 上饒 334000）

醋青纖維是由醋酸纖維素和聚丙烯腈以分子的形式結合而成的新纖維，完美融合了聚丙烯腈纖維延展性好、膨松、保溫性能高的優點和醋脂纖維優異的吸濕性和抗靜電性。醋青纖維的物理結構特點和基本的化學性能與其后續的編織工藝和產品的涂層性能密切相關。本研究針對醋青纖維的主要組成結構（橫截面、縱向形貌、分子構成、結晶結構等）、水回收率、導電性、力學性能等進行測量和討論，進一步改進醋青纖維，并為醋青纖維性能方面的研發提供參考。

1 實驗方法

以我國目前生產的最新醋青纖維作為實驗對象，生產廠家源于黑龍江省化纖集團。實驗過程主要是將醋青纖維剪斷成顆粒狀，然后通過傅里葉掃描儀進行紅外光譜掃描，掃描次數要超過26次，傅里葉掃描時的分辨率要達到4 cm-1，主要掃描在醋青纖維的磨斷處。應用傅里葉紅外光譜掃描之后，要采用X-射線衍射儀對之前的實驗對象進行測試，進而得到醋青纖維衍射圖譜，X-射線衍射儀的準確測量范圍在4°~40°。在此基礎上，采用電子掃描顯微鏡仔細觀察醋青纖維被剪斷的分裂處，觀察其橫截面和縱向的紋理特點。根據教育處制定的《化學纖維 回潮率試驗方法》（GB/T 6503—2008），本實驗選取烘箱來對醋青纖維進行回潮率的測定。根據教育處制定的《化學纖維 短纖維拉伸性能試驗方法》（GB/T 14337—2008），采用電子纖維拉力對醋青纖維進行拉伸性實驗，每次實驗不斷重復15次，數據處理后得到平均值。使用比電阻儀器測量醋青纖維的比電阻率，再測定醋青纖維的回溫率，通過烘干方法，將醋青纖維從環境溫度快速升溫到750 ℃，觀察升溫速率。

2 結果與分析

2.1 基本結構

2.1.1 基礎分子結構

圖1 為醋青纖維與其他兩種不同纖維的傅里葉紅外光譜圖，可以看出，醋青纖維在3 350 cm-1處出現了一個很強的吸收峰，這個吸收峰是由—OH引起的，屬于—OH的特殊峰。在2 892cm-1處出現的吸收峰則是由甲基和乙基結構引起的，這個吸收峰出現是由碳氫鍵引起的振幅縮動造成的。圖中顯示的樹脂纖維來看，其紅外光譜具有以下明顯的吸收峰：在3 500~3 700 cm-1處存在一個氫氧鍵共振引起的吸收峰，在1 600~1 700 cm-1處存在一個由碳氧雙鍵引起的吸收峰，在1 200~1 300 cm-1處存在一個由甲基基團引起的吸收峰，這與之前醋青纖維的吸收峰存在某些相似點，并且在700~800 cm-1、400~500 cm-1處出現了具有很強碳氫結構特點的吸收峰作為樹脂纖維素的主結構峰。將樹脂纖維結構與醋青纖維結構的傅里葉紅外光譜放在一起觀察可以發現，二者在3 350、3 000 cm-1處的吸收峰值特點相近[1]。

與此同時，2 300 cm-1醋青纖維出現的吸收峰是由碳氮三鍵共振引起的，由于三鍵的穩固性，電子跳動能力弱，共振效果更好。在1 800 cm-1處出現的吸收峰主要是由碳氧雙鍵共振而得，其中，1 300 cm-1處存在的吸收峰主要是由碳氧單鍵共振所得，碳氧單鍵由于共用電子少，沒有三鍵作用力強，因此，振動效果沒有三鍵共振好。通過參考醋青纖維的紅外波譜結構可以看出纖維中存在的主要紅外波數，例如從圖2中可以看出，聚丙乙烯腈綸纖維的紅外光譜具有以下特征吸收峰：在1 550~1 555 cm-1處存在碳氫共振引起的吸收峰，在1 800~1 900 cm-1處存在碳氧雙鍵共振引起的特征峰，效果比較明顯。2 350~2 450 cm-1處存在腈基特有的—C≡N特征峰，在2 995~3 034 cm-1處存在由一個碳氫單鍵引起的特征峰，而在3 200~3 700 cm-1處存在氮氫共振引起的特征峰，這在以前很罕見。紅外光譜顯示，在2 300~2 400 cm-1附近出現一個類肩峰，這與上文講述的碳氮三鍵所引起的特征峰相似，因為這是由碳氮三鍵在傅里葉紅外光譜掃描過程中根據自身的紅外光譜中形成碳氫鍵并且伸長振蕩引起的，與2 300 cm-1醋青纖維所掃描出來的峰形相似[2]。對比圖1~2可知，除碳氫鍵的延長振動所引起的吸收峰在2 800 cm-1處顯現出來，并且碳氧鍵的伸縮振動吸收峰在1 300 cm-1處顯示外，其他方面與樹脂纖維的特征峰相似。

圖1 醋青纖維紅外光譜

圖2 聚丙烯腈纖維紅外光標準譜

2.1.2 結晶結構

根據醋青纖維掃描得出的X-射線衍射曲線可以看出，醋青纖維在衍射曲線中存在一個20°的衍射角，這個衍射角是由氰基表征出來的特征峰，屬于一種晶面的衍射結構，并且在30°附近存在一個彌散峰，峰值很弱，表示其結晶結構與聚丙烯腈類似，存在可以深入研究的準晶區和非晶區。

2.1.3 形態結構

醋青纖維橫截面近乎圓形，很難收集醋青纖維，從而保留了普通聚丙烯腈纖維具有的膨松柔軟的特點。纖維的縱向表面有顯著的縱向條紋狀凹槽條紋圖案，內部有一些類似于聚丙烯腈纖維形態的微孔。

2.2 物理性能

2.2.1 水回收率

水回收率反映了纖維吸收和釋放水分的能力，即回潮率。資料顯示，一般市面上普遍存在的聚丙烯腈纖維的實際水回收率為2.00%。根據實驗結果推測，醋酸纖維的實際水回收率為2.50%，明顯高于市面上一般的聚丙烯腈纖維。這是由于醋酸纖維的水回收率高（實際水回收率為7.40%），再與聚丙烯腈合成醋青纖維，才使醋青纖維具有較高的水回收率。因此，醋青纖維的水回收率有所提高。

2.2.2 導電性

將纖維電阻率測試儀用于測試醋青纖維的電阻率。在纖維加工過程中，ρm含量偏高的纖維很容易出現靜電現象，對纖維后續的加工會產生不良影響。一般來說，ρm小于107較好，大于109則應采取抗靜電措施。測定醋青纖維樣品的電壓、質量和電阻，并帶入公式計算，得出普通醋青纖維的電阻率為1.452×109Ω·g/cm2，而質量較高的醋青纖維電阻率為5.180×107Ω·g/cm2[3]。因此，醋青纖維的質量比電阻低于普通聚丙烯腈纖維，抗靜電性能較聚丙烯腈纖維顯著提高。

2.2.3 力學性能

由以往的實驗可知，普通的聚丙烯腈纖維具備的抗斷裂能力可以達到2.300 cN/dtex，而一般的斷裂延伸率可以達到40.35%。經過實驗可以測得，醋青纖維的平均抗斷裂強度為1.781 cN/dtex，斷裂延伸率為50.25%，遠超一般的聚丙烯腈纖維。這些實驗結果可以證明，醋青纖維的斷裂延伸率和力學性能等比傳統的聚丙烯腈纖維強。

3 結語

實驗結果顯示，醋青纖維的橫斷截面幾乎為圓形，縱向形態表面有明顯的橫裝條紋凹槽；與普通的聚丙烯腈纖維相比，醋青纖維具有更高的水回收率和較高的吸濕性；纖維斷裂強度比聚丙烯腈纖維小，但斷裂延伸率高；醋青纖維的力學性能遠超一般的聚丙烯腈纖維，具有體積小和優良的抗靜電性能，可以作為服裝的改良工藝，并且能合理地提高纖維的耐磨性。