差示扫描量热法在聚烯烃纤维定性鉴别中的应用

谷小辉，阮超明，李 娟，曹月婵

(国家纺织品服装服饰产品质量监督检验中心，广东 广州 511447)

差示扫描量热法在聚烯烃纤维定性鉴别中的应用

谷小辉，阮超明，李 娟，曹月婵

(国家纺织品服装服饰产品质量监督检验中心，广东 广州 511447)

采用拉伸实验、燃烧鉴别法、显微镜观察法、化学溶解法、红外吸收光谱法和差示扫描量热法(DSC)对常见的聚烯烃类纤维乙纶、丙纶、聚乙烯/聚丙烯复合纤维和聚烯烃弹性纤维进行了测试分析。结果表明这4种纤维属于同类纤维，其物理、化学特征比较接近，用单一的传统鉴别方法对其准确定性鉴别比较困难，需要多种方法结合进行系统鉴别。差示扫描量热分析法能有效、直观地表征纤维的热性能，是一种准确、可靠的鉴别方法。

差示扫描量热法；聚烯烃纤维；定性分析；系统鉴别

随着科学技术的进步，新型纤维不断出现，纤维应用非常广泛，在纺织品制作过程及产品信息标注中常常需要鉴别纤维[1-3]。聚乙烯纤维(乙纶)和聚丙烯纤维(丙纶)同属于聚烯烃纤维，它们在化学结构上相似，重复结构单元中只差一个CH3，因此两者物理、化学性质非常相似；聚乙烯/聚丙烯复合纤维为皮芯复合结构，同时兼具两者的性能特征，皮层组织熔点低且柔软性好，芯层组织则熔点高、强度高[4-6]；聚烯烃弹性纤维有聚烯烃纤维良好的耐化学性，同时还具有良好的弹性，是一种性能优异的弹性功能纤维[7]。寻找一种准确、可靠的鉴别方法区分同属于聚烯烃的这4种纤维至关重要。采用拉伸实验、燃烧鉴别法、显微镜观察法、化学溶解法、红外吸收光谱法和差示扫描量热法(DSC)对乙纶、丙纶、聚乙烯/聚丙烯复合纤维和聚烯烃弹性纤维的定性鉴别进行研究及分析比较，总结出适合的鉴别方法。

1 试验部分

1.1 材料

样品来源于从市场上购买的乙纶、丙纶、聚乙烯/聚丙烯复合纤维、聚烯烃弹性纤维。

1.2 试验方法

1.2.1 拉伸性能

将纤维缓慢拉伸至初始长度的1.5倍，然后迅速松弛，观察纤维的伸长及回复情况，见表1所示。

1.2.2 燃烧法[8]

用镊子夹持50～100 mg待鉴别纤维的一端，缓慢地移近火焰，观察纤维接近火焰时、在火焰中和离开火焰后的不同燃烧状态和熔融情况，燃烧时散发的气味以及燃烧剩余物的颜色、形状、硬度等。

1.2.3 显微镜观察法[9]

利用CU-1纤维细度仪采集纤维的纵、横向形态特征图。纵向制片是将纤维手扯伸直平行，抽取少量置于载玻片上，滴上石蜡油，覆上盖玻片，在显微镜下观察纤维纵向形态；横截面制片采用哈氏切片器，将整理好的纤维嵌于切片器凹槽中，切出10～30 μm的薄片，用火棉胶凝固，在显微镜下观察纤维横截面形态。

1.2.4 化学溶解法[10]

分别用浓硫酸，75%硫酸，浓硝酸，浓盐酸，20%盐酸，0.5 mol/L碱性次氯酸钠溶液，5%氢氧化钠(NaOH)溶液，80%甲酸，N，N-二甲基甲酰胺(DMF)，丙酮，二氯甲烷，苯酚等化学试剂在不同的试验温度和溶解时间下对纤维进行溶解试验。

1.2.5 红外光谱法[11]

利用Nicolet 6700傅里叶红外光谱仪对纤维进行红外光谱测试。测试时，直接将待测纤维置于衰减全反射(ATR)试验台上方，并旋紧ATR附件固定钮，将探头对准检测窗，顺时针旋下，对其施加适当的压力，紧贴样品，直到听见一声响声，开始测试。红外光束在晶体内发生衰减全反射后，通过样品的反射信号获得其有机成分的结构信息，从而得到样品的红外吸收光谱图。

1.2.6 差示扫描量热法[12]

差示扫描量热测试采用TA公司的Q2000差示扫描量热仪进行测定，实验条件为：样品质量5～10 mg，降温速率为20 ℃/min，二次升温速率为10 ℃/min，氮气气氛。

2 结果与讨论

2.1 拉伸试验

表1 聚烯烃纤维的拉伸特性

由表1可知，聚烯烃弹性纤维可以在拉伸至1.5倍时迅速回复至初始长度，具有良好的弹性，可以通过此特性与其他3种聚烯烃纤维进行区分。

2.2 燃烧特征

由表2可知，4种聚烯烃纤维的燃烧特征没有明显差异，无法通过燃烧法进行区分，但是其特有的石蜡味，可以容易地区分聚酯、锦纶等其他化纤，从而确认聚烯烃纤维的大类。

2.3 纤维显微分析

由表3可知，4种聚烯烃纤维为典型的化纤圆滑形态特征，其中聚乙烯/聚丙烯复合纤维有明显的皮芯形态，可以作为其定性鉴别的重要依据之一，乙纶、丙纶、聚烯烃弹性纤维则无法通过形态特征鉴别，但是聚烯烃弹性纤维相对较粗。

表2 聚烯烃纤维的燃烧特征

表3 聚烯烃纤维纵向和横向形态特征

图1 乙纶横、纵截面形态图(X500)

图2 丙纶横、纵截面形态图(X500)

图3 聚乙烯/聚丙烯复合纤维横、纵截面形态图(X500)

图4 聚烯烃弹性纤维横、纵截面形态图(X500)

2.4 溶解试验

由表4可知，4种聚烯烃纤维耐化学性能优良，不溶于大部分的化学试剂，实验中均能溶于煮沸的环己酮，但是由于他们的熔点较低，出现热熔影响试验结果判断，所以通过溶解法不容易区分它们的具体种类。

表4 聚烯烃纤维溶解性能

注： I——不溶解；S——溶解。

2.5 红外光谱分析

图5 聚烯烃纤维红外光谱图

由图5可知，4种聚烯烃纤维的红外吸收光谱图比较相似，其共有的主要特征峰有：2 915 cm-1附近的-CH2-不对称伸缩振动峰，2 850 cm-1附近的-CH2-对称伸缩振动峰，1 470 cm-1附近的-CH2-弯曲振动峰，此外乙纶有715 cm-1附近的-(CH2)n-面内摇摆振动峰，丙纶有2 949.17 cm-1的-CH2-不对称伸缩振动峰和1 375 cm-1附近的-CH3对称变形振动峰，而聚乙烯/聚丙烯复合纤维和聚烯烃弹性纤维则都有1 375 cm-1附近的-CH3对称变形振动峰和715 cm-1附近的-(CH2)n-面内摇摆振动峰。可见，乙纶和丙纶可以通过红外吸收光谱基本确认，聚乙烯/聚丙烯复合纤维和聚烯烃弹性纤维则难以区分，同时由于ATR红外光谱采集时红外光的穿透能力有限，红外吸收光谱可能失真，因此不能单一通过ATR法进行准确的鉴别。

3.6 差热分析

图6 聚烯烃纤维二次升温DSC曲线谱图

由图6可知，DSC测试中乙纶、丙纶、聚烯烃弹性纤维的熔融峰分别为：137.30 ℃、159.03 ℃和119.94 ℃，而聚乙烯/聚丙烯复合纤维出现了132.13 ℃和160.12 ℃两个熔融峰，且分别与乙纶和丙纶的熔融峰基本一致。因此，可以通过DSC测试的熔融峰，直观、准确地鉴别聚烯烃纤维的具体种类。

3 结论

通过燃烧、显微镜纵向观察、溶解试验，确认纤维为不溶于浓硫酸的聚烯烃纤维；将纤维进行拉伸试验，如果纤维拉伸至1.5倍能快速回复到初始长度，可基本确认为聚烯烃弹性纤维。将纤维进行显微镜横截面观察，确认是否为复合纤维形态。将纤维进行红外光谱及DSC测试，分析谱图信息，尤其是DSC谱图熔融峰位置和个数，进一步准确定性鉴别纤维的具体种类。

[1] 李青山，余晓蔚. 纺织纤维鉴别研究新进展[J]. 国际纺织导报， 2001, (4):36.

[2] 李青山. 纺织纤维鉴别手册[M]. 北京：中国纺织出版社，2003.

[3] 章友鹤. 新型化学纤维性能与用途(一)[J]. 现代纺织技术，2011, (2):58-60.

[4] 崔卫国, 吴 峰. PE/PP皮芯型复合纤维[J]. 化纤与纺织技术，2005, (4): 18-22.

[5] 芦长椿. 国内外双组分纤维的技术发展动向[J]. 纺织导报，2010,(1):51-55.

[6] 钱 鑫. 国内外双组分纤维的生产现状及发展趋势[J]. 合成树脂及塑料，2013, 30(4):80-84.

[7] 戎 斐，戴 景，涂 程.聚烯烃弹性纤维鉴别方法的研究[J]. 上海纺织科技，2012,(8)：53-56.

[8] FZ/T 01057.2-2007，纺织纤维鉴别试验方法 第2部分：燃烧法[S].

[9] FZ/T 01057.3-2007，纺织纤维鉴别试验方法 第3部分：显微镜法[S].

[10]FZ/T 01057.4-2007，纺织纤维鉴别试验方法 第4部分：溶解法[S].

[11]FZ/T 01057.8-2012，纺织纤维鉴别试验方法 第8部分：红外光谱法[S].

[12]覃灑童，罗 峻，胡剑灿. 基于差示扫描量热法的纺织品纤维成分快速定量分析方法[J]. 中国纤检，2016,(11)：68-71.

Application of Differential Scanning Calorimetry in Qualitative Identification of Polyolefin Fibers

GU Xiao-hui，RUAN Chao-ming，LI Juan，CAO Yue-chan

(National Center for Quality Supervision and Inspection of Textile and Apparel Products, Guangzhou 511447, China)

The common polyolefin fibers included polyethylene, polypropylene, polyethylene/ polypropylene composite fiber and polyolefin elastic fiber were detailed analyzed by tensile test, combustion identification method, microscopic observation method, chemical dissolution method, infrared absorption spectroscopy and differential scanning calorimetry (DSC). The results showed that the physical and chemical characteristics of these fibers were close to each other, so it was difficult to identify these four kinds of fibers accurately via single traditional identification method, a variety of methods were combined for systematic identification. Differential scanning calorimetry was proved to be an accurate and reliable identification method, which can characterize the thermal properties of fiber effectively and intuitively.

differential scanning calorimetry; polyolefin fiber; qualitative analysis; systematic identification

2017-02-20；

2017-02-28

谷小辉(1984-)，男，工程师，研究方向：纺织品服装产品检测，E-mial：gxh251@163.com。

TS101.92

A

1673-0356(2017)03-0035-04