聚芳砜酰胺纤维混纺产品定量分析方法研究*

刘贵

（1.福建省纺织产品检测技术重点实验室，福建 福州 350026；2.福建省纤维检验局，福建 福州 350026）

1 引言

聚芳砜酰胺(Polysulfonamide fiber，PSA)，是一种在大分子的主链上含有砜基（-SO2-）的芳香族聚酰胺，通常是由等摩尔的4,4'-二氨基二苯砜(DDS)和对苯二甲酰氯(TPC)在溶液缩聚中反应得到。它不仅具有良好的物理机械性能，而且还具有良好的耐热、难燃、电绝缘、耐腐蚀、耐辐射和尺寸稳定性好等特点，尤其在抗热氧化老化性能上，显著地超出现有芳香族聚酰胺纤维、芳纶1313和芳纶1414[1]。在改善环境保护及治理三废方面，作为200～250 ℃的高温烟气过滤材料有着广泛的应用，同时作为耐热、防燃、高级别耐高温的电机绝缘纸的应用也越来越多。目前，学术界对聚芳砜酰胺的研究多集中在纤维的制备和纤维的应用[1-4]领域，国内检验机构尚没有一套系统的检测方法用于聚芳砜酰胺纤维的定量检测。随着我国经济的快速发展，聚芳砜酰胺纤维的应用也将日益广泛，研究和开发聚芳砜酰胺纤维与其他纤维的分析检测技术也显得日益迫切。

先前的研究在依据聚芳砜酰胺纤维燃烧、外观、化学溶解和红外光谱特性的基础上，建立了其纤维定性鉴别方法[5]。本文在此基础上通过聚芳砜酰胺纤维与其他纤维混纺产品的试验建立了聚芳砜酰胺纤维与其他纤维混纺的定量检测的化学方法。

2 定性鉴别试验

2.1 试验试剂、仪器和样品

试剂：硫酸、盐酸、硝酸、次氯酸钠、氢氧化钠、甲酸、冰乙酸、硫氰酸钾、氢氟酸、氢氧化铜、氢氧化铵、N,N-二甲基甲酰胺，丙酮、四氢呋喃、苯酚、四氯化碳、砒碇、1,4-丁内酯、二甲亚砜、环己酮、二氯甲烷、二氧六环、双氧水、二甲苯等。以上试剂均为分析纯。

仪器：索氏萃取器、恒温水浴锅、分析天平（精度为0.0001 g）、具塞三角烧瓶等玻璃器皿。

样品：聚芳砜酰胺（PSA）纤维长丝，上海特安纶纤维有限公司提供。

2.2 试样及预处理

将试样放在索氏萃取器中用乙醚萃取1 h，待试样中的乙醚挥发后，把试样浸入冷水中，浸泡1 h，然后离心脱水、晾干。

2.3 燃烧试验

PSA纤维靠近火焰时不熔不缩，接触火焰时熔融燃烧，离开火焰时自灭。燃烧时略带浆糊的气味，残留物特呈黑色焦炭状。

2.4 显微镜观察

从图1可以看出，PSA纤维的纵向形态为表面平滑，有沟槽，横向形态接近圆形。

图1 PSA纤维的纵向和横向截面图

2.5 溶解试验

聚芳砜酰胺纤维在不同试剂中的溶解性能见表1。

2.6 红外光谱特性

聚芳砜酰胺纤维的红外吸收光谱图如图2所示。1667cm-1处的吸收峰是C=O的伸缩振动峰；1517cm-1处的吸收峰是苯环骨架伸缩振动吸收峰；1308cm-1和1131cm-1附近两个较强峰分别属于砜基的不对称伸缩振动吸收峰及对称伸缩振动吸收峰。

表1 聚芳砜酰胺纤维化学溶解性能

图2 PSA的红外光谱图

2.7 定性结论

聚芳砜酰胺纤维定性方法有：燃烧、显微镜观察、溶解、红外光谱分析。燃烧试验和显微镜观察都只能初步对纤维类别进行判定，而无法确认具体是那一种，结合化学溶解试验则基本上可以确认聚芳砜酰胺纤维的存在与否。根据化纤定性的原则，至少2种或2种以上的方法对其进行确认，同时其化学溶解性能上的独特性只是限于将其区别于目前所熟知的纤维，随着纤维种类的不断增加，具有相似溶解性能的纤维可能也会不断涌现。红外光谱试验却可以对该纤维的类别进行进一步的确认。因此，以上4种方法从各种可能的鉴别方法入手，比较全面的研究了聚芳砜酰胺纤维的定性分析方法，完全可以顺利实现聚芳砜酰胺纤维的鉴别。

3 定量分析

3.1 聚芳砜酰胺纤维（芳砜纶）与常规纤维混纺

对常规纤维而言，根据表1中聚芳砜酰胺纤维在不同溶剂中的溶解特性，结合GB/T 2910-2009 以及FZ/T 01095-2002 中规定的测试条件，采用已知量的聚芳砜酰胺纤维与其他纤维进行混纺，并采用标准的方法进行溶解定量试验。具体的试验方法如下：

⑴ 聚芳砜酰胺纤维与纤维素纤维（棉、粘纤、莱赛尔、莫代尔等）、氨纶的二组分混纺产品定量分析法——75% 硫酸法。

⑵ 聚芳砜酰胺纤维与蛋白质纤维（羊毛、蚕丝、山羊绒等）的二组分混纺产品定量分析法——碱性次氯酸钠法。

⑶ 聚芳砜酰胺纤维与聚酯纤维的二组分混纺产品定量分析法——苯酚/四氯乙烷法。

⑷ 聚芳砜酰胺纤维与锦纶或维纶的二组分混纺产品定量分析法——20%盐酸法或80%甲酸法。

采用上述定量测试方法，用已经定量的聚芳砜酰胺纤维和其他常规纤维按照固定的混纺比进行配比并进行测试，对平行试样和最大误差进行分析，结果如表2所示。

表2 聚芳砜酰胺纤维（芳砜纶）与常规纤维混纺定量试验

3.2 聚芳砜酰胺纤维（PSA）与性能类似纤维混纺

聚芳砜酰胺纤维混纺产品主要用于做烟气治理的高温滤料，产品所含的纤维主要有聚芳砜酰胺纤维(PSA)、芳纶(主要为间位芳纶或芳纶1313，即诺梅克斯Nomex)、聚酰亚胺纤维(PI)、聚苯硫醚 (PPS)、聚四氟乙烯纤维(PTFE)及玻璃纤维等，实际应用中往往采用多种纤维配合。对这些类似纤维存在的混纺产品，具体的测试方法如下：

3.2.1 二组分的混纺产品

3.2.1.1 PSA与芳纶的二组分混纺产品

采用二甲基甲酰胺法、二甲亚砜法或65%-68%硝酸法，将混合物中的PSA溶解掉。

3.2.1.2 PSA与PI的二组分混纺产品

采用二甲基甲酰胺法或二甲亚砜法，将混合物中的PSA溶解掉。

3.2.1.3 PSA与PPS的二组分混纺产品

采用95%-98% 硫酸法、二甲基甲酰胺法、二甲亚砜法或65%-68% 硝酸法，将混合物中的PSA溶解掉。

3.2.1.4 PSA与PBO的二组分混纺产品

采用二甲基甲酰胺法、二甲亚砜法或65%-68%硝酸法，将混合物中的PSA溶解掉。

3.2.1.5 PSA与PTFE的二组分混纺产品

可以采用95%-98%硫酸法、二甲基甲酰胺法、二甲亚砜法或65%-68%硝酸法，将混合物中的PSA溶解掉。

3.2.1.6 PSA与玻璃纤维的二组分混纺产品

可以采用95%-98%硫酸法、二甲基甲酰胺法、二甲亚砜法或65%-68%硝酸法，将混合物中的PSA溶解掉，也可以采用氢氟酸将混合物中的玻璃纤维溶解掉。

3.2.2 三组分混纺产品

3.2.2.1 PSA/芳纶/玻璃纤维的三组分混纺产品

采用二甲基甲酰胺法、二甲亚砜法或65%-68%硝酸法，先将混合物中的PSA溶解掉，剩余芳纶和玻璃纤维，然后再用氢氟酸将玻璃纤维溶解掉，剩余芳纶，从而计算出各自纤维的含量。

3.2.2.2 PSA/PI/玻璃纤维的三组分混纺产品

可以采用二甲基甲酰胺法或二甲亚砜法，先将混合物中的PSA溶解掉，剩余PI和玻璃纤维，然后再用氢氟酸将玻璃纤维溶解掉，剩余PI，从而计算出各自纤维的含量。

3.2.2.3 PSA/PPS/玻璃纤维的三组分混纺产品

可以采用95%-98%硫酸法、二甲基甲酰胺法、二甲亚砜法或65%-68%硝酸法，先将混合物中的PSA溶解掉，剩余PPS和玻璃纤维，然后再用氢氟酸将玻璃纤维溶解掉，剩余PPS，从而计算出各自纤维的含量。

3.2.2.4 SA/PTFE/玻璃纤维的三组分混纺产品

可以采用95%-98%硫酸法、二甲基甲酰胺法、二甲亚砜法或65%-68%硝酸法，先将混合物中的PSA溶解掉，剩余PTFE和玻璃纤维，然后再用氢氟酸将玻璃纤维溶解掉，剩余PTFE，从而计算出各自纤维的含量。

采用上述定量测试方法，利用已经定量的聚芳砜酰胺纤维和类似纤维按照固定的混纺比进行配比并进行测试，对平行试样和最大误差进行分析，结果如表3所示。

从表2和表3中得知，在不同的试验条件下，聚芳砜酰胺纤维和其他纤维的混纺测试稳定性良好。2名试验人员的试验结果误差没有超过1%，符合GB/T 2910-2009 标准的要求。而采用其他溶剂溶解混纺物时，平行试验的稳定性能良好，符合定量分析的要求。表2和表3的定量测试结果表明，采用溶解法可以对聚芳砜酰胺纤维与其另外2种纤维交织或混纺产品进行定量分析。

4 结论

本文采用燃烧、显微镜观察、化学溶解、红外光谱等4种方法，对聚芳砜酰胺纤维进行综合定性分析，从而实现定性鉴别。在此基础上，依据化学溶解特性建立了定量分析法，通过固定配比的聚芳砜酰胺纤维和常规纤维及相类似纤维混纺样品测试进行方法验证。试验结果表明，平行试验的稳定性能良好，误差不超过1%，符合定量分析的要求。采用溶解法可以对聚芳砜酰胺纤维与其他纤维交织或混纺产品进行定量分析。

表3 聚芳砜酰胺纤维（芳砜纶）与类似纤维混纺定量试验