醋青纤维的结构及物理性能的研究

雷枋喜

（上饶幼儿师范高等专科学校，江西 上饶 334000）

醋青纤维是由醋酸纤维素和聚丙烯腈以分子的形式结合而成的新纤维，完美融合了聚丙烯腈纤维延展性好、膨松、保温性能高的优点和醋脂纤维优异的吸湿性和抗静电性。醋青纤维的物理结构特点和基本的化学性能与其后续的编织工艺和产品的涂层性能密切相关。本研究针对醋青纤维的主要组成结构（横截面、纵向形貌、分子构成、结晶结构等）、水回收率、导电性、力学性能等进行测量和讨论，进一步改进醋青纤维，并为醋青纤维性能方面的研发提供参考。

1 实验方法

以我国目前生产的最新醋青纤维作为实验对象，生产厂家源于黑龙江省化纤集团。实验过程主要是将醋青纤维剪断成颗粒状，然后通过傅里叶扫描仪进行红外光谱扫描，扫描次数要超过26次，傅里叶扫描时的分辨率要达到4 cm-1，主要扫描在醋青纤维的磨断处。应用傅里叶红外光谱扫描之后，要采用X-射线衍射仪对之前的实验对象进行测试，进而得到醋青纤维衍射图谱，X-射线衍射仪的准确测量范围在4°~40°。在此基础上，采用电子扫描显微镜仔细观察醋青纤维被剪断的分裂处，观察其横截面和纵向的纹理特点。根据教育处制定的《化学纤维 回潮率试验方法》（GB/T 6503—2008），本实验选取烘箱来对醋青纤维进行回潮率的测定。根据教育处制定的《化学纤维 短纤维拉伸性能试验方法》（GB/T 14337—2008），采用电子纤维拉力对醋青纤维进行拉伸性实验，每次实验不断重复15次，数据处理后得到平均值。使用比电阻仪器测量醋青纤维的比电阻率，再测定醋青纤维的回温率，通过烘干方法，将醋青纤维从环境温度快速升温到750 ℃，观察升温速率。

2 结果与分析

2.1 基本结构

2.1.1 基础分子结构

图1 为醋青纤维与其他两种不同纤维的傅里叶红外光谱图，可以看出，醋青纤维在3 350 cm-1处出现了一个很强的吸收峰，这个吸收峰是由—OH引起的，属于—OH的特殊峰。在2 892cm-1处出现的吸收峰则是由甲基和乙基结构引起的，这个吸收峰出现是由碳氢键引起的振幅缩动造成的。图中显示的树脂纤维来看，其红外光谱具有以下明显的吸收峰：在3 500~3 700 cm-1处存在一个氢氧键共振引起的吸收峰，在1 600~1 700 cm-1处存在一个由碳氧双键引起的吸收峰，在1 200~1 300 cm-1处存在一个由甲基基团引起的吸收峰，这与之前醋青纤维的吸收峰存在某些相似点，并且在700~800 cm-1、400~500 cm-1处出现了具有很强碳氢结构特点的吸收峰作为树脂纤维素的主结构峰。将树脂纤维结构与醋青纤维结构的傅里叶红外光谱放在一起观察可以发现，二者在3 350、3 000 cm-1处的吸收峰值特点相近[1]。

与此同时，2 300 cm-1醋青纤维出现的吸收峰是由碳氮三键共振引起的，由于三键的稳固性，电子跳动能力弱，共振效果更好。在1 800 cm-1处出现的吸收峰主要是由碳氧双键共振而得，其中，1 300 cm-1处存在的吸收峰主要是由碳氧单键共振所得，碳氧单键由于共用电子少，没有三键作用力强，因此，振动效果没有三键共振好。通过参考醋青纤维的红外波谱结构可以看出纤维中存在的主要红外波数，例如从图2中可以看出，聚丙乙烯腈纶纤维的红外光谱具有以下特征吸收峰：在1 550~1 555 cm-1处存在碳氢共振引起的吸收峰，在1 800~1 900 cm-1处存在碳氧双键共振引起的特征峰，效果比较明显。2 350~2 450 cm-1处存在腈基特有的—C≡N特征峰，在2 995~3 034 cm-1处存在由一个碳氢单键引起的特征峰，而在3 200~3 700 cm-1处存在氮氢共振引起的特征峰，这在以前很罕见。红外光谱显示，在2 300~2 400 cm-1附近出现一个类肩峰，这与上文讲述的碳氮三键所引起的特征峰相似，因为这是由碳氮三键在傅里叶红外光谱扫描过程中根据自身的红外光谱中形成碳氢键并且伸长振荡引起的，与2 300 cm-1醋青纤维所扫描出来的峰形相似[2]。对比图1~2可知，除碳氢键的延长振动所引起的吸收峰在2 800 cm-1处显现出来，并且碳氧键的伸缩振动吸收峰在1 300 cm-1处显示外，其他方面与树脂纤维的特征峰相似。

图1 醋青纤维红外光谱

图2 聚丙烯腈纤维红外光标准谱

2.1.2 结晶结构

根据醋青纤维扫描得出的X-射线衍射曲线可以看出，醋青纤维在衍射曲线中存在一个20°的衍射角，这个衍射角是由氰基表征出来的特征峰，属于一种晶面的衍射结构，并且在30°附近存在一个弥散峰，峰值很弱，表示其结晶结构与聚丙烯腈类似，存在可以深入研究的准晶区和非晶区。

2.1.3 形态结构

醋青纤维横截面近乎圆形，很难收集醋青纤维，从而保留了普通聚丙烯腈纤维具有的膨松柔软的特点。纤维的纵向表面有显著的纵向条纹状凹槽条纹图案，内部有一些类似于聚丙烯腈纤维形态的微孔。

2.2 物理性能

2.2.1 水回收率

水回收率反映了纤维吸收和释放水分的能力，即回潮率。资料显示，一般市面上普遍存在的聚丙烯腈纤维的实际水回收率为2.00%。根据实验结果推测，醋酸纤维的实际水回收率为2.50%，明显高于市面上一般的聚丙烯腈纤维。这是由于醋酸纤维的水回收率高（实际水回收率为7.40%），再与聚丙烯腈合成醋青纤维，才使醋青纤维具有较高的水回收率。因此，醋青纤维的水回收率有所提高。

2.2.2 导电性

将纤维电阻率测试仪用于测试醋青纤维的电阻率。在纤维加工过程中，ρm含量偏高的纤维很容易出现静电现象，对纤维后续的加工会产生不良影响。一般来说，ρm小于107较好，大于109则应采取抗静电措施。测定醋青纤维样品的电压、质量和电阻，并带入公式计算，得出普通醋青纤维的电阻率为1.452×109Ω·g/cm2，而质量较高的醋青纤维电阻率为5.180×107Ω·g/cm2[3]。因此，醋青纤维的质量比电阻低于普通聚丙烯腈纤维，抗静电性能较聚丙烯腈纤维显著提高。

2.2.3 力学性能

由以往的实验可知，普通的聚丙烯腈纤维具备的抗断裂能力可以达到2.300 cN/dtex，而一般的断裂延伸率可以达到40.35%。经过实验可以测得，醋青纤维的平均抗断裂强度为1.781 cN/dtex，断裂延伸率为50.25%，远超一般的聚丙烯腈纤维。这些实验结果可以证明，醋青纤维的断裂延伸率和力学性能等比传统的聚丙烯腈纤维强。

3 结语

实验结果显示，醋青纤维的横断截面几乎为圆形，纵向形态表面有明显的横装条纹凹槽；与普通的聚丙烯腈纤维相比，醋青纤维具有更高的水回收率和较高的吸湿性；纤维断裂强度比聚丙烯腈纤维小，但断裂延伸率高；醋青纤维的力学性能远超一般的聚丙烯腈纤维，具有体积小和优良的抗静电性能，可以作为服装的改良工艺，并且能合理地提高纤维的耐磨性。