聚偏氟乙烯纤维与其他纤维混合物定量化学分析研究

张金良

（上饶幼儿师范高等专科学校，江西 上饶 334000）

1 聚偏氟乙烯

聚偏氟乙烯简称PVDF，属于高分子共聚物，其中含有单体氟，分子结构呈聚乙烯型主链排列，其中氟元素在全体分子组成中占比六成，且炭氢化学键将氟连接起来，分子式为(-CH2-CF2-)n。

由于C—F 键相对较短，故而拥有较大键能，较高温度下C—F 键才会发生断裂。一般情况下，当温度为155～192℃时，C—F 键会断裂，出现溶解现象。分子结构复杂的含氟高分子共聚物，高温分解温度还能达到316℃以上[1]。由此得出，常温状态下的聚偏氟乙烯分子结构较为稳定，不易受到分解。除此之外，将聚偏氟乙烯置于有机溶剂中同样能够保持分子结构的稳定，不发生化学反应。从相关文献著作中了解到，目前已知的能够让聚偏氟乙烯溶解的化学试剂为二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺等，这类溶液具有极强的溶解性。

聚偏氟乙烯通过纺丝处理成为聚偏氟乙烯纤维，该物质延续了聚偏氟乙烯的化学性能，常温状态下化学性质保持稳定，不溶于酸碱性溶液，且抗氧化能力强，该类型纤维在锂电池、医用膜中有所应用。从相关理论资料中了解到，熔体纺丝、载体纺丝均为制作含氟纤维的有效方法[2]。

2 化学试验

为明确聚偏氟乙烯纤维的定性分析方法，笔者通过显微镜法、燃烧法、溶解法、红外光谱法完成探究。同时参照以上定性分析，根据相关文献资料反馈，配置多种化学溶液，分析聚偏氟乙烯纤维在其中的溶解情况，进而得出修正系数。最终明确聚偏氟乙烯同其他纤维混合物的定量分析方法。

2.1 试剂

参与本次化学试验的溶剂纯度较高，分析测定中不会受无关变量影响。试剂包括三氯甲烷、95%～98%硫酸、硝基苯、2-氯苯酚、三氯乙酸/三氯甲烷、氨水等。

2.2 试验器具及试验方法

2.2.1 常规器具

加热板、高低温水浴振荡器、电子天平、纤维细度仪、傅立叶变换红外光谱仪、烧杯等。

2.2.2 常规纤维鉴别分析法测试

收集相关文献资料，此次常规纤维鉴别测试选为燃烧法。试验人员点燃酒精灯，用镊子夹住纤维一端，另一端先靠近火焰，之后置于其中，最后移出火焰，分别观察纤维状态，记录火焰燃烧情况、燃烧后产生的味道、灰烬的特点。以FZ/T 01057—2007 的纤维定性鉴别分析方法为依据，再次对纤维进行显微镜法、溶解法、红外光谱法、熔点法的试验，同时将纤维在试验中表现出的理化性能记录在案。

2.2.3 热失重试验

热失重试验需要用到热重分析仪，该仪器能够事先设定一个基础温度，之后以10℃/min 的速度调整温度，最低温度不得低于105℃，最高不得超过800℃，温度的改变会使试验纤维重量发生改变，进而自动生成失重曲线图，从图中可以了解到纤维热失重性能。专业领域经常以该试验方法明确纤维在升温状态下的物相变化。这里规定仪器中的氮气加入量为20mL/min。

2.3 试验样品及预处理

本次试验对象为聚偏氟乙烯纤维单丝，混纺用的其他纤维为日常检验中收集而得。需要注意的是，参与定量分析的纤维必须经过预处理。

3 试验过程及结果分析

3.1 燃烧法

采取燃烧法观察聚偏氟乙烯纤维燃烧状态，当纤维移出火焰时，火焰瞬间熄灭，由此判断出该纤维有阻燃性。同芳纶、聚芳酯纤维作比较，该类型纤维表现出不同的燃烧特征，即聚偏氟乙烯纤维燃烧时伴随辛辣气味，灰烬较硬且呈黑色焦炭状，以上现象与腈纶、聚酯纤维这类普通合成纤维燃烧后的表现比较接近，不过从火焰情况来看，又能看出不同[3]。聚偏氟乙烯纤维置于火焰中时会有黑烟生成，且火焰颜色也与常规合成纤维不同。至于该类型纤维有别于其他纤维的更具体内容，则需要开展其他实验加以明确。

3.2 显微镜法

将聚偏氟乙烯纤维放在载玻片上，调焦后进行观察。观察结果表明，该类型纤维的显微结构类似于常规合成纤维。从纵向角度观察，纤维表面平整不粗糙，细小条纹分布其间，纤维横截面呈圆形[4]。由此分析出该试验方法无法给出聚偏氟乙烯纤维的鉴别数据，若想进一步分析此纤维性能，还需其他实验方法的加入。

3.3 定量分析试验

本次试验参照纺织品定量分析相关标准规定，随机选择10 个聚偏氟乙烯纤维参与试验。正式试验前，对这些纤维实行预处理，根据定量分析的标准规定展开多次试验，将试样放入不同试剂中，根据前后试剂质量变化，作平均值计算，最终明确聚偏氟乙烯纤维在不同化学试剂溶液中的质量修正系数，具体试验数据如下。

常温状态下，聚偏氟乙烯纤维在三氯乙酸或三氯甲烷试剂中放置15min，修正系数为1.00；45～55℃状态下，在75%硫酸中静置1h，修正系数为1.00；20～30℃状态下，在80%甲酸中放置15 min，修正系数为1.00；20℃状态下，在浓度为1mol/L 的碱性次氯酸钠中静置40 min，修正系数为1.00；常温状态下，在丙酮中静置30 min，修正系数为1.00；10～30℃状态下，在80%甲酸中静置15 min，修正系数为1.00；69～75℃状态下，在65%硫氰酸钾中静置10 min，修正系数为1.00；常温状态下，在99%冰乙酸中静置1h，修正系数为1.00；常温状态下，在20%盐酸中静置25 min，修正系数为1.00；35～45℃状态下，在苯酚或四氯乙烷中静置10 min，修正系数为1.00；常温状态下，在75%甲酸中静置20 min，修正系数为1.00。

参照上述修正系数，结合标准GB/T 2910—2009和GB/T 38015—2019 中规定的测试方法，并借助试验检测，最终明确去除非纤维物质后的聚偏氟乙烯纤维与其他纤维混合物定量化学分析方法有如下6 种。

其一，选用75%硫酸溶解去除纤维素纤维或氨纶中剩余的聚偏氟乙烯纤维，参照以上对应的修正系数，明确各类型纤维的含量；其二，将蛋白质纤维放入浓度为1mol/L 的碱性次氯酸钠中，去除其中的聚偏氟乙烯纤维，根据修正系数明确各类型纤维含量；其三，将聚酯纤维放入三氯乙酸/三氯甲烷中，溶解其中的聚偏氟乙烯纤维，参照对应的修正系数，明确各纤维含量；其四，将棉纶或维纶放入20%盐酸中，消除其中的聚偏氟乙烯纤维，根据对应的修正系数，明确各纤维含量；其五，将醋纤放入丙酮试剂中，去除剩余聚偏氟乙烯纤维，三醋纤放入二氯甲烷中，溶解剩余聚偏氟乙烯纤维，根据相关修正系数，明确各纤维含量；其六，将腈纶放入65%硫氰酸钾中，消除剩余聚偏氟乙烯纤维，用同样步骤得出各纤维百分含量。

聚偏氟乙烯纤维的化学溶解性能如表1 所示。

表1 聚偏氟乙烯纤维化学溶解性能

分析PEEK（聚醚醚酮）纤维与PPS（聚苯硫醚）纤维的化学溶解性能得出以下结论。

其一，将PEEK 纤维放入95%～98%的硫酸溶液中，常温、煮沸状态下均不溶解；PPS 纤维常温下不溶解，煮沸状态下溶于硫酸之中。

其二，75%硫酸溶液中，PEEK 纤维在常温和煮沸状态下均不溶解，PPS 纤维在常温下不溶解，煮沸状态下溶于硫酸溶液。

其三，65%～68%硝酸溶液中，PEEK 纤维在常温和煮沸状态下均不发生溶解，PPS 纤维在常温下不溶解，煮沸状态下发生溶解。

其四，在三氯乙酸/三氯甲烷溶液、浓度为1mol/L的碱性次氯酸钠溶液、65%硫氯酸钾溶液、80%甲酸溶液、环已酮溶液、N，N-二甲基甲酰胺溶液、苯酚或四氯乙烷溶液以及硝基苯溶液中，PEEK 纤维与PPS 纤维在常温与煮沸状态下均不发生溶解。

3.4 聚偏氟乙烯纤维与同类高性能纤维定量分析试验

聚偏氟乙烯纤维属于高分子聚合物，可以经受强酸或强碱溶液的腐蚀，而且在部分有机溶剂中也不会发生化学反应，能够保持稳定性能。该类型纤维的性能表现与PEEK、PPS、丙纶等纤维极为相似，这些纤维凭借优良性能在诸多领域有所应用。这也显示出做好聚偏氟乙烯纤维与以上同类型纤维混纺的定量分析的重要意义。表2 为聚偏氟乙烯纤维与其他纤维混纺定量试验结果。

表2 聚偏氟乙烯纤维（PVDF）与其他纤维混纺定量试验结果（单位：%）

根据聚偏氟乙烯纤维与其他纤维在不同试剂中的溶解性的差异及相关试验检测，参照纺织品定量标准规定，最终得出相应的定量化学分析法：在N,N-二甲基甲酰胺中溶解掉聚偏氟乙烯纤维中剩余的PEEK或PPS 纤维，根据对应的修正系数明确3 种纤维的占比含量；在相同试剂中溶解聚偏氟乙烯纤维中剩余的乙纶或丙纶，同样步骤得出各纤维占比。

3.5 纤维定量结果分析

参照上面分析出的纤维定量分析法，可以明确聚偏氟乙烯纤维同其他纤维混合物平行样定量试验重现性良好，经多次重复试验，得出的结果比较稳定，误差均在1%以内，符合纺织品定量分析相关标准规定。以上定量分析法具有实际应用价值。

4 结语

文章采取化学试验的方法，以燃烧法大致判断出聚偏氟乙烯纤维具有阻燃性，从火焰和灰烬表现可以看出该类型纤维不同于其他化学合成纤维。显微镜法则没有得出聚偏氟乙烯纤维有别于其他纤维的特点。应用溶解法得出，该纤维与同类型纤维表现出较大差异，其能在环已铜、硝基苯中发生溶解，该发现可以为之后的纤维定性定量分析提供依据。将聚偏氟乙烯纤维与其他纤维混合物放在各种化学试剂中，按照溶解差异及相应的质量修正系数，得出定量分析方法。最终试验结果误差较小，能够被应用于实际的混合纤维检验中。