閆民杰, 許瑞，陳莉，梁振江

（1.天津工業(yè)大學(xué)紡織學(xué)院，天津300387;2.天津工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，天津300387）

1 前言

芳綸纖維是芳香族聚酰胺類纖維的統(tǒng)稱，由于芳綸纖維的優(yōu)點(diǎn)是密度小、抗腐蝕性好、高強(qiáng)度、高模量、耐疲勞、耐磨損與抗沖擊等優(yōu)異性能，被廣泛應(yīng)用于宇航航空、汽車、體育產(chǎn)品等工業(yè)領(lǐng)域[1]，但所使用芳綸纖維的領(lǐng)域基本都離不開紫外線的影響。紫外線是指陽(yáng)光中波長(zhǎng)10～400nm的光線，具有較高的能量，老化破壞能力強(qiáng)，對(duì)高分子材料的老化損傷程度的貢獻(xiàn)值達(dá)到90%。當(dāng)芳綸纖維受到紫外線輻照時(shí)，紫外光能會(huì)引起纖維表面發(fā)生各種化學(xué)反應(yīng)，容易發(fā)生氧化和降解，導(dǎo)致纖維的彈性、拉伸強(qiáng)度等機(jī)械性能下降，因此使用過(guò)程中不可避免地要受到紫外光的輻照影響,不同程度上影響其力學(xué)、熱學(xué)等性能[2]。本文主要通過(guò)紅外光譜、拉伸強(qiáng)度等的表述，對(duì)紫外輻照老化芳綸纖維的性能影響進(jìn)行了概述。

2 紫外輻照芳綸纖維性能分析

2.1 芳綸纖維紅外光譜分析

戴駿等[3]人發(fā)現(xiàn)，芳綸纖維在受到紫外輻照后，可能是羧基的形成和酰胺鍵的斷裂，在1740cm-1處出現(xiàn)了新的吸收峰，而1640cm-1處的吸收峰對(duì)應(yīng)于酰胺鍵上的羰基C=O伸縮振動(dòng)峰，C-N鍵發(fā)生斷裂，導(dǎo)致了1520cm-1處的C-N和N-H協(xié)調(diào)振動(dòng)峰以及1320cm-1處的苯-氮鍵的峰強(qiáng)度的增大，這說(shuō)明，由于紫外線的輻照，芳綸纖維表面發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，出現(xiàn)降解。石增強(qiáng)等人對(duì)老化前后的芳綸纖維試樣進(jìn)行衰減全反射光譜測(cè)試分析,發(fā)現(xiàn)酰胺譜帶的吸收峰強(qiáng)度稍有上升;而與C-N鍵含量相關(guān)的酰胺譜帶的吸收峰強(qiáng)度呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。說(shuō)明老化過(guò)程中芳綸纖維中氫鍵締合能力增強(qiáng),同時(shí)纖維中酰胺基團(tuán)的C-N鍵在紫外光輻照下發(fā)生斷裂,發(fā)生了光降解反應(yīng)。

2.2 芳綸纖維表觀形貌變化

石增強(qiáng)等[4]人研究發(fā)現(xiàn)紫外燈未輻照的芳綸纖維的外表面光滑平整;而輻照96h之后，芳綸纖維的表面出現(xiàn)大量的溝壑和凹槽，變得更加的粗糙，引起這種變化的原因可能是芳綸纖維在具有能量的紫外光照射后,表面發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，出現(xiàn)裂解并伴隨小分子物質(zhì)的揮發(fā)。戴駿等人也發(fā)現(xiàn)芳綸纖維隨著紫外輻照時(shí)間增加，芳綸纖維表面也變得粗糙，溝壑增多。除此之外，紫外光的光降解作用，芳綸纖維表面有斷鍵或斷鏈發(fā)生，出現(xiàn)了許多的細(xì)小顆粒，使表面變的更加粗糙?？梢缘贸觯贤廨椪諘?huì)使芳綸纖維表面發(fā)生降解，變的粗糙，切隨著紫外輻照時(shí)間的增長(zhǎng)，降解變的更加嚴(yán)重，變得更加粗糙。

2.3 芳綸纖維的單絲拉伸強(qiáng)度分析

戴駿等人研究了芳綸纖維在紫外光輻射處理不同時(shí)間下的單絲拉伸強(qiáng)度，隨著紫外輻照處理時(shí)間的增加，其單絲拉伸強(qiáng)度逐漸下降。在較短時(shí)間內(nèi)，單絲強(qiáng)度保留率達(dá)到90%，而隨紫外輻射時(shí)間的不斷增加，芳綸纖維得表層老化降解嚴(yán)重，并造成芳綸纖維單絲拉伸強(qiáng)度不斷的降低。石增強(qiáng)等人則發(fā)現(xiàn)，不同老化時(shí)間下的單絲,其拉伸性能隨紫外輻照老化時(shí)間的延長(zhǎng)會(huì)此起彼伏的變化,并不是一直增加或一直下降。在較短的時(shí)間內(nèi),如紫外輻照老化6h,芳綸纖維的強(qiáng)度上升13.7%;而在老化時(shí)間36 h之后,芳綸纖維的單絲拉伸強(qiáng)度下降2.1%。同樣,芳綸纖維的伸長(zhǎng)率和彈性模量也是上升與下降之間不斷的波動(dòng)。兩種相互矛盾的削弱和強(qiáng)化作用的強(qiáng)弱不同和相互消漲,使芳綸纖維單絲拉伸強(qiáng)度出現(xiàn)起伏。

通過(guò)芳綸纖維單絲拉伸強(qiáng)度的分析得知，紫外輻照時(shí)間越久，對(duì)芳綸纖維的損傷越來(lái)，單絲拉伸強(qiáng)度越差。

3 結(jié)論與展望

當(dāng)紫外輻照芳綸纖維的時(shí)間達(dá)到一定長(zhǎng)度時(shí)，纖維的力學(xué)性能會(huì)發(fā)生下降，纖維表面會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生化學(xué)降解，造成各項(xiàng)性能的降低。未來(lái)對(duì)研究芳綸纖維的抗紫外線輻照，提升纖維的抗老化性能，有很大潛力。