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嘉峪檢測(cè)網(wǎng) 2016-10-09 14:00
摘要：
主要對(duì)苧麻纖維的性能進(jìn)行了測(cè)試，所測(cè)試的性能有纖維長(zhǎng)度、細(xì)度、回潮率、單纖維強(qiáng)度、表面摩擦系數(shù)、接觸角、表面形貌等基本性能以及揮發(fā)性有機(jī)物含量(VOC)測(cè)定。論文所表征的苧麻纖維物理、力學(xué)及VOC性能可為苧麻纖維的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用提供參考。
關(guān)鍵詞：苧麻；強(qiáng)度；VOC測(cè)試方法
引言
苧麻纖維作為天然植物纖維的一種，具有優(yōu)良的沖擊性能、抗拉強(qiáng)度、較高的比模量和很小的比重、可循環(huán)利用等優(yōu)點(diǎn)，適合用作復(fù)合材料增強(qiáng)材料[1-2]。同時(shí)，作為麻類(lèi)纖維中唯一可以單纖維紡紗的纖維，苧麻纖維易滿(mǎn)足開(kāi)松梳理工藝要求，適合非織造工藝。因此，苧麻纖維具有廣闊的發(fā)展前景和社會(huì)經(jīng)濟(jì)意義。但對(duì)于苧麻纖維的VOC含量尚不明確，故本文通過(guò)對(duì)苧麻纖維進(jìn)行基本性能和揮發(fā)性有機(jī)物含量測(cè)定，對(duì)苧麻進(jìn)行更深入研究。
1試驗(yàn)樣品及儀器
1.1試驗(yàn)樣品
苧麻纖維，市售。樣品照片如圖1所示。
1.2儀器
試驗(yàn)過(guò)程中使用到的設(shè)備儀器如表1。
2試驗(yàn)結(jié)果與分析
2.1苧麻纖維長(zhǎng)度測(cè)量
參考標(biāo)準(zhǔn)GB 5887—86《苧麻纖維長(zhǎng)度試驗(yàn)方法》，采用梳片式羊毛長(zhǎng)度分析儀對(duì)苧麻纖維長(zhǎng)度進(jìn)行了測(cè)量。梳片之間距離：10mm；梳針號(hào)×密度:26×14；試驗(yàn)前對(duì)實(shí)驗(yàn)室的溫濕度進(jìn)行記錄，溫度為26℃，濕度為35%。如下圖2為苧麻纖維長(zhǎng)度重量分布圖。測(cè)試結(jié)果為苧麻纖維長(zhǎng)度：96.23mm；長(zhǎng)度不勻率38.74%；短纖維率2.69%。
從圖2可以看出，苧麻纖維中大多數(shù)纖維長(zhǎng)度分布在60～90mm之間，且大于90mm的纖維比小于60mm纖維多，說(shuō)明苧麻纖維中長(zhǎng)纖維較多。
2.2苧麻纖維細(xì)度測(cè)定
參考標(biāo)準(zhǔn)GB 5884—86《苧麻纖維支數(shù)試驗(yàn)方法》，測(cè)試方法為中斷切斷法[3]，測(cè)試環(huán)境溫、濕度分別為22℃、45%。測(cè)試結(jié)果為0.59tex。
2.3苧麻纖維回潮率測(cè)定
苧麻纖維中果膠質(zhì)和水溶物的含量較高，而果膠質(zhì)和水溶物為親水性物質(zhì)，對(duì)苧麻纖維的吸濕性能也有較大的影響。參考標(biāo)準(zhǔn)GB/T 12411.5—90《黃、洋(紅)麻纖維回潮率試驗(yàn)方法——烘箱法》[4]，對(duì)3種苧麻纖維回潮率進(jìn)行測(cè)量，測(cè)試環(huán)境的溫、濕度分別為：29℃、55%。測(cè)試結(jié)果為5.91%。
2.4苧麻纖維單纖維強(qiáng)度
采用VHX-1000光學(xué)顯微鏡直徑分析儀在放大倍數(shù)為1000倍條件下對(duì)苧麻纖維直徑進(jìn)行了分析，在此基礎(chǔ)上，參考標(biāo)準(zhǔn)ASTM D3822—07《Standard Test Method forTensile Properties of Single Textile Fibers》及王春紅[5]等的文獻(xiàn)，分別對(duì)每根纖維進(jìn)行單纖維強(qiáng)度測(cè)試。單纖維強(qiáng)力儀拉伸試樣隔距按照標(biāo)準(zhǔn)選擇20mm，拉伸速度為5mm/min，測(cè)試環(huán)境的溫、濕度分別為：22℃、35%。
如圖3所示為苧麻纖維拉伸強(qiáng)度分布圖。
測(cè)試與計(jì)算結(jié)果為：苧麻單纖維強(qiáng)度592.70MPa，強(qiáng)度不勻率為42.51%，模量為18.23GPa，模量不勻率47.73%。與洋麻纖維相比，強(qiáng)度大于洋麻纖維(強(qiáng)度427MPa～519MPa[6])，模量與洋麻纖維(模量23.1GPa～27.1GPa)相差不大。同時(shí)，苧麻纖維強(qiáng)度和模量都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于椰子殼纖維(強(qiáng)度131MPa～175MPa；模量4GPa～6GPa)[6]；小于亞麻纖維(強(qiáng)度2000MPa；模量85GPa)[7]。
2.5苧麻纖維表面形貌觀察
采用SEM掃描電子顯微鏡對(duì)苧麻纖維的表面進(jìn)行觀察，如圖4所示為SEM照片。
由圖4可知，苧麻纖維表面顯現(xiàn)出明顯的橫節(jié)豎紋，纖維沒(méi)有明顯的轉(zhuǎn)曲。
2.6苧麻纖維表面摩擦系數(shù)測(cè)定
表面摩擦系數(shù)是纖維的基本物理性能之一，采用絞盤(pán)法測(cè)定苧麻纖維與金屬間、苧麻纖維與聚丙烯纖維間的動(dòng)、靜摩擦系數(shù)，測(cè)試結(jié)果如表2所示。
苧麻纖維與聚丙烯纖維間的動(dòng)、靜摩擦系數(shù)均大于與金屬間的摩擦系數(shù)，這保證了兩種纖維混梳時(shí)纖維間具有良好的抱合力，有利于纖維網(wǎng)的均勻性。苧麻纖維與聚丙烯纖維間動(dòng)、靜摩擦系數(shù)差異很小，因此，苧麻“粘—滑”現(xiàn)象不明顯，有利于纖維分梳和纖網(wǎng)均勻性。
2.7苧麻纖維接觸角測(cè)定
纖維的極性可采用纖維與液體親和性來(lái)表示，即可用纖維的接觸角來(lái)表示。接觸角越大，極性越小。
從表3可以看出，苧麻單纖維接觸角為75.02°，接觸角小于90°，說(shuō)明纖維極性較強(qiáng)，當(dāng)苧麻纖維用于復(fù)合材料時(shí)，基體材料多為非極性樹(shù)脂材料，如聚丙烯、聚乳酸、環(huán)氧樹(shù)脂、不飽和聚酯樹(shù)脂等，纖維與疏水聚合物基體之間相容性很差，同時(shí)苧麻纖維中較強(qiáng)的分子內(nèi)氫鍵使得其在和聚合物基體纖維共混時(shí)易聚集成團(tuán)，造成分散性不佳，這使得應(yīng)力在界面不能有效地傳遞，導(dǎo)致復(fù)合材料性能下降[8-10]。因此將苧麻纖維用作復(fù)合材料增強(qiáng)材料時(shí)，為了提高復(fù)合材料的性能，需要對(duì)苧麻纖維的表面進(jìn)行改性。
2.8 VOC含量測(cè)定
設(shè)備試驗(yàn)條件：熱脫附-氣質(zhì)聯(lián)用儀：采用二級(jí)熱脫附；氣相色譜分析選用極性指數(shù)<10的毛細(xì)管柱，毛細(xì)管柱柱長(zhǎng)50m～60m、內(nèi)徑0.20mm～0.32mm、膜厚0.2μm～1.0μm，程序升溫，初溫50℃保持10min，以5℃/min的速率升溫至250℃；質(zhì)譜分析采用全掃描方式，掃描范圍35amu～350amu，電子轟擊能量70eV。
液相色譜分析條件：色譜柱采用等效C18反相高效液相色譜柱；流動(dòng)相選擇乙腈/水；洗脫采用均相等梯度，60%乙腈/40%水；檢測(cè)器為紫外檢測(cè)器360nm，或二極管陣列；流速為1.0mL/min；進(jìn)樣量為25μL。
如表4和表5分別為檢測(cè)條件和采樣管條件。
對(duì)纖維的苯類(lèi)物質(zhì)和醛類(lèi)物質(zhì)進(jìn)行測(cè)定，測(cè)試結(jié)果如表6。
測(cè)試結(jié)果表明，苧麻纖維苯類(lèi)物質(zhì)含量較少，幾乎為0，這主要是因?yàn)槔w維在受熱分解時(shí)，揮發(fā)物中的苯系物主要產(chǎn)生于木質(zhì)素，苧麻木質(zhì)素含量?jī)H為0.8%~1.5%[11]，因此所釋放出的苯系物極少；而對(duì)于醛類(lèi)物質(zhì)，苧麻所釋放的甲醛和乙醛含量較高，這是因?yàn)?，醛?lèi)物質(zhì)主要產(chǎn)生于半纖維素等的分解，苧麻纖維半纖維素含量為14%～16%，因此纖維在230oC~310oC受熱分解會(huì)產(chǎn)生大量醛類(lèi)物質(zhì)[12]。因此，今后在使用過(guò)程中，一定要注意高溫下醛類(lèi)物質(zhì)的釋放，采取必要的防護(hù)措施。
3結(jié)論
通過(guò)對(duì)苧麻纖維各種性能的測(cè)試，得到了苧麻纖維的基本參數(shù)：纖維長(zhǎng)度96.23mm，細(xì)度0.59tex；回潮率5.91%；與金屬間靜摩擦系數(shù)0.18；單纖維強(qiáng)度529.70MPa；模量18.23GPa；接觸角75.02°等。通過(guò)與其他植物纖維對(duì)比得出，苧麻纖維力學(xué)性能與洋麻纖維相差不大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)椰子殼纖維，但小于亞麻纖維。通過(guò)接觸角的測(cè)試，得出其極性較大，與非極性的聚丙烯等材料相容性差，因此使用前需要對(duì)苧麻纖維進(jìn)行處理。此外，對(duì)苧麻纖維的VOC含量進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果表明，苧麻纖維苯類(lèi)物質(zhì)釋放較少，幾乎為0，但醛類(lèi)物質(zhì)含量較高，甲醛和乙醛分別為218.8μg/m3和2352.8μg/m3，因此在后續(xù)使用過(guò)程中對(duì)苧麻在高溫下的使用，需要做好相應(yīng)防護(hù)措施。
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(作者單位：范文正：寧波汽車(chē)零部件檢測(cè)中心；賀文婷、任子龍、王春紅：天津工業(yè)大學(xué)；張蔭楠：東華大學(xué)紡織學(xué)院）
來(lái)源：中國(guó)纖檢
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