聚对苯撑苯并二恶唑（PBO）与其他纤维混纺定量分析方法研究

摘要：本文通过试验研究了聚对苯撑苯并二恶唑（PBO）在常规溶剂中的质量修正系数，通过聚对苯撑苯并二恶唑（PBO）与其他纤维混纺产品的试验研究了其与其他纤维混纺的定量化学分析方法，为聚对苯撑苯并二恶唑（PBO）与其他纤维混纺的定量分析鉴定提供了参考。

关键词：聚对苯撑苯并二恶唑；混纺；定量分析

1 引言

PBO纤维是继Kevlar纤维（美国杜邦对位芳纶）之后出现的又一合成的高性能纤维，被誉为21世纪超级纤维[1-2]。PBO化学名称为聚对苯撑苯并二恶唑，英文名Poly –p-phenylene benzobisoxazazole，是一种液晶芳香族杂环聚合物。PBO纤维的抗拉强度及弹性模量约为对位芳纶的2倍，其模量被认为是直链高分子聚合物的极限模量；PBO纤维的热分解温度高达650℃，被认为是目前热稳定性最高的有机纤维。PBO纤维制品工作温度可高达300℃～500℃，在500℃下停留100小时，其强度仍能保持40%左右。PBO纤维的耐化学腐蚀性良好，不溶于常规有机溶剂。此外，PBO纤维的耐冲击性、耐摩擦性和尺寸稳定性均很优异。PBO纤维质轻而柔软，是极为理想的纺织原料。由于PBO纤维具有诸多优良的特性，其在航空航天、军工国防以及民用领域具有重要应用价值和广阔前景，其应用范围涵盖了高温过滤、电子电气、合成材料、安全防护、国防军工、交通运输、航空航天、桥梁工程、建筑建材等20多个工业领域[3-4]。

目前，国内检验机构尚没有一套系统的方法用于定量PBO纤维。学术界对PBO的研究多集中纤维的制备和纤维的应用[5-6]。随着我国经济的快速发展，PBO纤维的应用也日益广泛和深入，研究和开发PBO纤维与其他纤维的鉴别技术显得日益迫切。本文通过试验研究了聚对苯撑苯并二恶唑（PBO）在常规溶剂中的质量修正系数，通过聚对苯撑苯并二恶唑（PBO）与其他纤维混纺产品的试验研究了其与其他纤维混纺的定量化学分析方法，为聚对苯撑苯并二恶唑（PBO）与其他纤维混纺的定量分析鉴定提供参考。

2 试验

2.1 试验试剂

乙醚、 80%硫酸、75%硫酸、20%盐酸、1mol/L次氯酸钠、80%甲酸、冰乙酸、65%硫氰酸钾、N，N-二甲基甲酰胺、丙酮、苯酚、四氯乙烷、二氯甲烷等，以上试剂均为分析纯。

2.2 试验仪器

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

2.3 试样及预处理

聚对苯撑苯并二恶唑（PBO）纤维长丝，规格：3.84tex。将试样放在索氏萃取器中，用乙醚萃取1h，待试样中的乙醚挥发后，把试样浸入冷水中，浸泡1小时，然后离心脱水、晾干。

3 试验结果及讨论

3.1 质量修正系数

参照GB/T 2910—2009《纺织品 定量化学分析》和FZ/T 01095—2002《纺织品 氨纶产品纤维含量的测试方法》所规定的试验条件，确定聚对苯撑苯并二恶唑（PBO）纤维的质量修正系数，质量修正系数试验结果见表1。

由表1可以看到，由于聚对苯撑苯并二恶唑（PBO）纤维具有刚性的分子结构和稳定的化学性能，其在常规的溶剂中所受到的损伤非常小，只有在硫酸环境下有部分损伤。从试验所得到的结果来看，聚对苯撑苯并二恶唑（PBO）在50℃的75%硫酸溶液中，振荡60分钟，其质量修正系数为1.02，在25℃的80%硫酸溶液中振荡30分钟，其质量修正系数为1.01，其他条件下的修正系数为1.00。

3.2 定量分析

根据表1中所得的聚苯硫醚纤维在不同溶剂或溶液中的修正系数，结合GB/T 2910—2009以及FZ/T 01095—2002中规定的测试条件，采用已知量的聚对苯撑苯并二恶唑（PBO）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：

3.2.1 聚对苯撑苯并二恶唑纤维与聚酯纤维混纺产品的定量分析法——苯酚/四氯乙烷法

将准备好的试样放入三角烧瓶中，每克试样加入100mL苯酚/四氯乙烷溶液，在（40±5）℃的恒温水浴振荡器中振荡10 min，然后将液体倒入已称重的坩埚用抽滤装置抽滤。加入100mL同温的苯酚/四氯乙烷溶液将三角烧瓶中的残留物转移至坩埚，然后用乙醇和水清洗残留物到坩埚中。用抽滤装置抽干再用水清洗残留物，在重力作用下排净后再用抽滤装置抽干。烘干坩埚和残留物，冷却并称重。

3.2.2 聚对苯撑苯并二恶唑纤维与棉纤维混纺产品的定量分析法——75%硫酸法

将准备好的试样放入三角烧瓶中，每克试样加入200 mL 75%的硫酸溶液，摇动烧瓶使试样充分润湿，在 （50±5）℃的恒温水浴振荡器中放置1 h，每隔10 min摇一次。将残留物过滤到坩埚中，真空抽吸排液，再加少量硫酸清洗烧瓶，真空抽吸排液，加入新硫酸溶液至坩埚，重力排液至少1min后再用真空抽吸。冷水连续洗涤若干次，稀氨水中和两次，再用冷水洗涤。每次洗涤先重力排液再抽吸排液。最后将坩埚和残留物烘干，冷却，称重。

3.2.3 聚对苯撑苯并二恶唑纤维与羊毛纤维混纺产品的定量分析法——碱性次氯酸钠法

将准备好的试样放入三角烧瓶中，每克加入100mL1mol/L的碱性次氯酸钠溶液，经充分润湿后，在恒温水浴振荡器中剧烈振荡40min。用已知干重的玻璃砂芯坩埚过滤，用溶液将残留物清洗到坩埚中。真空抽吸排液，再依次用水清洗、稀乙酸溶液中和，最后用水连续清洗残留物，每次洗后先用重力排液，再用真空抽吸排液。最后将坩埚和残留物抽吸排液，烘干，冷却，称重。

3.2.4 聚对苯撑苯并二恶唑纤维与锦纶混纺产品的定量分析法

（1）80%甲酸法。将准备好的试样放入三角烧瓶中，每克试样加入100mL甲酸溶液，摇动三角烧瓶使试样浸湿，放置15min，并不时摇动。待溶解完全后，用少量甲酸溶液将残留物转移至已知质量的砂芯坩埚中，真空抽吸排液，依次用甲酸溶液、热水清洗残留物，再用稀氨水中和，最后用冷水清洗残留物，每次洗后先靠重力排液，再真空抽吸排液。最后烘干坩埚和残留物，冷却，称重。

（2）20%盐酸法。将准备好的试样放入三角烧瓶中，每克试样加入100mL20%盐酸溶液，在常温下连续振荡15min，使锦纶或维纶完全溶解，用已知质量的玻璃砂芯坩埚过滤，将残留物用少量同温、同浓度盐酸洗涤3次，再用常温蒸馏水洗4～5次，用稀氨水中和2次，再用水清洗残留物，每次洗后必须用真空抽吸排液。最后将坩埚和残留物抽吸排液，烘干，冷却，称重。

3.2.5 聚对苯撑苯并二恶唑纤维与维纶混纺产品的定量分析法——20%盐酸法

将准备好的试样放入三角烧瓶中，每克试样加入100mL20%盐酸溶液，在常温下连续振荡15min，使锦纶或维纶完全溶解，用已知质量的玻璃砂芯坩埚过滤，将残留物用少量同温、同浓度盐酸洗涤3次，再用常温蒸馏水洗4～5次，用稀氨水中和2次，再用水清洗残留物，每次洗后必须用真空抽吸排液。最后将坩埚和残留物抽吸排液，烘干，冷却，称重。

3.2.6 聚对苯撑苯并二恶唑纤维与腈纶混纺产品的定量分析法——二甲基甲酰胺法

将准备好的试样放入三角烧瓶中，每克试样加入150mL二甲基甲酰胺，摇动烧瓶使试样充分润湿，让烧瓶保持90℃～95℃放置1h，若试样中腈纶难以溶解，可以多加50mL二甲基甲酰胺，在此期间用手轻轻摇动5次。用玻璃砂芯坩埚过滤，残留物留在烧瓶中，另加50mL二甲基甲酰胺，保持90℃～95℃放置30min，用手轻轻摇动2次，把残留物过滤到坩埚中，真空抽吸排液，并用水将残留物清洗至坩埚中，真空抽吸排液。用热水加满坩埚清洗残留物两次，每次重力排液后再用真空抽吸排液。最后将坩埚和残留物烘干，冷却，称重。

3.2.7 聚对苯撑苯并二恶唑纤维与氨纶混纺产品的定量分析法

（1）80%硫酸溶液法：将准备好的试样放入三角烧瓶中，每克试样加入100mL溶液，至少搅拌10min，使氨纶溶解。用已知质量的玻璃砂芯坩埚过滤，将残留物用硫酸溶液清洗3次，再用蒸馏水清洗4～5次，用稀氨水中和。每次洗后先用重力排液再真空抽吸排液。最后将坩埚和残留物烘干，冷却，称重。

（2）二甲基甲酰胺法：将准备好的试样放入三角烧瓶中，每克试样加100mL二甲基甲酰胺溶液，在沸腾的水浴上搅拌20min，使氨纶溶解。用已知质量的玻璃砂芯坩埚过滤，将剩余纤维用同温度的二甲基甲酰胺洗涤3次，再用温水洗4～5次，每次洗后必须用真空抽吸排液。最后将坩埚和残留物烘干，冷却，称重。

3.2.8 聚对苯撑苯并二恶唑纤维与醋酯纤维混纺产品的定量分析法

（1）丙酮法：将准备好的试样放入三角烧瓶中，每克试样加80mL丙酮溶液，在机械振荡器中振荡1h，用已知质量的玻璃砂芯坩埚过滤溶液。在含有残留物的烧瓶中加入60mL丙酮溶液，用手摇动后将溶液倒出，并用玻璃砂芯坩埚过滤。重复上述步骤两次，最后将残留物转移到坩埚中，用丙酮溶液清洗残留物，并真空抽吸排液，在坩埚中再次装满丙酮溶液，靠重力排液。最后用真空抽吸排液，将坩埚和残留物烘干，冷却，称重。

（2）冰乙酸法：将准备好的试样放入三角烧瓶中，每克试样加入100mL冰乙酸，在室温下于振荡器中振荡20min。倒出溶液（残留物留在烧瓶中），用已知质量的玻璃砂芯坩埚过滤。用100mL冰乙酸重复上述处理2次，用溶液将残留物转移到坩埚中并清洗残留物，用清水冲洗3次。每次靠重力排液2min再用抽吸排液。最后坩埚和残留物仪器烘干，冷却，称重。

3.2.9 聚对苯撑苯并二恶唑纤维与三醋酯纤维或聚乳酸纤维混纺产品的定量分析法——二氯甲烷法

将准备好的试样放入三角烧瓶中，每克试样加入100mL二氯甲烷，摇动烧瓶将试样充分润湿，放置30min，每隔10min摇动一次。将溶液用坩埚过滤，再加60mL二氯甲烷至三角烧瓶的残留物，用手摇动，并过滤到坩埚中，用少量的二氯甲烷清洗残留物，真空抽吸排液，再用二氯甲烷注满坩埚，重力排液。最后真空抽吸，用热水清洗，将坩埚和残留物烘干，冷却，称重。

采用上述定量测试方法，采用已经定量的PBO纤维和其他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。

从表2中得知，在不同的试验条件下，聚对苯撑苯并二恶唑纤维和其他纤维的混纺测试稳定性良好。在采用75%的硫酸做溶剂和80%硫酸作为溶剂溶解混纺物时，试验结果误差稍大，这是聚对苯撑苯并二恶唑纤维在这两种溶剂中损失较大的缘故，但两位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的定量测试结果表明，采用溶解法可以对聚对苯撑苯并二恶唑纤维与其他纤维交织或混纺产品进行定量分析。

4 结论

通过常规的溶剂在不同条件下对聚对苯撑苯并二恶唑纤维的质量损失进行测试，发现该纤维在聚对苯撑苯并二恶唑（PBO）在50℃的75%硫酸和25℃的80%硫酸溶液中质量损失稍大，而在其他溶剂中纤维的化学性质良好。通过固定配比的聚对苯撑苯并二恶唑纤维和其他纤维混纺样品采用的测试表明，平行试验的稳定性能良好，符合定量分析的要求。采用溶解法可以对聚对苯撑苯并二恶唑纤维与其他纤维交织或混纺产品进行定量分析。

参考文献：

[1]张承双.氧气等离子体改性对PBO纤维表面及PBO/PPESK复合材料界面的影响[D].大连：大连理工大学，2009.

[2]陈明新.PBO纤维表面等离子体改性及PBO/BMI复合材料界面粘结性能的研究[D]. 大连：大连理工大学，2012.

[3]李瑞华，黄玉东，龙军，等.PBO纤维表面空气冷等离子体改性[J].复合材料学报，2003，（3）：102-107.

[4]王斌，金志浩，丘哲明，等.电晕处理对高性能PBO纤维的表面性能及其界面粘接性能的影响[J].复合材料学报，2003，（4）：101-106.

[5]雷晖，冯东东，袁明祥，等.液晶高分子PBO单体和聚合物的合成[J].功能高分子学报，2003，（1）：120-126.

[6]刘丹丹，周雪松，赵耀明，等.PBO纤维的性能及应用[J].合成纤维工业，2005，（5）：43-46.

（作者单位：蔡涛、林登光，福建省纤维检验局；李岩，新疆维吾尔自治区纤维检验局）

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