不銹鋼纖維物理化學(xué)性能研究范文

本站小編為你精心準(zhǔn)備了不銹鋼纖維物理化學(xué)性能研究參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發(fā)您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

摘要：對不銹鋼纖維（線密度3．60dtex）的相關(guān)物理化學(xué)性能進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不銹鋼纖維縱向表面具有不均勻的溝槽結(jié)構(gòu)，橫截面呈近似圓形，其紅外光譜無吸收峰，重金屬測試結(jié)果顯示其主要重金屬元素成分為鐵（Fe）66．81％、鉻（Cr）18．62％、鎳（Ni）12．32％；經(jīng)測試，其斷裂強(qiáng)力為4．87cN，斷裂強(qiáng)度為1．36cN／dtex，斷裂伸長率為1．0％；通過熱失重分析，其在900℃以下的纖維殘留率達(dá)到98．26％，熱穩(wěn)定性優(yōu)異；不銹鋼纖維的耐化學(xué)試劑性能優(yōu)異，不溶于大部分的酸、堿及有機(jī)溶劑。

關(guān)鍵詞：不銹鋼纖維；表觀形貌；重金屬元素；熱失重；耐化學(xué)試劑性

隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的高度發(fā)展［1］，對于克服電磁感應(yīng)、耐高溫、導(dǎo)電性、耐腐蝕性等方面產(chǎn)生了更高要求［2－5］，而不銹鋼纖維通過多次集束拉拔、退火、熔抽處理制成［6］，不僅具有金屬材料優(yōu)異的機(jī)械性能［7］、耐熱穩(wěn)定性［8］、耐化學(xué)試劑性［9］等優(yōu)點，還兼有天然纖維和合成纖維的可紡性和柔軟性［10］，因此不銹鋼纖維在現(xiàn)代紡織工業(yè)領(lǐng)域及其他工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用愈發(fā)廣泛。目前，通過不銹鋼纖維與其他纖維的混紡，已成功開發(fā)了功能性的紡織材料、功能服裝等，并應(yīng)用于防輻射、高溫過濾、抗菌等領(lǐng)域［11－13］。本研究通過一系列的物理化學(xué)性能測試對不銹鋼纖維的理化性能進(jìn)行了研究，為其在相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域和實際使用提供科學(xué)的數(shù)據(jù)支撐［14］。

1試驗部分

1．1材料與儀器

測試樣品：不銹鋼纖維（線密度3．60dtex，36～45mm短纖）試劑：鹽酸、甲酸、硝酸、氨水、次氯酸鈉、氫氧化鈉、N，N－二甲基甲酰胺、丙酮、二氯甲烷、二硫化碳等，以上均為分析純（AR）（國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）；砷（As）標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液（100μg／mL），鎘（Cd）標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液（100μg／mL），鈷（Co）標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液（1000μg／mL），鉻（Cr）標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液（100μg／mL），銅（Cu）標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液（100μg／mL），鎳（Ni）標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液（100μg／mL），鉛（Pb）標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液（100μg／mL），銻（Sb）標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液（100μg／mL），標(biāo)準(zhǔn)溶液（美國O2Si公司）。儀器：AVI0200型電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（鉑金埃爾默儀器（上海）有限公司），NicoletiS10型傅里葉變換紅外光譜儀（賽默飛世爾科技（中國）有限公司），Instron5965（5kN）型雙臂萬能材料試驗機(jī)（美國英斯特朗公司），TESCANVEGA3XMU型真空掃描電子顯微鏡（捷克TESCAN公司），SAT449F3型熱差分析儀（德國耐馳科學(xué)儀器有限公司）。

1．2不銹鋼纖維的表征與測試方法

1．2．1表觀形貌表征

采用VEGA3XMU型真空掃描電子顯微鏡分別對不銹鋼纖維的縱向及橫截面進(jìn)行觀察。

1．2．2紅外光譜表征

利用NicoletiS10型傅里葉變換紅外光譜儀的衰減全反射法（ATR）附件，在不破壞纖維的情況下直接對樣品進(jìn)行紅外表征。

1．2．3重金屬測定

參照GB／T17593．2－2007《紡織品重金屬的測定第2部分：電磁耦合等離子體原子發(fā)射光譜法》［15］測定不銹鋼纖維中的重金屬元素及其含量。

1．2．4不銹鋼纖維的力學(xué)性能測試

參照GB／T14337－2008《化學(xué)纖維短纖維拉伸性能試驗方法》，使用Instron5965（5KN）型雙臂萬能材料試驗機(jī)對樣品的斷裂強(qiáng)力和斷裂延伸率進(jìn)行測試，單位線密度的預(yù)加張力為0．15cN／dtex。

1．2．5熱穩(wěn)定性的測試

使用SAT449F3型熱差分析儀對不銹鋼纖維進(jìn)行熱穩(wěn)定性分析，測試溫度范圍為25～900℃，氣體氛圍為氮?dú)狻?/p>

1．2．6溶解性能的測試

參照FZ／T01057．4－2007《紡織纖維鑒別試驗方法第4部分溶解法》［18］對樣品在不同溫度和時間下在化學(xué)試劑中的溶解性能進(jìn)行研究。

2結(jié)果與討論

2．1不銹鋼纖維的表觀形貌

使用VEGA3XMU型真空掃描電子顯微鏡，電子束加速電壓選擇20kV，對不銹鋼纖維的縱向及橫截面形態(tài)進(jìn)行SEM掃描電鏡測試。圖1（a）為1000倍條件下的纖維縱向，可以發(fā)現(xiàn)不銹鋼纖維的縱向色澤光亮。繼續(xù)放大倍數(shù)至8000倍（圖1（b）），可以發(fā)現(xiàn)纖維縱向存在明顯的溝槽結(jié)構(gòu)，且溝槽不均勻，表面較為粗糙，進(jìn)一步通過觀察同放大倍數(shù)（8000倍）下該纖維的橫截面直徑，見圖1（c）可以明顯發(fā)現(xiàn)其直徑不勻，呈近似圓形，與圖1（b）縱向形態(tài)相一致，其主要原因在于制備不銹鋼纖維多采用熔抽法，會導(dǎo)致纖維直徑不勻且不連續(xù)。從纖維橫截面中還可以發(fā)現(xiàn)該纖維無包芯復(fù)合結(jié)構(gòu)。

2．2不銹鋼纖維的紅外光譜

將不銹鋼纖維直接放入NicoletiS10型傅里葉變換紅外光譜儀的ATR附件中進(jìn)行紅外光譜測試，結(jié)果如圖2所示。通過圖2發(fā)現(xiàn)，不銹鋼纖維在ATR紅外光譜無明顯的有機(jī)官能團(tuán)特征吸收峰，進(jìn)一步結(jié)合其SEM形貌表征結(jié)果，可以初步判斷該纖維束為100％的不銹鋼纖維。

2．3不銹鋼纖維的重金屬測定

使用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀對該不銹鋼纖維內(nèi)的重金屬元素及其含量進(jìn)行測定，共測定2次，重金屬元素含量取平均值。該不銹鋼纖維中的主要重金屬元素及其含量由大到小分別為：鐵（Fe）66．81％、鉻（Cr）18．62％、鎳（Ni）12．32％、錳（Mn）0．64％、銅（Cu）0．61％、銻（Sb）0．43％、鈷（Co）0．21％、鋁（Al）0．21％、鋅（Zn）0．15％。查閱GB／T20878－2007《不銹鋼和耐熱鋼牌號及化學(xué)成分》發(fā)現(xiàn)，其重金屬元素組成成分符合不銹鋼的定義［19］。

2．4不銹鋼纖維的力學(xué)性能測試

根據(jù)GB／T14337－2008規(guī)定的試驗方法，使用Instron5965（5kN）型雙臂萬能材料試驗機(jī)對不銹鋼纖維的斷裂強(qiáng)力及斷裂延伸率進(jìn)行測試，預(yù)加張力設(shè)定為0．54cN，測得不銹鋼纖維的斷裂強(qiáng)力為4．87cN，斷裂強(qiáng)度為1．35cN／dtex，斷裂伸長率為1．00％，并與幾種常見化學(xué)纖維的斷裂強(qiáng)度及斷裂延伸率進(jìn)行比較。當(dāng)各纖維的線密度同為3．60dtex時，不銹鋼纖維比常用的一些化學(xué)纖維的斷裂強(qiáng)度更低，同時斷裂伸長率更小，說明不銹鋼纖維的彈性較差，纖維的剛性更強(qiáng)。

2．5不銹鋼纖維的熱穩(wěn)定性

通過SAT449F3型熱差分析儀對不銹鋼纖維進(jìn)行熱失重分析測試（TGA），測試溫度范圍為25～900℃，升溫速率為25℃／min。當(dāng)溫度達(dá)到899．6℃時，該纖維的殘留質(zhì)量仍然達(dá)到98．26％，纖維的衰減極小，說明該不銹鋼纖維在900℃以下具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性。

2．6不銹鋼纖維的溶解性能

參照FZ／T01057．4－2007《紡織纖維鑒別試驗方法第4部分溶解法》對不銹鋼纖維在部分溶劑中的溶解性進(jìn)行測試，溶解時間分別為5、10、30min，溶解溫度為室溫（部分化學(xué)試劑溶解溫度為70、95℃），浴比為1∶100，溶解性能結(jié)果見表3。由表3可見，不銹鋼纖維具有很強(qiáng)的耐酸堿腐蝕性，除了在70℃的75％硫酸下溶解30min能部分腐蝕溶解外，無論是在強(qiáng)酸性或堿性條件下，不銹鋼纖維都很難腐蝕溶解。同時可以看到不銹鋼纖維在部分有機(jī)溶劑中也有優(yōu)異的耐化學(xué)試劑性。

3結(jié)論

（1）通過掃描電鏡對不銹鋼纖維的外觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，發(fā)現(xiàn)其縱向為不均勻溝槽結(jié)構(gòu)，橫截面形態(tài)近似圓形。（2）通過ATR紅外光譜及ICP重金屬元素測定發(fā)現(xiàn)，不銹鋼纖維在紅外光譜中無吸收峰，對不銹鋼纖維中的主要成分進(jìn)行標(biāo)定，發(fā)現(xiàn)其主要重金屬元素為鐵（Fe）66．81％、鉻（Cr）18．62％、鎳（Ni）12．32％等。（3）不銹鋼纖維的斷裂強(qiáng)度為1．34cN，斷裂伸長率為1．0％，達(dá)到了一定的紡絲要求。（4）通過TGA熱失重分析發(fā)現(xiàn)不銹鋼纖維在900℃的試驗條件下的衰減極小，纖維的殘留質(zhì)量為98．26％，表現(xiàn)出了優(yōu)異的熱穩(wěn)定性。（5）不銹鋼纖維的耐化學(xué)試劑性很強(qiáng)，在常溫條件下完全不溶于一些常見的酸、堿及有機(jī)溶劑。

參考文獻(xiàn)：

［1］鄭惠文．紡織用金屬纖維市場現(xiàn)狀及前景分析［J］．產(chǎn)業(yè)用紡織品，2017，35（9）：35－38．

［2］楊強(qiáng)．不銹鋼纖維的抗損傷性能研究［D］．青島：青島大學(xué)，2008．

［3］許琳，李維鵬，段亞峰．不銹鋼纖維及其功能性紡織品的研究現(xiàn)狀與展望［J］．毛紡科技，2004，（9）：56－59．

［4］宋紅，王紹斌，王曉梅．不銹鋼金屬纖維的紡紗性能研究［J］．西安工程科技學(xué)院學(xué)報，2003，（4）：291－295．

［5］奚正平，張健，王克光，等．不銹鋼纖維可紡性能研究現(xiàn)狀［J］．稀有金屬材料與工程，2002，（6）：452－455．

［6］王紹斌，王曉梅，段亞峰．含不銹鋼金屬纖維混紡紗的性能分析［J］．四川紡織科技，2002，（2）：36－37.

作者:吳乾 周兆懿 林圣光 胡海蓉 單位:上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗技術(shù)研究院