魏純香，倪冰選

(1.蘇州中紡聯(lián)檢驗技術(shù)服務有限公司, 江蘇 蘇州 215200； 2.中紡協(xié)東莞檢驗技術(shù)服務有限公司，廣東 東莞 523900)

復合纖維是將兩種(或兩種以上)高聚物熔體或溶液分別輸人同一個紡絲組件中，在組件適當部位匯合，通過同一個噴絲孔中噴出而成為一根纖維，稱為復合纖維。復合纖維常用的聚合物材料主要包括聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚酯、聚酰胺等。常見的復合纖維有PE/PP復合纖維、PE/聚酰胺復合纖維、PE/聚酯復合纖維、聚酰胺/聚酯復合纖維、低熔點聚酯/普通聚酯復合纖維等。隨著紡絲技術(shù)的發(fā)展和紡織產(chǎn)品發(fā)展需求，目前越來越多的復合纖維被應用于紡織領(lǐng)域中，包括服裝、醫(yī)用和衛(wèi)生用紡織品、各類揩布、纖維過濾材料、地毯、人造麂皮、保暖絮片、填充物、非織造布、特殊工作服和工業(yè)用紡織品等方面。因此，研究并定性鑒別復合纖維具有重要的意義。

1 復合纖維結(jié)構(gòu)分類

復合纖維一般按照復合結(jié)構(gòu)分類，可分為皮芯型復合纖維、基質(zhì)原纖型復合纖維、并列型復合纖維。目前市場上較為常見的是皮芯型復合纖維和基質(zhì)原纖型復合纖維，同時復合纖維多以兩種聚合物進行復合[1-2]。皮芯型復合纖維按照芯層位置又可分為同心型皮芯結(jié)構(gòu)和偏心皮芯結(jié)構(gòu)兩類。偏心皮芯結(jié)構(gòu)復合纖維由于聚合物間的性能差別，其纖維具有一定的卷曲性能。皮芯型復合纖維的皮層纖維還可以提供可染性、穩(wěn)定性等特性，而芯層纖維可以提供材料的強度等特性，從而獲得性能優(yōu)異的纖維。并列型復合纖維的兩個組分分布呈并列排布，兩個組分可以是完全不同的聚合物，這種復合纖維具有三維空間卷曲性能?；|(zhì)原纖型復合纖維主要用于生產(chǎn)超細纖維和多孔中空纖維?；|(zhì)原纖型復合纖維可以分為海島型、橘瓣型、多層型3種類型。

2 復合纖維相關(guān)標準

有關(guān)復合纖維的相關(guān)標準如表1所示[6-16]。

表1 復合纖維的相關(guān)標準Tab.1 Related standards of composite fiber

在國家標準GB/T 29862—2013《紡織品 纖維含量的標識》[6]中，關(guān)于復合纖維的表述在附錄B(資料性附錄)“其他纖維或材料的標注示例”中，要求采用GB/T 4146.1中規(guī)定的名稱，列出每種組分名稱+復合纖維，組分之間用“/”分開，例如：100% 丙綸/滌綸復合纖維。

在海關(guān)行業(yè)標準HS/T 46—2014《低熔點復合滌綸短纖維的鑒別方法》[7]中，主要用于鑒別低熔點復合滌綸短纖維和一般滌綸短纖維。首先用紅外光譜分析方法鑒別是否為滌綸，然后根據(jù)一般滌綸短纖維和低熔點復合滌綸短纖維橫截面形態(tài)特征和熱性能的不同，對兩種纖維進行鑒別。低熔點復合滌綸短纖維橫截面呈現(xiàn)中心部分暗和周邊部分亮的皮芯形態(tài)特征，其置于180 ℃的溫度下，出現(xiàn)明顯的皮層熔融現(xiàn)象，即周邊部分出現(xiàn)熔融現(xiàn)象，纖維間黏連，一般滌綸短纖維在180℃溫度下不發(fā)生熔融現(xiàn)象。

3 復合纖維鑒別方法

從目前的研究鑒別現(xiàn)狀看，除了常用的燃燒法[17]、顯微鏡觀察法[18]、溶解法[19]等以外，熱分析技術(shù)和光譜技術(shù)對于復合纖維的準確鑒別是非常重要的。

纖維鑒別一般是利用纖維自身特有的物理化學特性，采用不同的分析方法對未知纖維試樣進行分析，通過多種方法相結(jié)合來鑒別未知纖維的類別。目前常用的燃燒法、顯微鏡觀察法、溶解法等一般只能用于普通紡織纖維的鑒別。對于復合纖維而言，一根纖維上具有兩種及以上的化合物，并且復合結(jié)構(gòu)具有多樣性，因此，燃燒法、溶解法等難以有效鑒別復合纖維類別。

熱分析方法能夠有效分析復合纖維中多種聚合物材料的熔融性能，是復合纖維鑒別的有效手段之一。通過熔點法可以測試出復合纖維中多種聚合物的熔點，可以觀察復合纖維在升溫過程中的多次熔融過程，可初步判定是否為復合纖維，以及復合纖維的聚合物組分。對于某些聚合物，如果其熔點比較接近，則熔點法無法有效分析區(qū)分。差示掃描量熱(DSC)法能夠得到復合纖維中各種聚合物材料的熔融曲線，即使復合纖維中聚合物材料熔點相近，但通過熔融曲線也可以對復合纖維進行鑒別，比熔點法更精確，然而DSC儀的費用也更昂貴。熱重分析(TGA)法能夠得到復合纖維中各種聚合物材料的熱分解曲線，不同復合纖維中聚合物材料的分解溫度和熱分解曲線是不同的，也可以精確分析鑒別復合纖維。

紅外光譜法能夠精確獲得不同纖維的紅外光譜圖，將未知纖維試樣的紅外光譜圖與已知的標準紅外光譜圖進行比較，能夠鑒別纖維。但是，紅外光譜法并不能鑒別所有類別的復合纖維，例如皮芯型復合纖維。拉曼光譜法通過獲得未知纖維試樣的散射光譜進行纖維鑒別，也存在紅外光譜法一樣的局限性。

復合纖維的鑒別除了使用燃燒法、顯微鏡觀察法、溶解法，需要同時利用熱分析技術(shù)和光譜分析技術(shù)進行分析，才能準確鑒別復合纖維的結(jié)構(gòu)和類型。

3.1 熱分析方法

熱分析技術(shù)可用于復合纖維的熱性能分析，并且是作為復合纖維鑒別的重要手段和方法，主要包括熔點法、DSC法和TGA法。將DSC法和TGA法等先進熱分析技術(shù)相結(jié)合，對復合纖維進行綜合熱性能分析，能夠更加準確快速的鑒別復合纖維。

(1)熔點法

在紡織行業(yè)標準FZ/T 01057.6—2007[20]《紡織纖維鑒別試驗方法 第6部分：熔點法》中，根據(jù)不同的合成纖維具有不同熔點范圍進行纖維鑒別，該方法使用熔點儀或帶加熱裝置的偏光顯微鏡，常見纖維的熔點如表2所示。

表2 不同纖維的熔點Tab.2 Melting point of different fibers

(2)DSC法

DSC法是一種快速可靠的熱分析技術(shù)，應用領(lǐng)域廣泛，在纖維鑒別領(lǐng)域，其能夠準確得到纖維的DSC曲線和熔點。實驗原理是在程序控溫下，獲得試樣和參比物的功率差與溫度的關(guān)系，DSC曲線以試樣吸熱或放熱的速率為縱坐標，以溫度或時間為橫坐標。在專利CN105181735B《復合纖維的鑒別方法》[21]中關(guān)于復合纖維鑒別方法，其采用的是DSC法，即取不同類型的單組分標準纖維試樣，得到不同類型單組分標準纖維試樣的DSC分析數(shù)據(jù)，建立標準纖維試樣數(shù)據(jù)庫；然后通過測試纖維試樣的DSC分析數(shù)據(jù)，然后與標準纖維試樣數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行對比，該鑒別方法能夠準確鑒別復合纖維的成分。

(3)TGA法

TGA法是指在程序控溫下試樣的質(zhì)量與溫度變化關(guān)系的一種熱分析技術(shù)，常被用來研究各類材料的熱分解性能，也是重要的材料組分的鑒別方法。TGA法可以準確獲取纖維的熱分解曲線和分解溫度，大部分纖維都有特定的分解溫度，因此TGA法是一種重要的復合纖維定性鑒別技術(shù)，同時其還具備對復合纖維組分進行半定量分析。

在標準GB/T 37631—2019《化學纖維 熱分解溫度試驗方法》[22]中，利用在程序溫度控制下測量試樣質(zhì)量隨溫度變化的關(guān)系，得到試樣質(zhì)量與溫度的關(guān)系曲線，即熱重(TG)曲線，進而獲取試樣的分解溫度。

3.2 光譜法

(1)拉曼光譜法

拉曼光譜是一種散射光譜，通過對與入射光頻率不同的散射光譜進行分析。散射光與入射光之間的頻率差為拉曼位移，拉曼光譜主要就是通過拉曼位移來對物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)，可用于對纖維進行定性分析。

在標準SN/T 3236—2012《紡織纖維鑒別試驗方法 拉曼光譜法》[23]中，通過將一束激光照射到試樣上，試樣分子與光子之間產(chǎn)生非彈性碰撞，產(chǎn)生拉曼散射，拉曼光譜儀將拉曼散射的強度與拉曼位移作圖，獲得試樣的拉曼光譜，光譜每一個拉曼位移特征峰包含了試樣分子結(jié)構(gòu)信息。不同物質(zhì)有不同的拉曼光譜圖，將未知纖維與已知纖維的拉曼光譜進行比較來鑒別纖維。

(2)紅外光譜法

紅外光譜法通過利用不同纖維有不同的紅外光譜圖，將試樣的紅外光譜圖與已知的紅外光譜進行比較，從而能夠鑒別纖維。

在紡織行業(yè)標準FZ/T 01057.8—2012《紡織纖維鑒別試驗方法 第8部分：紅外光譜法》[24]中，通過試樣的紅外光譜圖與標準附錄中給出的標準譜圖進行比較，根據(jù)其主要吸收譜帶及特征頻率來判斷纖維種類。

4 鑒別技術(shù)進展

在對兩種復合纖維混紡物的定性鑒別研究方面，除采用顯微鏡法、溶解法和熔點法等傳統(tǒng)檢測技術(shù)，研究人員紛紛引入熱分析技術(shù)和光譜法來成功獲得復合纖維的準確鑒別。

曹月嬋等[25]采用顯微鏡法、溶解法、紅外光譜法和熔點法對低熔點聚酯復合纖維、彈性聚酯復合纖維的各項性能進行測試，并與單組分的聚酯纖維進行比較分析。結(jié)果表明：低熔點聚酯復合纖維為皮芯結(jié)構(gòu)，彈性聚酯復合纖維為并列復合結(jié)構(gòu)；低熔點聚酯復合纖維部分溶于質(zhì)量分數(shù)75%硫酸等試劑中，彈性聚酯復合纖維與單組分的聚酯纖維的溶解性能一致；紅外光譜表明這兩種聚酯復合纖維均為聚酯成分；在熔點測試中可分別測得低熔點聚酯復合纖維和彈性聚酯復合纖維的熔點，綜合這幾種測試方法可快速準確地定性鑒別這兩種聚酯復合纖維。

丁倩等[26]采用光學顯微鏡、熔點法、紅外光譜和顯微拉曼光譜4種實驗方法對皮芯型復合纖維進行實驗，在基于顯微光譜術(shù)對復合纖維定性分析研究的同時，建立部分合成纖維的標準拉曼光譜圖。研究結(jié)果表明顯微拉曼光譜法可快速準確地鑒別復合纖維，同時在定性檢測合成纖維方面的優(yōu)勢明顯，可準確區(qū)分化學結(jié)構(gòu)相近的同類纖維，顯微拉曼光譜法可以彌補傳統(tǒng)定性方法難以定性鑒別復合纖維的缺失。

駱露[27]采用燃燒法、顯微鏡觀察法、溶解法、紅外光譜法及DSC法測試聚酰胺6(PA 6)/ PP復合纖維的各項性能。采用FZ/T 01057—2007系列標準中提供的燃燒法、溶解法可以鑒別出PA 6/PP是一種化學纖維，燃燒性能與PA 6纖維、PP纖維有所不同；顯微鏡法可以鑒別PA 6/PP是皮芯復合結(jié)構(gòu)；紅外光譜法和溶解法綜合運用，可以準確確認復合組分分別為PA 6和PP，皮層為PA 6，芯層為PP；DSC法進一步對結(jié)果進行認證。這幾種方法結(jié)合可以準確實現(xiàn)對PA 6/PP復合纖維的定性鑒別。袁聰慧等[28]也采用了溶解法、燃燒法、顯微鏡法、DSC法和紅外光譜法對PE/PP復合纖維和PE/PA 6復合纖維進行定性鑒別，為快速鑒別PE/PP纖維和PE/PA 6纖維提供了參考。

李小紅等[29]在傳統(tǒng)燃燒法、顯微鏡法、溶解法的基礎(chǔ)上，通過引入紅外光譜分析技術(shù)和熱分析技術(shù)(包括DSC法、熔點法)對同時含有PE/PP復合纖維、PE/聚酯復合纖維的織物進行定性分析，結(jié)果表明，兩種復合纖維均為皮芯結(jié)構(gòu)，其燃燒特征、溶解特征均體現(xiàn)了PE纖維、PP纖維、聚酯纖維這3種纖維的復合特征，紅外光譜及熱分析可觀察到兩種復合纖維的皮層與PE單組分纖維的特征、芯層分別與PP、聚酯單組分纖維的特性基本相同。

孫佳益等[30]采用燃燒法、顯微鏡法、溶解法、紅外光譜法和熔點法對覆聚四氟乙烯(PTFE)膜的PE/PP復合纖維進行了定性鑒別。通過燃燒法確定該復合纖維只含有化學纖維；采用顯微鏡法結(jié)合試樣的橫縱截面可觀察到試樣為同心圓皮芯結(jié)構(gòu)的復合纖維和膠狀物的膜，采用溶解法將復合纖維和膜分離，進一步用紅外光譜法進行分析，鑒別出膜為PTFE膜；用差譜技術(shù)分離PE/PP復合纖維組分紅外譜圖，最終用熔點測試驗證，鑒別出皮層為PE，芯層為PP，確定該復合纖維為PE/PP復合纖維。對于其他覆膜的紡織品也可以用此方法進行綜合分析，即用顯微鏡法觀測試樣形態(tài)，用溶解法將復合纖維和膜分離，進一步用紅外光譜技術(shù)將提取出的復合纖維紅外譜圖與標準圖譜比對，最后采用熔點法驗證。

M.M.TAKEMATSU等[31]通過紅外光譜和其他分析方法分析了由PE、PP和二氧化鈦(TiO2)組成的皮芯雙組分纖維。紅外光譜可以有效表征皮(PE)和芯(PP)聚合物，而且可通過DSC法進行證實；掃描電子顯微鏡和能量色散X射線光譜儀(SEM / EDS)可研究纖維形貌和元素組成；TGA法和比色分析可以表征和量化其中的TiO2濃度。

ZHU R T等[32]研究了紅外光譜和DSC法的顯微方法，采用透射技術(shù)和衰減全反射法對皮芯聚合物纖維的內(nèi)外層成分進行分析，結(jié)果表明，紅外光譜的透射技術(shù)和全反射衰減法是一種快速、準確的鑒定皮芯纖維的方法。

5 結(jié)語

(1)利用復合纖維技術(shù)可以獲得兩種或多種聚合物的優(yōu)異特性，將不同聚合物材料的優(yōu)點結(jié)合在一根纖維中，使得復合纖維能夠表現(xiàn)出多方面的優(yōu)異性能。如復合纖維具有易抗靜電、高吸濕、染色、高強度、卷曲等其中兩種或多種特性。

(2)復合纖維的鑒別除了使用燃燒法、顯微鏡觀察法、溶解法外，還需要同時利用熱分析技術(shù)和光譜分析技術(shù)進行分析，才能準確鑒別復合纖維的結(jié)構(gòu)和類型。

(3對于檢驗檢測機構(gòu)而言，需要不斷加強對復合纖維鑒別技術(shù)的開發(fā)，尤其是利用現(xiàn)代儀器分析結(jié)合傳統(tǒng)分析手段，以達到準確、快速、可靠鑒別復合纖維的目標。