Identification des fibres de polyamide-imide aromatiques

Abstrait
Des fibres de polyamide-imide aromatiques ont été identifiées par combustion, microscopie, dissolution et spectroscopie infrarouge. Elles ont été comparées à des méta-aramides. para-aramide , Les fibres P84, qui présentent des propriétés similaires, sont également concernées. Les fibres de polyamide-imide aromatique émettent une lumière rouge lorsqu'elles brûlent, ont une section transversale circulaire et se dissolvent dans le N,N-diméthylformamide à température ambiante. Leur spectre d'absorption infrarouge présente des fréquences caractéristiques. L'identification précise de ces fibres peut être réalisée en exploitant une ou plusieurs de ces caractéristiques.

0 Introduction

Les fibres de polyamide aromatique peuvent être classées selon leur structure moléculaire en : fibres de polyamide aromatique liées par des groupes amide, généralement représentées par les fibres méta-aramide ( méta-aramide ) et les fibres de para-aramide (para-aramide) ; les fibres de polyimide aromatique liées par des groupes imide, telles que les fibres de polyphénylènetétraméthylimide et fibres de polyimide (P84); et des fibres polyamide-imide composées de groupes amide et imide alternés.

Actuellement, des normes d'identification spécifiques existent pour certaines fibres de polyamide aromatique. L'annexe A de la norme GB/T 41418-2022, « Analyse chimique quantitative des textiles – Mélanges de fibres de méta-aramide et de para-aramide (méthode au chlorure de lithium/N,N-diméthylacétamide) », décrit clairement les méthodes d'identification de ces fibres. L'annexe A de la norme GB/T 36976-2018, « Analyse chimique quantitative des textiles – Mélanges de fibres de polyimide et de certaines autres fibres », répertorie la méthode d'identification du P84. Cependant, il n'existe actuellement aucune méthode d'identification spécifique pour les fibres de polyamide-imide aromatiques.

Cet article utilise la méthode de combustion, la microscopie, la méthode de dissolution et la spectroscopie infrarouge pour analyser qualitativement les fibres de polyamide-imide aromatiques et les compare avec des fibres de méta-aramide, de para-aramide et de P84 structurellement similaires, formant ainsi une méthode d'identification complète pour les fibres de polyamide-imide aromatiques, fournissant une base pour les tests de routine.

1. Section expérimentale

1.1 Réactifs et instruments

Réactifs : Paraffine liquide, acide sulfurique (qualité analytique, 70 %), acide sulfurique concentré (qualité analytique, 95 % à 98 %), acide nitrique concentré (qualité analytique, 65 % à 68 %), hypochlorite de sodium (pureté chimique), hydroxyde de sodium (qualité analytique, 30 %), diméthylsulfoxyde (qualité analytique, ≥ 99,5 %), thiocyanate de potassium (qualité analytique, ≥ 98,5 %), N,N-diméthylformamide (qualité analytique, ≥ 99,5 %), bromure de potassium [pureté spectrale, 99,99 %].

Instruments : analyseur de finesse de fibre E5723 CU-6, spectromètre infrarouge à transformée de Fourier Nicolet Summit Lite, pompe à vide 2XZ-4D, agitateur de bain-marie à température constante, creuset en fritte de verre, fiole Erlenmeyer, extracteur Soxhlet, cylindre gradué, bécher, trancheuse Hastelloy.

1.2 Préparation des échantillons

Des fibres de polyamide-imide aromatique, de méta-aramide, de para-aramide et de P84 (fibres libres) ont été sélectionnées comme objets d'essai. Afin de garantir la précision et la fiabilité des données, quatre échantillons ont été prélevés pour chaque fibre selon une méthode d'échantillonnage multipoints.

1.3 Méthodes d'essai

1.3.1 Méthode de combustion

Conformément aux exigences des normes d'essai applicables, les échantillons ont été observés et les observations consignées comme suit : lorsqu'un échantillon a été approché de la flamme, sa réaction à la chaleur a été observée, en notant s'il y avait rétréci ou fondu ; pendant le contact de l'échantillon avec la flamme, son état de combustion a été enregistré, notamment s'il émettait de la lumière et la couleur de la flamme ; après le retrait de l'échantillon de la flamme, l'état de combustion a été observé en continu ; lorsque la flamme de l'échantillon s'est éteinte, son odeur a été recherchée ; après refroidissement de l'échantillon, l'état du résidu a été consigné, notamment sa couleur et sa forme.

1.3.2 Méthode de microscopie

Conformément aux normes en vigueur, des faisceaux de fibres ont d'abord été prélevés, puis un nombre approprié de segments de fibres a été découpé à l'aide d'un microtome de Hartsch. De la paraffine liquide a été déposée sur une lame de verre afin de répartir uniformément les fibres, préparant ainsi une lame longitudinale. Du collodion a ensuite été appliqué sur le microtome de Hartsch. Après évaporation, des sections de fibres d'une épaisseur de 10 à 30 μm ont été réalisées à l'aide du microtome, préparant ainsi des lames transversales. Enfin, les lames longitudinales et transversales préparées ont été observées au microscope à un grossissement de 500x afin d'observer attentivement les caractéristiques morphologiques des sections transversales des fibres et de consigner les observations.

1.3.3 Méthode de dissolution

Conformément aux normes en vigueur, les échantillons et les réactifs ont été placés dans un rapport de 1:50 et soumis à différentes conditions environnementales pour observation. Un premier groupe a été maintenu à température ambiante (20–30 °C) sous agitation continue pendant 5 minutes ; la dissolution des fibres a été observée et enregistrée avec précision durant cette période. Le second groupe a été porté à ébullition pendant 3 minutes ; la dissolution des fibres a été surveillée et enregistrée immédiatement.

1.3.4 Spectroscopie infrarouge

Conformément aux normes en vigueur, des films échantillons ont été préparés par la méthode des pastilles de bromure de potassium. La spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier a été utilisée pour analyser et enregistrer le spectre infrarouge dans la gamme de nombres d'onde de 4000 à 400 cm⁻¹.

2. Résultats et discussion

2.1 Résultats des essais de combustion

Les résultats des tests de combustion de quatre fibres — fibre de polyamide-imide aromatique, méta-aramide, para-aramide et P84 — sont présentés dans le tableau 1.


Comme le montre le tableau 1, la fibre de polyamide-imide aromatique émet une flamme rouge lors de sa combustion, laissant un résidu noir et dur. Ce comportement est très similaire à celui du para-aramide et du P84, tandis que le méta-aramide ne présente pas de flamme rouge. Grâce à cette caractéristique, la méthode de combustion permet de distinguer efficacement la fibre de polyamide-imide aromatique du méta-aramide.

2.2 Résultats des tests microscopiques

Les descriptions morphologiques transversales et longitudinales des quatre fibres sont présentées dans le tableau 2.


En se référant aux descriptions morphologiques des quatre fibres présentées dans le tableau 2, on constate que la section transversale des fibres de polyamide-imide aromatique est circulaire. Cette caractéristique est similaire à celle des fibres de méta-aramide et de para-aramide, tandis que la section transversale des fibres P84 est trilobée, ce qui diffère significativement de celle des fibres de polyamide-imide aromatique. Du point de vue de la morphologie longitudinale, les fibres de polyamide-imide aromatique présentent la surface lisse caractéristique des fibres chimiques, tandis que les fibres de para-aramide montrent une morphologie segmentée visible dans leur section longitudinale. Par conséquent, l'observation de la morphologie longitudinale permet de distinguer les fibres de polyamide-imide aromatique des fibres de para-aramide.

En résumé, l'observation attentive de la morphologie en coupe transversale et longitudinale des fibres à l'aide d'un microscope permet de distinguer clairement les fibres de polyamide-imide aromatique des fibres de para-aramide et de P84.

2.3 Résultats du test de dissolution

Les propriétés de dissolution des quatre fibres sont présentées dans le tableau 3.


Le tableau 3 présente la solubilité des quatre fibres. Des tests ont été menés à température ambiante et à ébullition avec de l'acide sulfurique à 70 %, de l'acide sulfurique concentré, de l'acide nitrique concentré, de l'hydroxyde de sodium à 30 % et du thiocyanate de potassium à 65 %. La solubilité des fibres de polyamide-imide aromatique, de méta-aramide, de para-aramide et de P84 a montré peu de différences. En présence d'acide sulfurique à 70 %, la fibre P84 s'est partiellement dissoute, contrairement aux trois autres. En présence d'acide sulfurique concentré, les fibres de polyamide-imide aromatique, de méta-aramide et de P84 se sont toutes dissoutes, tandis que seule la fibre de para-aramide s'est partiellement dissoute à température ambiante. En présence d'acide nitrique concentré, la quasi-totalité des quatre fibres sont restées insolubles, seules les fibres de polyamide-imide aromatique et de P84 se dissolvant partiellement à ébullition. Le résultat était similaire avec l'hydroxyde de sodium à 30 % : les fibres de polyamide-imide aromatique, de méta-aramide et de P84 ne se sont dissoutes que partiellement à ébullition. Dans des conditions de thiocyanate de potassium à 65 %, aucune des quatre fibres ne s'est dissoute.

En présence d'hypochlorite de sodium, les quatre fibres sont insolubles à température ambiante. Cependant, après ébullition, la fibre de polyamide-imide aromatique se dissout, tandis que les trois autres restent insolubles. Cette caractéristique de solubilité permet de distinguer la fibre de polyamide-imide aromatique des trois autres. Dans le N,N-diméthylformamide, la différence de solubilité entre les quatre fibres est encore plus marquée. La fibre de polyamide-imide aromatique se dissout à température ambiante, une condition de test facile à réaliser et qui permet de la distinguer aisément des autres fibres. En présence de diméthylsulfoxyde à température ambiante, les quatre fibres sont insolubles. Après ébullition, la fibre de polyamide-imide aromatique et la fibre P84 se dissolvent. Cette propriété de solubilité permet de distinguer la fibre de polyamide-imide aromatique des fibres de méta-aramide et de para-aramide.

Le diméthylsulfoxyde (DMSO) permet de distinguer les fibres de polyamide-imide aromatiques des fibres de méta-aramide et de para-aramide par une méthode de dissolution. Le N,N-diméthylformamide (NDM) et l'hypochlorite de sodium (NSC) permettent quant à eux de distinguer les fibres de polyamide-imide aromatiques des fibres de méta-aramide, de para-aramide et de P84. Le NDM, en particulier, est simple d'utilisation et les conditions expérimentales sont faciles à mettre en œuvre.

2.4 Résultats de la spectroscopie infrarouge

Les principales bandes d'absorption et les fréquences caractéristiques des spectres d'absorption infrarouge des quatre fibres sont présentées dans le tableau 4.


Dans le tableau 4, les pics d'absorption infrarouge des fibres de polyamide-imide aromatiques apparaissent à 3379, 2923, 1704, 1505, 1361, 1081 et 719 cm⁻¹. Cette caractéristique spectrale diffère significativement de celle des fibres de méta-aramide, de para-aramide et de P84. La différence est particulièrement marquée et facilement observable par rapport aux fibres de P84. Ainsi, la spectroscopie infrarouge permet non seulement d'identifier précisément les fibres de polyamide-imide aromatiques, mais aussi de les distinguer aisément des trois autres types de fibres.

3. Conclusions

(1) Combustion et microscopie La méthode de combustion permet de distinguer efficacement les fibres de polyamide-imide aromatiques des fibres de méta-aramide ; la microscopie, quant à elle, permet de distinguer les fibres de polyamide-imide aromatiques des fibres de para-aramide et du P84. La combinaison des méthodes de combustion et de microscopie permet de mieux différencier les fibres de polyamide-imide aromatiques des fibres de méta-aramide, des fibres de para-aramide et du P84.

(2) Méthode de dissolution : L'hypochlorite de sodium et le N,N-diméthylformamide permettent de distinguer les fibres de polyamide-imide aromatiques des fibres de méta-aramide, de para-aramide et du P84 ; le diméthylsulfoxyde permet de distinguer les fibres de polyamide-imide aromatiques des fibres de méta-aramide et de para-aramide. Parmi ces solvants, le N,N-diméthylformamide constitue la méthode la plus simple et la plus pratique pour identifier les fibres de polyamide-imide aromatiques, et présente une grande applicabilité pratique.

(3) Spectroscopie infrarouge : La spectroscopie infrarouge permet de distinguer les fibres de polyamide-imide aromatiques des fibres de méta-aramide, de para-aramide et de P84. L'analyse des positions caractéristiques des pics dans le spectre d'absorption infrarouge permet d'identifier avec précision les fibres de polyamide-imide aromatiques, ce qui en fait une méthode d'identification très efficace.

D’après les résultats expérimentaux présentés ci-dessus, les fibres de polyamide-imide aromatiques peuvent être identifiées grâce à plusieurs caractéristiques importantes : elles émettent une lumière rouge lorsqu’elles brûlent ; leur section transversale est circulaire au microscope ; elles sont solubles dans le N,N-diméthylformamide à température ambiante ; et elles présentent des fréquences caractéristiques spécifiques dans leur spectre d’absorption infrarouge. En pratique, on peut se baser sur l’une de ces caractéristiques ou en combiner plusieurs pour obtenir une identification plus précise et fiable.