具有不同官能团的样品，其对应的红外光谱（FTIR）特征不同，FTIR是根据被测样品吸收峰的强度、位置和形状来推断该样品的基团和结构，具有快速、试样消耗少、灵敏度高、重复性好等特点，是高分子材料分子结构研究的基本方法和重要手段，也是快速检测样品中一种或几种化学成分质量分数的新技术。

红外光谱技术还可以追踪化学成分的变化、监测各批次产品质量的一致性和稳定性，有效检测出一些高分子材料各种官能团的老化前后和再生前后的变化情况，已有科研人员将红外光谱分析方法运用到涂层失效分析中。此外，也有科研人员通过红外光谱对特定官能团的跟踪分析，掌握了环氧树脂在高温和空气中氧的共同作用下发生老化甚至失效的一系列化学变化。

浸润剂产品是玻璃纤维生产、加工过程中所必需的涂敷物，浸润剂的润滑-保护纤维作用贯穿于拉丝和纤维加工全部过程，浸润剂能够提供玻璃纤维进一步加工和应用所需的特性，可见浸润剂在玻纤生产中占有极其重要的作用，浸润剂质量的好坏以及配方合理与否将直接影响到玻纤纱的质量和品质。目前虽已有针对玻璃纤维用浸润剂的FTIR研究，但相关报道极少，如陈晓燕[等提出了一种玻璃纤维表面浸润剂定性分析方法。然而关于红外光谱技术在测定浸润剂有效性的研究目前尚无相关报道。因此基于浸润剂质量保障的需求，建立一个高效、快速、准确的有效性鉴定方法十分必要。结合红外光谱与朗伯比尔定律对浸润剂中环氧指数进行快速鉴定，并与浸润剂标准谱图进行相关性验证，从而达到有效性快速判断的目的。

目前玻纤纱的生产线是通过测定每批次浸润剂的pH值和固含量来判断浸润剂是否合格，但由于浸润剂在存储放置过程中会缓慢变质，导致有效性会随着有效期逐渐减弱。因此，如果仅仅只通过该pH值和固含量进行检测判断，会导致判定得到的浸润剂及玻纤原纱的有效性的结果并不准确，尤其是当存储不当导致其有效性明显弱于相同时间下保存得当的浸润剂时，会严重影响玻纤纱的质量和品质。而现有技术中缺乏浸润剂的合格鉴定与异常验证的参考标准，使得玻纤纱的产品质量和品质不能满足生产需求。因此，利用FTIR来研究浸润剂及玻纤表面浸润剂的老化有着重要意义，并对玻纤的储存和有效性验证有着指导意义。

1 实验部分

1.1 实验原材料

L型水性环氧乳液浸润剂：5%固含量，南京玻璃纤维研究设计院有限公司；

玻纤粗纱：L型浸润剂涂敷的高强玻纤纱，南京玻璃纤维研究设计院有限公司。

本文选用的为敞开放置0～4月的浸润剂溶液，以及6个不同密封存储时间下（0.5,1,2,2.5,3和4 a）的玻纤粗纱。

1.2 实验设备

索氏提取器：蛇形500mL，华科；

电子天平：XSR104,METTLER TOLEDO;

红外光谱仪：iS20

电子万能试验机：5982,Instron;

低场台式时域核磁共振分析仪：PQ001，苏州纽迈分析仪器股份有限公司。

1.3 红外光谱测试样品制备

浸润剂成品溶液为现有生产的水性环氧乳液浸润剂，固含量在5%左右的稀溶液。玻纤样品为采用该水性环氧型浸润剂在相同的拉丝工艺和相同的络纱工艺下制成的玻璃纤维制品，并密封存储一段时间，分别取20 g不同老化时间下的玻纤样品加入到索氏提取器中，在索氏提取器中加入300 mL的丙酮进行提取获得提取液，进而对提取液进行红外光谱测试，测试波段为4000～400 cm-1。

1.4 浸胶纱拉伸强度测试样品制备

参照GB/T 20310-2006《玻璃纤维无捻粗纱浸胶纱试样的制作和拉伸强度的测定》，在浸胶槽内加入浸胶树脂，启动卷绕系统开始绕纱；卷绕结束后把成型器垂直放入烘箱内固化；冷却固化后取出成型器，去掉最初最末两圈。拉伸量程：拉伸负荷应在所选量程的20%～80%之间；两拉伸夹具间的有效长度应至少在50 mm，并且两夹具应平行放置。

1.5 时域核磁共振分析样品制备

截取一段玻纤样品进行时域核磁共振分析，设置测试参数：序列fid,SF(MHz)=21,o1(Hz)=311230.4,P1(us)=6,SW(KHz)=125,TW(ms)=200,RFD(ms)=0.1,RG1(db)=10,DRG1=3,NS=256,DR=1,PRG=3。

2 结果与讨论

2.1 浸润剂老化红外光谱法测试评价

采用同一浸润剂溶液重复3次进行红外光谱测试，以第1次获得的红外图谱作为标准图谱，将3次检测得到的红外图谱与第1次检测得到的红外图谱的全谱相关系数以及环氧保留率，检测结果如表1所示。

通过表1的检测结果可知，本检测结果一致性达到99%以上，检测结果准确、稳定，表明红外光谱法用于检测浸润剂重复性高。

对标准溶液和待测溶液分别进行红外检测并获得红外图谱。其中，标准溶液为0个月的浸润剂；待测溶液为待测的浸润剂成品的溶液，或者采用溶剂提取得到的玻纤表面浸润剂的溶液。根据红外图谱获取环氧基吸收带位置处（915 cm-1）的吸光度值S1和苯基的吸收带位置处（1608 cm-1）的吸光度值S2，计算标准溶液中S1/S2的比值B标，计算待测溶液中S1/S2的比值B待侧，获取待测溶液的环氧保留率，环氧保留率=B待侧/B标，采用环氧保留率对玻纤涂敷物有效性进行评价。至少取平行3次计算得到的环氧保留率的算术平均值作为结果进行评价，还包括采用相关系数对玻纤涂敷物有效性进行进一步评价，该相关系数的获取过程为：获取特定波数范围内的红外图谱，进而获取待测溶液的图谱与标准溶液的图谱之间的相关系数；其中，待测溶液为玻纤表面浸润剂的溶液时，特定波数范围中包括环氧基的吸收带；待测溶液为浸润剂成品的溶液时，特定波数范围中同时包括环氧基的吸收带和苯基的吸收带。

2.1.1 浸润剂成品评价

首先对0～4个月的浸润剂成品溶液的红外图谱进行比较获得相关系数，相关系数采用红外检测设备自带计算规则直接计算得到。浸润剂成品溶液的特定波数范围选自环氧基的吸收带±70 cm-1的波段内以及苯基的吸收带±60 cm-1的波段内；且其特定波数范围为1650～1550 cm-1和950～850 cm-1。

通过上述图1和表2检测结果得知：随着浸润剂放置时间的递增，915 cm-1处环氧基的特征峰强度逐渐降低，与标准图谱的相关系数随之降低，计算得到的环氧保留率的值也相应降低，这也验证了上述不同放置时间下浸润剂成品与标准图谱相关系数的变化趋势与环氧保留率的趋势的一致性，表明其可以用于评价浸润剂的有效性。

2.1.2 玻纤表面浸润剂评价

再对密封存储时间分别达到0.5,1,2,2.5,3和4 a的玻纤表面浸润剂进行红外光谱检测，特定波数范围选自环氧基的吸收带±70 cm-1的波段内，特定波数范围为930～880 cm-1。以0个月的浸润剂的红外图谱作为标准图谱，并获得各图谱的S1/S2的比值，以标准图谱为参照，进而获得不同密封存储时间的玻纤的环氧保留率以及930～880 cm-1波段范围内的相关系数，检测结果如表3所示。同时，本申请还对相应时间段的玻纤进行拉伸强度的力学性能的检测，检测方法参照GB/T 20310-2006，检测结果如表3所示。

通过上述表3可知：当玻纤放置3 a后，表面浸润剂的红外图谱与标准图谱相关系数低至0.1220，此时环氧保留率为零，表明玻纤表面环氧型浸润剂已完全交联，则判定浸润剂失效。该玻纤的力学性能也与环氧保留率之间存在正相关关系，随着环氧保留率的不断降低，玻纤的力学性能也在不断降低，因此可以通过环氧保留率以及与标准图谱相关系数直观反应玻纤的质量。

由于常规要求玻纤纱线的力学性能需要达到3800 MPa，而当环氧保留率低于21.3%时力学性能就开始不满足所定指标，因此，故预判当所测玻纤样品环氧保留率低于21.3%、其与标准图谱的相关系数低于0.8608时就已失效。因此，可以通过一种评价玻纤涂敷物有效性的方法进一步对玻纤纱线的力学性能进行评价。

2.2 浸润剂老化时域共振分析法测试评价

对密封存储时间分别达到0.5,1,2和2.5 a的玻纤进行时域共振分析法检测，获得不同放置时间下的玻纤表面浸润剂交联情况，测试结果如表4所示。

综上，放置2.5 a的玻纤衰减最快，其交联密度最大，放置0.5 a的玻纤衰减最慢，其交联密度最小。该结果与上述红外光谱所得数据相吻合，也验证了红外光谱在玻纤老化研究中的科学可靠性。

3 结论

借助FTIR进行浸润剂的光谱测试，操作便捷快速、成本低，能够定量测试浸润剂的环氧保留率，通过环氧保留率快速且准确评价浸润剂的有效性，从而可以加强生产过程或贮存过程中浸润剂溶液有效性的监测。并且，多次检测结果的匹配度均高于99%，检测结果稳定，进一步证明本方法的评价结果的准确性。由于检测结果的稳定性，以及检测结果与放置时间的正相关的关系，因此，能够更加精确地进行玻纤纱产品质量控制，提高了成品玻纤纱的稳定性能，从而从本质上实现对产品质量进行科学的高可靠性控制。

对于环氧类浸润剂而言，玻纤表面浸润剂的环氧保留率与玻纤之间的力学性能也呈正相关的关系，采用该评价玻纤涂敷物有效性的方法，也可用于评价玻纤的力学性能，改变了传统鉴别长期贮存后的玻纤纱线产品性能合格性的判断方法（即制浸胶纱后对力学性能检测的方式），进而在无需进行浸胶纱的力学性能测试时，也能达到预判评价玻纤涂敷物的力学性能的目的。