以功能纤维PAN纤维为包覆材料，以增强材料涤纶（PET）长丝为芯材纺制PAN/PET包芯纱线，充分发挥PAN纤维改性后的催化性能和PET长丝优良的力学性能，然后以此织造成具有疏松结构且尺寸稳定的透孔组织机织物。最后使用盐酸羟胺和FeCl3对此机织物进行偕胺肟改性和配位反应，制备兼具高效催化活性和优良力学性能且尺寸稳定性高的PAN/PET包芯纱机织物。

3.8.2.1　纤维材料的选择

分别选择PAN棉型短纤维和PET长丝作为包覆纤维和增强材料，因为PAN纤维分子含有高反应活性的氰基，有利于进行后续改性反应；而PET长丝力学性能强，化学性质稳定且耐光性较好。两种纤维的力学性能如表3-20所示。

表3-20　PAN纤维和PET长丝的力学性能

3.8.2.2　PAN/PET包芯纱线及其机织物的制备

分别以PAN纤维和PET长丝为包覆纤维和芯材，采用赛络纺包芯纱工艺纺制PAN/PET包芯纱线，然后通过机织工艺将其织造成具有较高强力且结构疏松的透孔组织织物。PAN/PET包芯纱线及其透孔组织织物的主要参数如表3-21所示。

表3-21　PAN/PET包芯纱线及机织物的主要参数

3.8.2.3　PAN/PET包芯纱线及其机织物的偕胺肟改性处理

使用常规湿法对PAN/PET包芯纱线及其机织物进行偕胺肟改性处理时，纱线和织物的收缩现象比较严重，显著影响其使用性能。为此在改性反应中，使用预加张力焙烘法对包芯纱线及其机织物进行处理，即在改性反应中给PAN/PET包芯纱线及其机织物施加特定的预加张力，并在反应后进行了15min的焙烘处理，能够有效地抑制两种纤维材料在反应过程中强力损伤，提升PAN/PET包芯纱线及其机织物的使用性能。

（1）预加张力的选定

在改性处理前分别对PAN/PET包芯纱线预加不同张力，并使其与盐酸羟胺发生反应形成AO-PAN/PET包芯纱线。不同预加张力条件下，试样的CD和断裂强力之间的关系如图3-60所示。AO-PAN/PET包芯纱线的断裂强度随其CD值的增加呈下降趋势。这表明在有张力条件下，偕胺肟改性对包芯纱线的断裂强度仍然有一定的损伤，并且其断裂强度随着预加张力增加而不断地提高，在预加张力为5N时达到最大值。但是当预加张力进一步增大时，其断裂强度下降显著。这说明使用预加张力焙烘法对PAN/PET包芯纱线进行偕胺肟改性时，适当增大预加张力（5N）有利于提高其断裂强度。

图3-60　不同预加张力时AO-PAN/PET包芯纱线的CD与其断裂强度之间的关系

（2）预加张力焙烘法对包芯纱线的CD和收缩率的影响

图3-61　盐酸羟胺浓度与CD的关系

在不同盐酸羟胺浓度（CNH2OH）条件下，分别采用预加张力焙烘法和常规湿法对PAN/PET包芯纱线进行偕胺肟改性处理，得到的AO-PAN/PET包芯纱线的CD与其收缩率（S）与CNH2OH的关系如图3-61和图3-62所示。两种方法制备的AO-PAN/PET包芯纱线的CD值随着盐酸羟胺浓度的增加线性升高，表明提高盐酸羟胺的浓度可以促进PAN/PET包芯纱线的偕胺肟改性反应。使用预加张力焙烘法制备的AO-PAN/PET包芯纱线的CD总是略低于常规湿法的相应值。图3-71显示，常规湿法所制得的AO-PAN/PET包芯纱线的S值随着CD的升高而呈线性增加，其最大值可达到70%，表明增加CD会使常规湿法制备的AO-PAN/PET包芯纱线产生严重的收缩现象。而预加张力焙烘法制备的AO-PAN/PET包芯纱线的S值均小于4%，这意味着，采用预加张力焙烘法能够较好地解决偕胺肟改性过程中纱线严重收缩的问题。(www.daowen.com)

图3-62　包芯纱线的CD与S的关系

（3）预加张力焙烘法对AO-PAN/PET包芯纱线力学性能的影响

从图3-63可知，两种改性方法制备的AO-PAN/PET包芯纱线的断裂强度均随着CD的提高而逐渐降低。值得注意的是，预加张力焙烘法制备的包芯纱线的断裂强度显著高于常规湿法制备的AO-PAN/PET包芯纱线。这说明预加张力焙烘法可很好地保持AO-PAN/PET包芯纱线的断裂强度，为其作为环境净化材料所需要的力学性能提供了保证。

图3-63　不同改性方法对AO-PAN/PET包芯纱线断裂强度的影响

3.8.2.4　AO-PAN/PET包芯纱线与Fe3+的配位反应

首先使用预加张力焙烘法制备CD为37.1%的AO-PAN/PET包芯纱线，然后分别在有张力（3N）和无张力的条件下使其与不同浓度的Fe3+进行配位反应。所制备Fe-AO-PAN/PET包芯纱线的QFe值和收缩率如图3-64和图3-65所示。

图3-64　Fe3+浓度与QFe值的关系

图3-65　收缩率与QFe值的关系

图3-64和图3-65显示，在有和无张力的条件下制备的Fe-AO-PAN/PET包芯纱线的QFe值随着Fe3+初始浓度的增加而逐渐增大。在相同条件下，有张力存在时制备的Fe-AO-PAN/PET包芯纱线的QFe值略低于无张力存在时制备的试样。更重要的是，有张力存在时，制备试样的S值不高于3%，且几乎不随QFe值而变化，更显著低于以无张力存在时制备试样，这说明预加张力能够很好地解决在与Fe3+配位过程中AO-PAN/PET包芯纱线产生的收缩问题，尤其是当QFe值较高时效果更加显著。预加张力对Fe-AO-PAN/PET包芯纱线断裂强度的影响如图3-66所示。

图3-66　预加张力时制备Fe-AO-PAN/PET包芯纱线的断裂强度

图3-66显示，Fe-AO-PAN/PET包芯纱线的断裂强度随着QFe的增大而显著提高，并在QFe值约为130.0mg/g时达到最大值。当QFe继续增加时，其断裂强度不断降低，但是有张力存在时，制备试样的下降幅度较小。更重要的是，有张力存在时制备试样的断裂强度明显高于无张力存在时制备试样，说明有张力存在时，配位反应能够更好地保持纱线的断裂强度。这主要是因为在配位反应过程中，预加张力可能会提高纱线中纤维的伸展度和表面积，使Fe3+在纤维表面的分布更加均匀，减少了纱线断裂强度降低的程度。

3.8.2.5　有张力存在时制备Fe-AO-PAN/PET包芯纱线的光催化性能

将有无张力时制备不同QFe值的Fe-AO-PAN/PET包芯纱线作为非均相Fenton反应光催化剂用于活性红195的氧化降解反应，其假一级反应速率常数（k）见表3-22。与无张力存在时制备试样相比，有张力存在时制备试样作为光催化剂的条件下降解反应的k值更高，并且随着其QFe值的升高而变大，说明预加张力能够提高制备Fe-AO-PAN/PET包芯纱线的光催化活性。

表3-22　不同Fe-AO-PAN/PET包芯纱线存在时染料降解反应的k值