張振方,孔　楠

(1.西安工程大學 紡織與材料學院，陜西西安 710048 ;2.蘇州科技學院 數(shù)理學院，江蘇蘇州 215011)

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聚苯硫醚纖維的研究現(xiàn)狀與應用

張振方1,孔楠2

(1.西安工程大學 紡織與材料學院，陜西西安 710048 ;2.蘇州科技學院 數(shù)理學院，江蘇蘇州 215011)

摘要：聚苯硫醚纖維作為高性能纖維，近年來的研究逐漸成為熱點。介紹了聚苯硫醚纖維的性能、國內(nèi)外相關研究成果及應用領域，以期對聚苯硫醚纖維的研究提供相關指導。

關鍵詞：聚苯硫醚纖維發(fā)展現(xiàn)狀應用

0引言

聚苯硫醚(Polyphenylene Sulfide)縮寫為PPS，是一種高性能纖維原料，纖維的分子主鏈由苯環(huán)和硫原子組成[1]，由于苯環(huán)的分子結構PPS的剛性較大，較多的硫醚鍵使分子柔順、易結晶、不吸水，較好的通用工程材料和宇航材料，多用于膜、管、絲等部件的制作以及汽車、機械設備、國防等領域，目前而言其主要用作過濾織物[2]，主要涵括燃煤鍋爐袋濾室、化學品、阻燃等領域。隨著國內(nèi)對環(huán)境保護及污染防護的意識形態(tài)的重視，聚苯硫醚纖維將取得較好的發(fā)展機遇。

1PPS纖維的性能

1.1化學穩(wěn)定性

由于PPS的化學結構纖維在相對嚴苛的化學環(huán)境中能夠保持較好的化學穩(wěn)定性。在酸、堿及鹽的化學及高溫環(huán)境下性能衰減極少，在相對低溫環(huán)境下不溶于任何溶劑，而且具有相對較好的耐有機溶劑性能。

1.2耐熱性及阻燃性

根據(jù)燃燒原理，某種物質具有較好的耐熱性，當耐熱性達一定的程度時，便可達到具有一定的阻燃性能。PPS纖維具有較好的耐熱性，熔點為285℃[3]，是目前工業(yè)化生產(chǎn)中熔點最高的熔紡紡紗纖維，其具體耐熱性如下表1示：

表1　PPS纖維耐熱性相關明細

PPS纖維屬于結構型材料，其纖維的極限氧指數(shù)很低，在火焰上能夠燃燒，不滴落，離火自熄，可在不添加阻燃劑的條件下達到UL294V20標準。

2PPS纖維的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

2.1國外發(fā)展現(xiàn)狀

聚苯硫醚的研發(fā)是始于1967年某石油公司以溶液聚合法研究得到的，緊接著實現(xiàn)工業(yè)化，并陸續(xù)投放市場[4]。隨著PPS樹脂的專利失效以及生產(chǎn)工藝難度高，以日本東麗及日本東洋紡為代表的廠商掌握了纖維的基本生產(chǎn)。目前的PPS纖維已形成了上百種的巨大產(chǎn)業(yè)鏈，是前景很好的高新技術產(chǎn)業(yè)。PPS纖維產(chǎn)品主要包括短纖、中空纖維、非織造等纖維與紡織制品，全球PPS纖維的總產(chǎn)量估計在5000t/a～7000t/a。

2.2國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

我國對于PPS纖維的研發(fā)始于20世紀70年代[5]，最早是由四川省紡織工業(yè)研究所合作四川大學等單位聯(lián)合研究，次階段取得的主要科研成果是兩項發(fā)明專利，技術達到了國內(nèi)領先水平；90年代進口的PPS樹脂及聚酯共混紡絲機理和紡絲動力學得到了廣泛而深入的研究，以天津工業(yè)大學為代表單位獲得研究成果較為豐厚，并于1999年通過了成果驗收[6]。2008年某公司成功研發(fā)的聚苯硫醚長絲通過了檢測部門的測定，該項研究成果屬國內(nèi)首創(chuàng)。目前全國PPS纖維的使用量在1300t左右，處在供不應求的階段，預計2020年達到20000t以上時方可基本滿足我國對PPS纖維的需求?；诂F(xiàn)階段國內(nèi)PPS纖維生產(chǎn)面臨的主要問題，初步分析有以下相關原因[7]：

(1)纖維級別的PPS樹脂的技術指標要求不夠深刻。雖然PPS樹脂的研究和生產(chǎn)時間較長，但由于PPS纖維的開發(fā)總是早于纖維級別的樹脂研究，因此原料問題的頑疾一直存在而得不到解決。

(2)纖維級別的PPS結構無法在合成過程中有效得到控制，由于合成前雜質除去不完全，對二氯苯等在合成過程中易于交聯(lián)。因此線型大分子的控制技術需要進一步研究。

(3)對PPS大分子的結構特點的研究認識有局限，分析其原因是由于研究條件有限，紡絲技術和裝備問題得不到解決。

2.3相關研究成果

陳新拓[8]等利用溶膠—凝膠法在常規(guī)聚苯硫醚纖維的表面涂覆了以陶瓷材料為主題的保護層，而結果表明該保護層不僅能提高纖維的抗氧化性，而且能延長其高溫環(huán)境下的使用壽命，在耐酸、堿及高溫環(huán)境性能有了提高，并認為經(jīng)表面涂覆改性后的聚苯硫醚纖維產(chǎn)品可在過濾材料領域發(fā)揮重要作用。趙雪曼[9]等研究了氧氣低溫等離子體處理對聚苯硫醚纖維性能的影響，在不同水平的壓強、功率、時間條件下，處理功率對纖維機械性能影響顯著，處理壓強對纖維摩擦性能和潤濕性能影響較大。田媛媛[10]等研究了光穩(wěn)定劑對聚苯硫醚纖維性能的影響，得到隨著苯并三唑/納米二氧化鈦含量的增加，纖維可紡性變差，當含量1.5%時纖維形貌及可紡性能滿足工業(yè)生產(chǎn)要求。張威[11]等研究了不銹鋼纖維含量和織物組織對聚苯硫醚不銹鋼混紡織物穿著舒適性的影響，結果表明不銹鋼纖維含量對織物的拉伸性能和表面粗糙度有顯著影響。李利君[12]等采用阻燃纖維聚苯硫醚纖維織造新型耐熱阻燃織物，對該織物的綜合性能比進行了檢測，結果表明PPS織物透濕、阻燃、耐熱、機械性能及色牢度優(yōu)良，且能達到消防阻燃防護服標準要求。盛向前[13]等研究了耐熱聚苯硫醚纖維的性能，其通過在PPS中加入納米SiO2制成母粒，應用熔融紡絲技術制備了耐熱SiO2/PPS纖維，結果表明新型纖維的耐熱性提高，強度熱損失率降低，在240℃時的斷裂強度和斷裂伸長率分別提高了50.6%和7.3%，且使用溫度提高了60℃。賀湘兵[14]等研究了酸堿條件下對聚苯硫醚纖維力學性能的影響，結果表明，NaOH和H2SO4對PPS纖維的性能影響較小，而HCl、HNO3對PPS纖維各種性能的影響較大。

3PPS纖維的應用

3.1應用領域

PPS纖維是主要的特種功能過濾材料，目前基本上100%的鍋爐濾袋材料全部采用PPS纖維。而在國內(nèi)正是基于PPS纖維產(chǎn)品良好的過濾功能，被認為是良好的環(huán)保材料，并有逐步取代靜電除塵的趨勢。

3.2燃煤鍋爐

目前全國很多省份和城市有著嚴重的霧霾天氣，這是由于中國在工業(yè)化進程中的工業(yè)發(fā)展帶來的副產(chǎn)物，霧霾中很大的成分則是燃煤燃油產(chǎn)生，因此，燃煤燃油的污染處理受到了廣泛的關注。然而目前國內(nèi)絕大多數(shù)的燃煤發(fā)電廠排出的煙塵無法得到妥善而達標的處理，而PPS除塵袋可將煙塵濃度降低到30mg/m3，可以達到排放要求，因此逐漸變成了煙氣粉塵除塵的最佳選擇。

3.3取暖鍋爐

冬季的北方較為寒冷，取暖鍋爐變得不可缺少，根據(jù)不完全統(tǒng)計[15]，北方地區(qū)的冬季取暖燃煤鍋爐占到目前煤發(fā)電鍋爐的十五分之一，而此類鍋爐的使用基本全部分布在城市中，城市內(nèi)對環(huán)境污染物的凈化吸收能力有限，因此以PPS纖維產(chǎn)品為主要過濾物的過濾袋得到了廣泛的應用。鑒于PPS纖維較高的熔點以及穩(wěn)定性，PPS纖維在保溫、絕緣、過濾材料等方面的前景十分廣闊，相對具體應用前景如下[16]：

(1)以PPS纖維制成針刺非織造布。該項應用是充分利用了PPS纖維的耐熱、耐酸堿及較低的含濕率的特點。正是由于纖維的這些特性，制作的非織造布主要用于熱的化學品過濾。

(2)由于PPS纖維的電絕緣性，制成電絕緣材料。

(3)目前涂層防水織物應用廣泛，而PPS纖維用作宇航和核動力站的涂層、防輻射隱形材料等織物逐漸成為研究熱點。

(4)由于PPS纖維良好的保溫性，東麗纖維研究所開發(fā)了PPS復合絲的保溫衣用材料。

3.4PPS纖維應用前景

歐美等發(fā)達國家及地區(qū)的燃煤行業(yè)對PPS纖維的需求處在5%以上的增長率，應用量及需求量很大，這一趨勢影響到了發(fā)展中國家，而且隨著全球對環(huán)境保護的重視及要求，也加大了PPS纖維的研發(fā)及生產(chǎn)。我國是燃煤大國，由于濾袋是消耗產(chǎn)品，2010年對濾袋的實際需求量很大，并且隨著我國大力推行“節(jié)能減排”政策，袋式除塵器將慢慢取代電除塵。2012年國內(nèi)PPS纖維的市場新增需求量達到了1.7萬噸，因此袋式除塵技術的革新要求對于PPS纖維的需要將會達到另一個新的高度。

3.5對于PPS纖維應用發(fā)展的建議

(1)國家引導對產(chǎn)業(yè)發(fā)展的機遇創(chuàng)造能力不言而喻，因此PPS纖維想要取得長足的發(fā)展需要國家有關部門從政策方面加以引導，并對纖維及其制品的研發(fā)和國產(chǎn)化裝置的建設予以扶持。目前相關合成技術已經(jīng)取得相對成熟的發(fā)展，國家部門應繼續(xù)加大投入PPS纖維的產(chǎn)業(yè)化技術的研發(fā)力量，并重點建設由合成到纖維制造的生產(chǎn)裝置，進而形成完整健全的產(chǎn)業(yè)鏈，將我國這方面的研發(fā)技術空白填補掉，打破國外發(fā)達國家及公司對該項領域及技術的壟斷。若我國技術得到充分的發(fā)展，可以推動該項應用領域的全面發(fā)展和拓展，為我國化纖產(chǎn)業(yè)的發(fā)展做出貢獻。

(2)拉近與國外相關產(chǎn)品和研發(fā)技術的差距，主要是由于國內(nèi)纖維級別的PPS生產(chǎn)工藝不足夠成熟，而且在產(chǎn)品純化處理及工程規(guī)模放大上有著很多的關鍵性工藝技術不能取得突破，突出表現(xiàn)在紡絲技術和產(chǎn)品性能方面，對工藝參數(shù)需要做進一步的優(yōu)化和調整，進而達到降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質量的目的，進而適應國內(nèi)部分產(chǎn)業(yè)整體水平[17]。

(3)加大產(chǎn)品市場核心競爭力是目前需要解決的重要問題，PPS纖維的改性處理，研究最佳的共混組分及配比進而改善PPS纖維的使用性能。研究PPS纖維在無紡氈、復合面料、紡織面料及部分軍工產(chǎn)品中的應用，為PPS纖維的市場拓展提供技術支持，提高市場占有率，逐步形成核心競爭力，并逐漸成長為各應用領域中更加完美的新型高性能纖維品種，滿足日益增長的市場及研發(fā)技術需求。

4結語

隨著人們生活水平的提高和國家政策的引導，加上高科技產(chǎn)業(yè)的需要及興起，纖維產(chǎn)業(yè)的要求越來越高。在強度、模量等差異化方面，如石油化工等特殊產(chǎn)業(yè)，對纖維材料特定性能的要求很高。PPS纖維有著很高的功能特性，因此PPS纖維及其制品在很多領域的發(fā)展前景很好，而且其在耐熱纖維中屬于低價纖維，具有良好的價格優(yōu)勢。

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中圖分類號：TS102

文獻標識碼：A

文章編號：1008-5580(2016)02-0170-04

收稿日期：2016-02-01

第一作者：張振方(1990-)，男，碩士研究生，研究方向：紡織工程。