聚苯硫醚（PPS）纤维发展现状与展望

董余平，秦加明，王飞钻，许丛芳

(江苏瑞泰科技有限公司，江苏 张家港 215600)

聚苯硫醚（PPS）纤维发展现状与展望

董余平，秦加明，王飞钻，许丛芳

(江苏瑞泰科技有限公司，江苏 张家港 215600)

介绍了国内聚苯硫醚纤维生产的发展历程及现状；通过对国内外产品性能对比，指出超细、异形、复合型、改性等产品的开发应用，是高性能聚苯硫醚纤维的发展方向；介绍了几种具有代表性的聚苯硫醚纤维产品。

聚苯硫醚纤维;超细纤维;异形纤维;复合型滤料

聚苯硫醚（PPS）纤维是新型的特种高分子材料，具有优异的耐化学腐蚀性、良好的热稳定性、优越的抗化学腐蚀性和优良的机械性能及电绝缘性能等特点。该纤维主要用于特种功能的过滤材料，如热电厂的高温袋式除尘、垃圾焚烧烟气过滤、水泥厂烟气过滤、电绝缘材料、阻燃材料、复合材料等领域。另外，还可用作干燥机用帆布、缝纫线、各种防护布以及防雾材料，耐辐射材料等。目前在高温过滤领域，PPS纤维已成为燃煤电厂烟道气除尘和城市垃圾焚烧厂尾气过滤及除尘升级的首选滤材。

1 我国聚苯硫醚（PPS）纤维的发展现状

鉴于PPS纤维优异的性能及用途，我国非常重视PPS行业的发展，先后将其列入《中国高新技术产品目录》和《当前国家重点鼓励发展的产业产品和技术目录》，并将其列入“十一五”、“十二五”规划重点扶持项目，属国家战略性新兴产业，符合国家发展战略需求。

我国对PPS纤维的研究起步于20世纪90年代初，在国家科技相关部门及国内众多专业科技研究院所的支持下，国内的PPS纤维生产厂商的技术实力和生产能力不断得到增强，PPS纤维的产品质量与性能迅速获得提升，产品各项技术指标达到了同类产品国际先进水平，同时国产PPS纤维在市场中拥有极强的产品竞争优势和较高的市场份额。

目前，国内PPS纤维产业化已取得迅猛的发展，生产PPS纤维的企业主要分布在江苏、浙江、四川、辽宁等省市和地区。目前国内外各企业PPS短纤维性能对比见表1。

表1 国内外各企业PPS短纤维主要性能

2 聚苯硫醚（PPS）纤维产品的开发

目前国产PPS纤维的品种仍然比较单一，以圆形截面、线密度为2.2～2.7dtex的PPS短纤维居多。为了更好地适应高温滤料高端市场的需求，我国PPS行业下一步的工作重点应是PPS纤维新产品的开发及应用。2011年7月1日，国家工业和信息化部公布了《产业关键共性技术发展指南（2011年）》，在涉及纺织行业的关键共性技术8项中重点提出，大力从PPS树脂及纤维的结构和性能、加工工艺、纤维及制品设计等方面进行深入系统地研究，在高温过滤袋材料生产方面取得阶段性突破。因此，为满足不同的工况条件，加快PPS纤维向超细、异形、改性、复合型等方面的研究开发及应用，是目前国内PPS行业发展的重中之重。

2.1 超细旦纤维的开发

从理论上来说，PPS纤维的线密度越小、纤维直径越细，采用超细纤维制作的滤料孔径也更加细小，大幅度提高滤料的过滤精度，可获得更低的排放值。1）滤毡孔径小于粉尘颗粒，则可把更多的粉尘颗粒阻挡在表面，使之无法穿透，形成表面过滤；2）超细纤维的比表面积比较大，使得超细纤维织物的覆盖性、蓬松性都有明显提高，与灰尘接触的次数更多，提高了滤袋的过滤性能。为此，研发1旦、1.5旦的PPS细旦纤维，选取更细的纤维原料，可以更大限度地保证滤料获得更好的过滤精度。

超细旦纤维是多梯度滤料的超密层中必需的原料。超细旦PPS纤维的开发，可以应用在把传统的单一细度纤维或混合细度纤维制成的针刺毡转变为梯度纤维针刺毡（见图1）。1）过滤方式由“表面+深层”转变为“表层”过滤。通过采用超细层使针刺毡表面形成致密、平滑、光滑的滤面，提高阻挡微细尘粒的能力，同时表面易清灰。2）针刺毡截面结构上采用纤维细度逐层加大的梯度层次结构，流体通道由传统针刺毡的相当等宽绕形通道改变为相当前窄后宽的绕行通道。它由表层超细纤维层、细纤维层、基布、粗纤维层4层构成。采用超细层面提高阻挡微细尘粒的能力，通道前窄后宽滤料内层不易积尘，可保持滤料长期稳定运行而阻力上升变化速度减缓。这种多梯级滤料设计使滤料呈现出了极强的低阻力、高效率的表面过滤特性，可智能性地适应各种不同粒度分布的烟尘，使烟尘在滤料致密表面形成不同密度的复合尘饼。显著的表面过滤技术还使滤袋表面的粉尘负荷均匀性得到智能化提升，极大地改善了滤料的清灰性能，在保证节能的同时，延长了滤袋的使用寿命。

图1 超细纤维及其制成的织物

2.2 异形纤维产品的开发

目前市面上的PPS纤维通常是圆形截面的常规产品。但这种圆形截面的物理性状决定了针刺以后的PPS滤料在清灰、捕尘效果、使用寿命等方面具有一定的局限性。

PPS纤维的截面采用不规则的横断面可使纤维表面积增加，从而提供了更多的微小空隙致使表面过滤的效果明显优于深度过滤。由于纤维采用了不规则的横断面，使粉尘只停留在滤毡表面而不深入滤毡中，因此滤料的逆洗压力较小而使滤饼弹脱效率得以显著改善，因而具有极佳的微细粉粒收集效率且作业压差小。

例如，纤度相同的三叶型纤维截面就可比圆形截面的纤维增加约80%的纤维表面积，用这种纤维制成的过滤材料，在相同定量的前提下，具有更好的蓬松性，因此能大幅度提高过滤效率及空气透过率。

但三叶型PPS纤维本身又具有一定的缺陷，例如断裂强度偏低（同规格的纤维，圆形断裂强度可达4.8～5.1cN/dtex，三叶型的断裂强度仅能维持在3.6～4.2cN/dtex），CV值偏高，叶片易破裂，异形度差等，这些问题尚有待于进一步地研究开发和完善。

图2是国内某企业尝试生产的一些异形PPS纤维产品。

中空PPS纤维

三叶型PPS纤维

图2 异型纤维截面图

2.3 改性PPS纤维产品的开发

PPS纤维的分子链呈刚性，结晶度可以达到75%，韧性较差，在熔融过程中易与空气中的氧气发生热氧化交联反应，致使黏度不稳定。通过改性的方式，可克服PPS纤维的上述缺点，提高PPS纤维的综合性能。目前使用广泛的方法是采用聚酰胺、聚烯烃、聚四氟乙烯等共聚物进行共混纺丝，及在PPS树脂中添加碳酸钙、二氧化硅等无机填充料对PPS进行改性，如将玻璃纤维和弹性体对聚苯硫醚进行增强增韧改性，以及抗氧化聚苯硫醚纤维的制造等。

2.3.1 PPS与氟树脂共混纺丝

PPS树脂与氟树脂相比较，PPS树脂具有较好的成型性，而氟树脂有较好的韧性和耐磨性，将两者按照一定的重量百分比共混纺丝（含氟树脂的重量百分比在0.05%～0.5%），分子间形成的层状结晶结构在受到摩擦力和剪切力时，会剥离成薄片状结晶，从而在纤维表面形成一层薄膜，在纤维和对摩面之间起到润滑作用，改善PPS纤维的耐摩擦和耐疲劳性，从而使纤维摩擦因素及磨耗量明显改善。氟树脂含量与耐摩擦性能指标见图3。

图3 氟树脂含量对PPS耐磨性能的影响

2.3.2 聚酰胺与PPS共混纺丝

PPS与PA具有相似的溶解度，具有较好的热力学相容性，通过加入马来酐接枝聚丙烯作增溶剂进行共混纺丝，马来酐接枝聚丙烯与两相界面发生相互作用，降低了两相组分间界面的张力，高活性反应基团增加了相互间的黏结力，提高了共混体系的相容性，从而使共混体系的强度得到提高，并使体系的耐热性得以保持。

2.3.3 炭黑与PPS共混纺丝

PPS与炭黑共混熔融挤出后，改善了PPS的流动性能，在纺丝加工过程中减少了毛丝和断头率，显示出良好的纺丝性能，同时使纤维获得良好的导电性能。总之，PPS纤维的共混改性在保持优良性能的基础上，克服了它的缺点，改善了其性能。

2.3.4 抗氧化PPS纤维

目前“PPS纤维成形过程中的氧化碳化控制技术”作为课题已列入高新技术纤维行业“十二五”发展规划中。在PPS纤维的生产加工过程中也确实发现PPS会产生部分氧化反应。通过元素分析法，对PPS原料、生产过程中各工序产生的半成品和成品中含氧量进行比对试验，结果表明：PPS纤维成形过程中，随着生产加工的延伸，PPS材料中的含氧量会逐渐增加。PPS纤维原料及生产各工序含氧、氮、碳、氢量的对比见图4。

图4 PPS原料及生产各工序含氧、氮、碳、氢量对比

为进一步分析验证PPS纤维产品容易被氧化的特性，可做PPS纤维高温氧化试验。试验条件：PPS纤维样品在恒温200℃有氧的条件下连续烘燥1500h，每24h取样检测样品的强力保持率。试验结果见图5、图6。

图5 断裂强度随时间的变化

图6 断裂强度保持率随时间的变化

由该试验可以看出，在高温有氧条件下，PPS纤维的力学性能纤维断裂强度及强度保持率随着时间的延长呈下降趋势。

在电厂除尘的工况条件下，电晕放电过程会电离空气中的O2，生成O3，O3的强氧化性对于PPS高分子链的氧化破坏作用非常大，分子链上氧的加入导致纤维强力下降、颜色加深和脆性加大，PPS会因氧化而降解，造成滤袋的整体失效伴随着强力的大幅度衰减。图7为滤袋处理前后的对比图片。

图7 滤袋处理前后SEM对比图片

通过上述分析可知，解决PPS纤维的抗氧化研究具有现实意义，一种抗氧化聚苯硫醚纤维的制造，是以线型高分子量聚苯硫醚树脂为主体材料，加入具备足够抑制和延缓聚苯硫醚树脂氧化和降解作用的改性剂，屏蔽聚苯硫醚分子中的弱键，防止被氧化制得改性聚苯硫醚树脂，将改性的树脂制造成的纤维，在生产过程中可采取氮气保护措施，防止生产过程中的产品氧化，制得的抗氧化纤维产品，可抑制在工况条件下的滤袋氧化失效，从而大大提高了滤袋的使用寿命，降低生产成本，是一种十分理想的PPS改性树脂纤维。

2.4 PPS复合滤料的开发

近年来，在一些煤质变化较大、含硫量较高的工况条件下，不时会出现滤料失效的案例，以及大规模破袋的情况，为应对上述恶劣的烟气工况，国内各研究所推出诸多新的复合型滤料，PPS混纺PTFE滤料、P84滤料等都是按照不同比例的组合，这些产品再经过有效的化学后处理，可提高过滤精度、降低成本、延长寿命、适应不同工况条件的需要，成为过滤材料的又一发展方向。

2.5 PPS中空纤维产品的开发

该产品以聚苯硫醚为原料，用环形喷丝板在柱塞式纺丝机上经熔融纺丝制成中空纤维，经多次拉伸热处理后形成微多孔纤维膜，主要用来截留空气和液体中的全部或部分悬浮颗粒、尘埃、细菌、真菌，在反渗透、透析、超滤、气体分离和医用等方面得到了实际应用，扩大了PPS的使用范围，不仅有理论上的意义，而且对实现其工业化有现实的指导意义。

3 聚苯硫醚纤维级树脂的国产化

目前全球PPS纤维的供应短缺，主要有以下几个原因：1）个别PPS树脂原料制造商进行生产线改造而停产；2）PPS树脂切片分纤维级和注塑级，由于注塑级PPS树脂应用广泛、销量好、卖价高、利润丰厚，使得PPS树脂原料厂家将生产和市场重点转移到注塑级PPS产品上，而放弃了竞争日益激烈、利润空间日益缩小的PPS纤维级树脂产品的生产；3）日本是国外目前PPS纤维及主要原料的产地，由于2011年的地震原因，造成了生产企业停产，从而加剧了PPS纤维树脂供应的全球短缺。近年来国内聚苯硫醚产需现状情况见表2。

表2 近年来国内聚苯硫醚产需现状

国内PPS产业要在这种形势下寻求生存和发展，就必须积极应对挑战，扬长避短。PPS树脂制造商要不断完善工艺技术和创新，形成一定的生产规模。在国家政策的引导、扶持下，加强PPS纤维生产厂商和原料制造商以及终端用户之间的通力合作，实现PPS纤维级原料的国产化，打破外国的技术垄断。

4 结语

加快PPS纤维向超细、异形、改性、复合型等方向发展的步伐，结合国内外PPS纤维的发展动向，开发PPS纤维系列产品的新品种，这是发展我国环保事业的战略举措，对打破国外技术限制和封锁，满足为环保工程提供大量高性能聚苯硫醚纤维滤料有十分重要的现实意义。

Development Status and Prospect of PPS Fibre

DONG Yu-ping, QIN Jia-ming, WANG Fei-zuan, XU Cong-fang
(Jiangsu Ruitai Science and Technology Co., Ltd, Zhangjiagang Jiangsu 215600, China)

The paper presents the development course and status of PPS fibre products in the country; indicates that the development and application of extra-fine fibre, abnormal fibre, composite fibre and modified fibre products show the developing direction of high capability PPS fibre based on the comparison with product capability at home and abroad; introduces some PPS fibre products.

PPS fibre; extra-fine fibre; abnormal fibre; composite filter material

X701.2

A

1006-5377（2011）12-0012-05