聚苯硫醚纤维的研究现状与应用

张振方,孔　楠

(1.西安工程大学 纺织与材料学院，陕西西安 710048 ;2.苏州科技学院 数理学院，江苏苏州 215011)



聚苯硫醚纤维的研究现状与应用

张振方1,孔楠2

(1.西安工程大学 纺织与材料学院，陕西西安 710048 ;2.苏州科技学院 数理学院，江苏苏州 215011)

摘要：聚苯硫醚纤维作为高性能纤维，近年来的研究逐渐成为热点。介绍了聚苯硫醚纤维的性能、国内外相关研究成果及应用领域，以期对聚苯硫醚纤维的研究提供相关指导。

关键词：聚苯硫醚纤维发展现状应用

0引言

聚苯硫醚(Polyphenylene Sulfide)缩写为PPS，是一种高性能纤维原料，纤维的分子主链由苯环和硫原子组成[1]，由于苯环的分子结构PPS的刚性较大，较多的硫醚键使分子柔顺、易结晶、不吸水，较好的通用工程材料和宇航材料，多用于膜、管、丝等部件的制作以及汽车、机械设备、国防等领域，目前而言其主要用作过滤织物[2]，主要涵括燃煤锅炉袋滤室、化学品、阻燃等领域。随着国内对环境保护及污染防护的意识形态的重视，聚苯硫醚纤维将取得较好的发展机遇。

1PPS纤维的性能

1.1化学稳定性

由于PPS的化学结构纤维在相对严苛的化学环境中能够保持较好的化学稳定性。在酸、碱及盐的化学及高温环境下性能衰减极少，在相对低温环境下不溶于任何溶剂，而且具有相对较好的耐有机溶剂性能。

1.2耐热性及阻燃性

根据燃烧原理，某种物质具有较好的耐热性，当耐热性达一定的程度时，便可达到具有一定的阻燃性能。PPS纤维具有较好的耐热性，熔点为285℃[3]，是目前工业化生产中熔点最高的熔纺纺纱纤维，其具体耐热性如下表1示：

表1　PPS纤维耐热性相关明细

PPS纤维属于结构型材料，其纤维的极限氧指数很低，在火焰上能够燃烧，不滴落，离火自熄，可在不添加阻燃剂的条件下达到UL294V20标准。

2PPS纤维的国内外发展现状

2.1国外发展现状

聚苯硫醚的研发是始于1967年某石油公司以溶液聚合法研究得到的，紧接着实现工业化，并陆续投放市场[4]。随着PPS树脂的专利失效以及生产工艺难度高，以日本东丽及日本东洋纺为代表的厂商掌握了纤维的基本生产。目前的PPS纤维已形成了上百种的巨大产业链，是前景很好的高新技术产业。PPS纤维产品主要包括短纤、中空纤维、非织造等纤维与纺织制品，全球PPS纤维的总产量估计在5000t/a～7000t/a。

2.2国内发展现状

我国对于PPS纤维的研发始于20世纪70年代[5]，最早是由四川省纺织工业研究所合作四川大学等单位联合研究，次阶段取得的主要科研成果是两项发明专利，技术达到了国内领先水平；90年代进口的PPS树脂及聚酯共混纺丝机理和纺丝动力学得到了广泛而深入的研究，以天津工业大学为代表单位获得研究成果较为丰厚，并于1999年通过了成果验收[6]。2008年某公司成功研发的聚苯硫醚长丝通过了检测部门的测定，该项研究成果属国内首创。目前全国PPS纤维的使用量在1300t左右，处在供不应求的阶段，预计2020年达到20000t以上时方可基本满足我国对PPS纤维的需求。基于现阶段国内PPS纤维生产面临的主要问题，初步分析有以下相关原因[7]：

(1)纤维级别的PPS树脂的技术指标要求不够深刻。虽然PPS树脂的研究和生产时间较长，但由于PPS纤维的开发总是早于纤维级别的树脂研究，因此原料问题的顽疾一直存在而得不到解决。

(2)纤维级别的PPS结构无法在合成过程中有效得到控制，由于合成前杂质除去不完全，对二氯苯等在合成过程中易于交联。因此线型大分子的控制技术需要进一步研究。

(3)对PPS大分子的结构特点的研究认识有局限，分析其原因是由于研究条件有限，纺丝技术和装备问题得不到解决。

2.3相关研究成果

陈新拓[8]等利用溶胶—凝胶法在常规聚苯硫醚纤维的表面涂覆了以陶瓷材料为主题的保护层，而结果表明该保护层不仅能提高纤维的抗氧化性，而且能延长其高温环境下的使用寿命，在耐酸、碱及高温环境性能有了提高，并认为经表面涂覆改性后的聚苯硫醚纤维产品可在过滤材料领域发挥重要作用。赵雪曼[9]等研究了氧气低温等离子体处理对聚苯硫醚纤维性能的影响，在不同水平的压强、功率、时间条件下，处理功率对纤维机械性能影响显著，处理压强对纤维摩擦性能和润湿性能影响较大。田媛媛[10]等研究了光稳定剂对聚苯硫醚纤维性能的影响，得到随着苯并三唑/纳米二氧化钛含量的增加，纤维可纺性变差，当含量1.5%时纤维形貌及可纺性能满足工业生产要求。张威[11]等研究了不锈钢纤维含量和织物组织对聚苯硫醚不锈钢混纺织物穿着舒适性的影响，结果表明不锈钢纤维含量对织物的拉伸性能和表面粗糙度有显著影响。李利君[12]等采用阻燃纤维聚苯硫醚纤维织造新型耐热阻燃织物，对该织物的综合性能比进行了检测，结果表明PPS织物透湿、阻燃、耐热、机械性能及色牢度优良，且能达到消防阻燃防护服标准要求。盛向前[13]等研究了耐热聚苯硫醚纤维的性能，其通过在PPS中加入纳米SiO2制成母粒，应用熔融纺丝技术制备了耐热SiO2/PPS纤维，结果表明新型纤维的耐热性提高，强度热损失率降低，在240℃时的断裂强度和断裂伸长率分别提高了50.6%和7.3%，且使用温度提高了60℃。贺湘兵[14]等研究了酸碱条件下对聚苯硫醚纤维力学性能的影响，结果表明，NaOH和H2SO4对PPS纤维的性能影响较小，而HCl、HNO3对PPS纤维各种性能的影响较大。

3PPS纤维的应用

3.1应用领域

PPS纤维是主要的特种功能过滤材料，目前基本上100%的锅炉滤袋材料全部采用PPS纤维。而在国内正是基于PPS纤维产品良好的过滤功能，被认为是良好的环保材料，并有逐步取代静电除尘的趋势。

3.2燃煤锅炉

目前全国很多省份和城市有着严重的雾霾天气，这是由于中国在工业化进程中的工业发展带来的副产物，雾霾中很大的成分则是燃煤燃油产生，因此，燃煤燃油的污染处理受到了广泛的关注。然而目前国内绝大多数的燃煤发电厂排出的烟尘无法得到妥善而达标的处理，而PPS除尘袋可将烟尘浓度降低到30mg/m3，可以达到排放要求，因此逐渐变成了烟气粉尘除尘的最佳选择。

3.3取暖锅炉

冬季的北方较为寒冷，取暖锅炉变得不可缺少，根据不完全统计[15]，北方地区的冬季取暖燃煤锅炉占到目前煤发电锅炉的十五分之一，而此类锅炉的使用基本全部分布在城市中，城市内对环境污染物的净化吸收能力有限，因此以PPS纤维产品为主要过滤物的过滤袋得到了广泛的应用。鉴于PPS纤维较高的熔点以及稳定性，PPS纤维在保温、绝缘、过滤材料等方面的前景十分广阔，相对具体应用前景如下[16]：

(1)以PPS纤维制成针刺非织造布。该项应用是充分利用了PPS纤维的耐热、耐酸碱及较低的含湿率的特点。正是由于纤维的这些特性，制作的非织造布主要用于热的化学品过滤。

(2)由于PPS纤维的电绝缘性，制成电绝缘材料。

(3)目前涂层防水织物应用广泛，而PPS纤维用作宇航和核动力站的涂层、防辐射隐形材料等织物逐渐成为研究热点。

(4)由于PPS纤维良好的保温性，东丽纤维研究所开发了PPS复合丝的保温衣用材料。

3.4PPS纤维应用前景

欧美等发达国家及地区的燃煤行业对PPS纤维的需求处在5%以上的增长率，应用量及需求量很大，这一趋势影响到了发展中国家，而且随着全球对环境保护的重视及要求，也加大了PPS纤维的研发及生产。我国是燃煤大国，由于滤袋是消耗产品，2010年对滤袋的实际需求量很大，并且随着我国大力推行“节能减排”政策，袋式除尘器将慢慢取代电除尘。2012年国内PPS纤维的市场新增需求量达到了1.7万吨，因此袋式除尘技术的革新要求对于PPS纤维的需要将会达到另一个新的高度。

3.5对于PPS纤维应用发展的建议

(1)国家引导对产业发展的机遇创造能力不言而喻，因此PPS纤维想要取得长足的发展需要国家有关部门从政策方面加以引导，并对纤维及其制品的研发和国产化装置的建设予以扶持。目前相关合成技术已经取得相对成熟的发展，国家部门应继续加大投入PPS纤维的产业化技术的研发力量，并重点建设由合成到纤维制造的生产装置，进而形成完整健全的产业链，将我国这方面的研发技术空白填补掉，打破国外发达国家及公司对该项领域及技术的垄断。若我国技术得到充分的发展，可以推动该项应用领域的全面发展和拓展，为我国化纤产业的发展做出贡献。

(2)拉近与国外相关产品和研发技术的差距，主要是由于国内纤维级别的PPS生产工艺不足够成熟，而且在产品纯化处理及工程规模放大上有着很多的关键性工艺技术不能取得突破，突出表现在纺丝技术和产品性能方面，对工艺参数需要做进一步的优化和调整，进而达到降低生产成本、提高产品质量的目的，进而适应国内部分产业整体水平[17]。

(3)加大产品市场核心竞争力是目前需要解决的重要问题，PPS纤维的改性处理，研究最佳的共混组分及配比进而改善PPS纤维的使用性能。研究PPS纤维在无纺毡、复合面料、纺织面料及部分军工产品中的应用，为PPS纤维的市场拓展提供技术支持，提高市场占有率，逐步形成核心竞争力，并逐渐成长为各应用领域中更加完美的新型高性能纤维品种，满足日益增长的市场及研发技术需求。

4结语

随着人们生活水平的提高和国家政策的引导，加上高科技产业的需要及兴起，纤维产业的要求越来越高。在强度、模量等差异化方面，如石油化工等特殊产业，对纤维材料特定性能的要求很高。PPS纤维有着很高的功能特性，因此PPS纤维及其制品在很多领域的发展前景很好，而且其在耐热纤维中属于低价纤维，具有良好的价格优势。

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中图分类号：TS102

文献标识码：A

文章编号：1008-5580(2016)02-0170-04

收稿日期：2016-02-01

第一作者：张振方(1990-)，男，硕士研究生，研究方向：纺织工程。