聚苯硫醚纤维的性能综述

文/申霄晓

随着社会的进步，特殊工作环境下衣着的安全性和舒适性受到越来越多的重视，特殊的工作环境包括具有有毒化学药品、高温高寒、战斗环境、腐蚀性液体环境等。这些环境中普通纤维衣物难以保障工作人员的健康和安全。因此在这些特殊环境下工作人员必须穿着防护服，以此来减少人身伤害和火灾造成的财产损失，把损失降至最低。而聚苯硫醚纤维作为一种新型的高性能纤维，由于其耐化学品腐蚀性能优异、热稳定性优良、自身阻燃性可达阻燃一级、无熔滴现象及优异的物理机械性能，非常适合制作特种防护服。为了更好地了解聚苯硫醚纤维，本文对其的结构和性能做了详细的概括综述。

1 聚苯硫醚纤维的结构

聚苯硫醚纤维是一种主链上苯与硫交替连接的半结晶性高聚物，图1为聚苯硫醚的结构单元：

图1 聚苯硫醚结构单元

由上图可以看出聚苯硫醚主链是由苯环和硫原子组成，结构中无亲水性官能团，这就导致聚苯硫醚纤维大分子链刚性较强、回潮率较低等特性。

2 聚苯硫醚纤维的物理性能

2.1 力学性能

聚苯硫醚纤维由于其大分子结构和聚集态结构的规整性，赋予其较好的力学性能，通常聚苯硫醚纤维的断裂伸长率大于等于20%，其断裂强度可达到4.0cN/dtex，在204℃下经历2h后其收缩率为5%[1]，具有较好的加工性能。

2.2 尺寸稳定性

由于聚苯硫醚结构大分子刚性和柔性链并存且规整，致使聚苯硫醚制品在潮湿和腐蚀性气体环境中仍然具有优良的尺寸稳定性。成型收缩率及线性膨胀系数较小，成型收缩率为0.15%~0.3%，最低可达0.01%[2]。

2.3 电绝缘性能

聚苯硫醚纤维的介电常数一般高于5.1，介电强度（击穿电压强度）高达1.7kV/mm，介电损耗相当低，而且在大频率范围内变化不大，其电导率一般在10-18S/cm～10-15S/cm[3]，在高真空（1.33×10-3Pa）条件下，电导率甚至可低于10-20S/cm，因而聚苯硫醚在高温、高湿、高频环境下仍能保持良好的电绝缘性能。

3 聚苯硫醚纤维的化学性能

3.1 耐化学品性

聚苯硫醚纤维具有优异的耐化学品腐蚀性能，其耐腐蚀性仅仅低于聚四氟乙烯（PTFE）。对于酮、乙醚、酸、碱、氧化漂白剂等化学品的侵蚀有较强的抵抗性。此外，在200℃下聚苯硫醚纤维不溶于任何化学溶剂，只有强氧化剂（如铬酸、浓硫酸和浓硝酸）才能使纤维部分发生溶解。在较高的温度下，放在不同的无机试剂中一周后，纤维的拉伸强度基本保持不变。在水泥厂、火力发电厂等酸性和高温的环境下，聚苯硫醚纤维织物可以长期使用[4]。因此，聚苯硫醚纤维织物可以长期在恶劣环境中使用。

表1 聚苯硫醚纤维在不同试剂中的强度保持率[5]

3.2 自身阻燃性能

聚苯硫醚分子结构中含有大量的阻燃元素（硫），因此，聚苯硫醚纤维无需添加任何阻燃材料便具有很好的阻燃性能，它的极限氧指数大于38%，达到了UL-94V-0级标准，这是安全燃烧系数的最高级别，因而聚苯硫醚制品很难燃烧。聚苯硫醚纤维自燃的温度最高可达590℃[6]，通常如果把它放置在火焰上时会发生燃烧，但一旦从火焰上拿开，燃烧便会马上停止，而且燃烧时具有黄橙色火焰，表现出较低的烟密度和延燃性，其发烟率低于卤化聚合物。同时生成少量的黑色烟灰，其燃烧物不易脱落，在其制品上形成残留焦炭，由于没有熔滴现象，而不会灼伤人体皮肤。

4 聚苯硫醚纤维的热性能

聚苯硫醚纤维的玻璃化转变温度在90℃左右，熔点在285℃左右，在氩气中分解温度为500℃左右，高于目前任何一种工业化生产的熔纺纤维，能在较高的温度下（如180℃左右）保持优良的强度、刚性及耐疲劳性，耐热性能良好。在氮气及空气（400℃）中聚苯硫醚纤维基本无重量损失；聚苯硫醚的失重在温度为500℃以上的空气中才开始加剧，当其质量为其起始质量的60 %时，质量又呈稳定态势，直至温度达到1000℃时质量又逐渐下降。但是在1000℃的惰性气体中[7]，仍能保持其原有重量的40%。聚苯硫醚纤维耐热性能和长期使用的性能远远超过尼龙、聚酯纤维、芳纶1313等其他化学纤维。

5 聚苯硫醚纤维的耐辐射性能

聚苯硫醚对紫外线和60Co射线稳定，尤其是聚苯硫醚经过热和化学交联之后可耐107Gy（109rad）剂量的辐射。

6 结论与建议

聚苯硫醚纤维用于防护服具有强度高、耐化学品腐蚀、阻燃性好、耐热性好、防紫外线和防辐射等优异特性，然而聚苯硫醚纤维的回潮率低，穿着舒适性差，限制了其在服装上的开发和应用，因此有必要对其做进一步的研究与开发，对聚苯硫醚纤维进行吸湿性改性处理，制作出更具服适性能的聚苯硫醚纤维服装，以此来更好地保护特殊环境下工作人员的人身安全。

参考文献：

[1]梁志梅,谭赤兵,钱毅勤.易降解聚酯的合成及性能研究[J].高分子学报,1999(3):346-350.

[2]张浩,马海燕等. 聚苯硫醚纤维的热分析及热处理研究[J].合成纤维，2007，4:25-28.

[3]罗良清，黄汉雄等.拉伸下PET的取向诱导结晶[J].塑料工业，2004,32（4）：1-3.

[4]NAMBOORI CGG, HAITHMS. Steric effects in the basichydrolysis of poly(ethylene terephthalate)[J]. J ApplPolym Sci, 1968(12):1987-1999.

[5]刘振海,富山立子,陈学思.聚合物的量热测定[M].化学工业出版社,2001(2):176-182.

[6]董纪震等.合成纤维生产工艺学(上)[M]. 北京:纺织工业出版社, 1981: 180.

[7]廖正福,许东颖,陈用烈.离聚体在聚合物共混中的特殊作用[J].塑料，2002(1):49-52.