聚苯硫醚（PPS）纖維發(fā)展現(xiàn)狀與展望

董余平，秦加明，王飛鉆，許叢芳

(江蘇瑞泰科技有限公司，江蘇 張家港 215600)

聚苯硫醚（PPS）纖維發(fā)展現(xiàn)狀與展望

董余平，秦加明，王飛鉆，許叢芳

(江蘇瑞泰科技有限公司，江蘇 張家港 215600)

介紹了國(guó)內(nèi)聚苯硫醚纖維生產(chǎn)的發(fā)展歷程及現(xiàn)狀；通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品性能對(duì)比，指出超細(xì)、異形、復(fù)合型、改性等產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)應(yīng)用，是高性能聚苯硫醚纖維的發(fā)展方向；介紹了幾種具有代表性的聚苯硫醚纖維產(chǎn)品。

聚苯硫醚纖維;超細(xì)纖維;異形纖維;復(fù)合型濾料

聚苯硫醚（PPS）纖維是新型的特種高分子材料，具有優(yōu)異的耐化學(xué)腐蝕性、良好的熱穩(wěn)定性、優(yōu)越的抗化學(xué)腐蝕性和優(yōu)良的機(jī)械性能及電絕緣性能等特點(diǎn)。該纖維主要用于特種功能的過(guò)濾材料，如熱電廠的高溫袋式除塵、垃圾焚燒煙氣過(guò)濾、水泥廠煙氣過(guò)濾、電絕緣材料、阻燃材料、復(fù)合材料等領(lǐng)域。另外，還可用作干燥機(jī)用帆布、縫紉線、各種防護(hù)布以及防霧材料，耐輻射材料等。目前在高溫過(guò)濾領(lǐng)域，PPS纖維已成為燃煤電廠煙道氣除塵和城市垃圾焚燒廠尾氣過(guò)濾及除塵升級(jí)的首選濾材。

1 我國(guó)聚苯硫醚（PPS）纖維的發(fā)展現(xiàn)狀

鑒于PPS纖維優(yōu)異的性能及用途，我國(guó)非常重視PPS行業(yè)的發(fā)展，先后將其列入《中國(guó)高新技術(shù)產(chǎn)品目錄》和《當(dāng)前國(guó)家重點(diǎn)鼓勵(lì)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品和技術(shù)目錄》，并將其列入“十一五”、“十二五”規(guī)劃重點(diǎn)扶持項(xiàng)目，屬國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，符合國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略需求。

我國(guó)對(duì)PPS纖維的研究起步于20世紀(jì)90年代初，在國(guó)家科技相關(guān)部門及國(guó)內(nèi)眾多專業(yè)科技研究院所的支持下，國(guó)內(nèi)的PPS纖維生產(chǎn)廠商的技術(shù)實(shí)力和生產(chǎn)能力不斷得到增強(qiáng)，PPS纖維的產(chǎn)品質(zhì)量與性能迅速獲得提升，產(chǎn)品各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到了同類產(chǎn)品國(guó)際先進(jìn)水平，同時(shí)國(guó)產(chǎn)PPS纖維在市場(chǎng)中擁有極強(qiáng)的產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)和較高的市場(chǎng)份額。

目前，國(guó)內(nèi)PPS纖維產(chǎn)業(yè)化已取得迅猛的發(fā)展，生產(chǎn)PPS纖維的企業(yè)主要分布在江蘇、浙江、四川、遼寧等省市和地區(qū)。目前國(guó)內(nèi)外各企業(yè)PPS短纖維性能對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 國(guó)內(nèi)外各企業(yè)PPS短纖維主要性能

2 聚苯硫醚（PPS）纖維產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)

目前國(guó)產(chǎn)PPS纖維的品種仍然比較單一，以圓形截面、線密度為2.2～2.7dtex的PPS短纖維居多。為了更好地適應(yīng)高溫濾料高端市場(chǎng)的需求，我國(guó)PPS行業(yè)下一步的工作重點(diǎn)應(yīng)是PPS纖維新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用。2011年7月1日，國(guó)家工業(yè)和信息化部公布了《產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵共性技術(shù)發(fā)展指南（2011年）》，在涉及紡織行業(yè)的關(guān)鍵共性技術(shù)8項(xiàng)中重點(diǎn)提出，大力從PPS樹(shù)脂及纖維的結(jié)構(gòu)和性能、加工工藝、纖維及制品設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行深入系統(tǒng)地研究，在高溫過(guò)濾袋材料生產(chǎn)方面取得階段性突破。因此，為滿足不同的工況條件，加快PPS纖維向超細(xì)、異形、改性、復(fù)合型等方面的研究開(kāi)發(fā)及應(yīng)用，是目前國(guó)內(nèi)PPS行業(yè)發(fā)展的重中之重。

2.1 超細(xì)旦纖維的開(kāi)發(fā)

從理論上來(lái)說(shuō)，PPS纖維的線密度越小、纖維直徑越細(xì)，采用超細(xì)纖維制作的濾料孔徑也更加細(xì)小，大幅度提高濾料的過(guò)濾精度，可獲得更低的排放值。1）濾氈孔徑小于粉塵顆粒，則可把更多的粉塵顆粒阻擋在表面，使之無(wú)法穿透，形成表面過(guò)濾；2）超細(xì)纖維的比表面積比較大，使得超細(xì)纖維織物的覆蓋性、蓬松性都有明顯提高，與灰塵接觸的次數(shù)更多，提高了濾袋的過(guò)濾性能。為此，研發(fā)1旦、1.5旦的PPS細(xì)旦纖維，選取更細(xì)的纖維原料，可以更大限度地保證濾料獲得更好的過(guò)濾精度。

超細(xì)旦纖維是多梯度濾料的超密層中必需的原料。超細(xì)旦PPS纖維的開(kāi)發(fā)，可以應(yīng)用在把傳統(tǒng)的單一細(xì)度纖維或混合細(xì)度纖維制成的針刺氈轉(zhuǎn)變?yōu)樘荻壤w維針刺氈（見(jiàn)圖1）。1）過(guò)濾方式由“表面+深層”轉(zhuǎn)變?yōu)椤氨韺印边^(guò)濾。通過(guò)采用超細(xì)層使針刺氈表面形成致密、平滑、光滑的濾面，提高阻擋微細(xì)塵粒的能力，同時(shí)表面易清灰。2）針刺氈截面結(jié)構(gòu)上采用纖維細(xì)度逐層加大的梯度層次結(jié)構(gòu)，流體通道由傳統(tǒng)針刺氈的相當(dāng)?shù)葘捓@形通道改變?yōu)橄喈?dāng)前窄后寬的繞行通道。它由表層超細(xì)纖維層、細(xì)纖維層、基布、粗纖維層4層構(gòu)成。采用超細(xì)層面提高阻擋微細(xì)塵粒的能力，通道前窄后寬濾料內(nèi)層不易積塵，可保持濾料長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行而阻力上升變化速度減緩。這種多梯級(jí)濾料設(shè)計(jì)使濾料呈現(xiàn)出了極強(qiáng)的低阻力、高效率的表面過(guò)濾特性，可智能性地適應(yīng)各種不同粒度分布的煙塵，使煙塵在濾料致密表面形成不同密度的復(fù)合塵餅。顯著的表面過(guò)濾技術(shù)還使濾袋表面的粉塵負(fù)荷均勻性得到智能化提升，極大地改善了濾料的清灰性能，在保證節(jié)能的同時(shí)，延長(zhǎng)了濾袋的使用壽命。

圖1 超細(xì)纖維及其制成的織物

2.2 異形纖維產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)

目前市面上的PPS纖維通常是圓形截面的常規(guī)產(chǎn)品。但這種圓形截面的物理性狀決定了針刺以后的PPS濾料在清灰、捕塵效果、使用壽命等方面具有一定的局限性。

PPS纖維的截面采用不規(guī)則的橫斷面可使纖維表面積增加，從而提供了更多的微小空隙致使表面過(guò)濾的效果明顯優(yōu)于深度過(guò)濾。由于纖維采用了不規(guī)則的橫斷面，使粉塵只停留在濾氈表面而不深入濾氈中，因此濾料的逆洗壓力較小而使濾餅彈脫效率得以顯著改善，因而具有極佳的微細(xì)粉粒收集效率且作業(yè)壓差小。

例如，纖度相同的三葉型纖維截面就可比圓形截面的纖維增加約80%的纖維表面積，用這種纖維制成的過(guò)濾材料，在相同定量的前提下，具有更好的蓬松性，因此能大幅度提高過(guò)濾效率及空氣透過(guò)率。

但三葉型PPS纖維本身又具有一定的缺陷，例如斷裂強(qiáng)度偏低（同規(guī)格的纖維，圓形斷裂強(qiáng)度可達(dá)4.8～5.1cN/dtex，三葉型的斷裂強(qiáng)度僅能維持在3.6～4.2cN/dtex），CV值偏高，葉片易破裂，異形度差等，這些問(wèn)題尚有待于進(jìn)一步地研究開(kāi)發(fā)和完善。

圖2是國(guó)內(nèi)某企業(yè)嘗試生產(chǎn)的一些異形PPS纖維產(chǎn)品。

中空PPS纖維

三葉型PPS纖維

圖2 異型纖維截面圖

2.3 改性PPS纖維產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)

PPS纖維的分子鏈呈剛性，結(jié)晶度可以達(dá)到75%，韌性較差，在熔融過(guò)程中易與空氣中的氧氣發(fā)生熱氧化交聯(lián)反應(yīng)，致使黏度不穩(wěn)定。通過(guò)改性的方式，可克服PPS纖維的上述缺點(diǎn)，提高PPS纖維的綜合性能。目前使用廣泛的方法是采用聚酰胺、聚烯烴、聚四氟乙烯等共聚物進(jìn)行共混紡絲，及在PPS樹(shù)脂中添加碳酸鈣、二氧化硅等無(wú)機(jī)填充料對(duì)PPS進(jìn)行改性，如將玻璃纖維和彈性體對(duì)聚苯硫醚進(jìn)行增強(qiáng)增韌改性，以及抗氧化聚苯硫醚纖維的制造等。

2.3.1 PPS與氟樹(shù)脂共混紡絲

PPS樹(shù)脂與氟樹(shù)脂相比較，PPS樹(shù)脂具有較好的成型性，而氟樹(shù)脂有較好的韌性和耐磨性，將兩者按照一定的重量百分比共混紡絲（含氟樹(shù)脂的重量百分比在0.05%～0.5%），分子間形成的層狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)在受到摩擦力和剪切力時(shí)，會(huì)剝離成薄片狀結(jié)晶，從而在纖維表面形成一層薄膜，在纖維和對(duì)摩面之間起到潤(rùn)滑作用，改善PPS纖維的耐摩擦和耐疲勞性，從而使纖維摩擦因素及磨耗量明顯改善。氟樹(shù)脂含量與耐摩擦性能指標(biāo)見(jiàn)圖3。

圖3 氟樹(shù)脂含量對(duì)PPS耐磨性能的影響

2.3.2 聚酰胺與PPS共混紡絲

PPS與PA具有相似的溶解度，具有較好的熱力學(xué)相容性，通過(guò)加入馬來(lái)酐接枝聚丙烯作增溶劑進(jìn)行共混紡絲，馬來(lái)酐接枝聚丙烯與兩相界面發(fā)生相互作用，降低了兩相組分間界面的張力，高活性反應(yīng)基團(tuán)增加了相互間的黏結(jié)力，提高了共混體系的相容性，從而使共混體系的強(qiáng)度得到提高，并使體系的耐熱性得以保持。

2.3.3 炭黑與PPS共混紡絲

PPS與炭黑共混熔融擠出后，改善了PPS的流動(dòng)性能，在紡絲加工過(guò)程中減少了毛絲和斷頭率，顯示出良好的紡絲性能，同時(shí)使纖維獲得良好的導(dǎo)電性能?？傊?，PPS纖維的共混改性在保持優(yōu)良性能的基礎(chǔ)上，克服了它的缺點(diǎn)，改善了其性能。

2.3.4 抗氧化PPS纖維

目前“PPS纖維成形過(guò)程中的氧化碳化控制技術(shù)”作為課題已列入高新技術(shù)纖維行業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃中。在PPS纖維的生產(chǎn)加工過(guò)程中也確實(shí)發(fā)現(xiàn)PPS會(huì)產(chǎn)生部分氧化反應(yīng)。通過(guò)元素分析法，對(duì)PPS原料、生產(chǎn)過(guò)程中各工序產(chǎn)生的半成品和成品中含氧量進(jìn)行比對(duì)試驗(yàn)，結(jié)果表明：PPS纖維成形過(guò)程中，隨著生產(chǎn)加工的延伸，PPS材料中的含氧量會(huì)逐漸增加。PPS纖維原料及生產(chǎn)各工序含氧、氮、碳、氫量的對(duì)比見(jiàn)圖4。

圖4 PPS原料及生產(chǎn)各工序含氧、氮、碳、氫量對(duì)比

為進(jìn)一步分析驗(yàn)證PPS纖維產(chǎn)品容易被氧化的特性，可做PPS纖維高溫氧化試驗(yàn)。試驗(yàn)條件：PPS纖維樣品在恒溫200℃有氧的條件下連續(xù)烘燥1500h，每24h取樣檢測(cè)樣品的強(qiáng)力保持率。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖5、圖6。

圖5 斷裂強(qiáng)度隨時(shí)間的變化

圖6 斷裂強(qiáng)度保持率隨時(shí)間的變化

由該試驗(yàn)可以看出，在高溫有氧條件下，PPS纖維的力學(xué)性能纖維斷裂強(qiáng)度及強(qiáng)度保持率隨著時(shí)間的延長(zhǎng)呈下降趨勢(shì)。

在電廠除塵的工況條件下，電暈放電過(guò)程會(huì)電離空氣中的O2，生成O3，O3的強(qiáng)氧化性對(duì)于PPS高分子鏈的氧化破壞作用非常大，分子鏈上氧的加入導(dǎo)致纖維強(qiáng)力下降、顏色加深和脆性加大，PPS會(huì)因氧化而降解，造成濾袋的整體失效伴隨著強(qiáng)力的大幅度衰減。圖7為濾袋處理前后的對(duì)比圖片。

圖7 濾袋處理前后SEM對(duì)比圖片

通過(guò)上述分析可知，解決PPS纖維的抗氧化研究具有現(xiàn)實(shí)意義，一種抗氧化聚苯硫醚纖維的制造，是以線型高分子量聚苯硫醚樹(shù)脂為主體材料，加入具備足夠抑制和延緩聚苯硫醚樹(shù)脂氧化和降解作用的改性劑，屏蔽聚苯硫醚分子中的弱鍵，防止被氧化制得改性聚苯硫醚樹(shù)脂，將改性的樹(shù)脂制造成的纖維，在生產(chǎn)過(guò)程中可采取氮?dú)獗Ｗo(hù)措施，防止生產(chǎn)過(guò)程中的產(chǎn)品氧化，制得的抗氧化纖維產(chǎn)品，可抑制在工況條件下的濾袋氧化失效，從而大大提高了濾袋的使用壽命，降低生產(chǎn)成本，是一種十分理想的PPS改性樹(shù)脂纖維。

2.4 PPS復(fù)合濾料的開(kāi)發(fā)

近年來(lái)，在一些煤質(zhì)變化較大、含硫量較高的工況條件下，不時(shí)會(huì)出現(xiàn)濾料失效的案例，以及大規(guī)模破袋的情況，為應(yīng)對(duì)上述惡劣的煙氣工況，國(guó)內(nèi)各研究所推出諸多新的復(fù)合型濾料，PPS混紡PTFE濾料、P84濾料等都是按照不同比例的組合，這些產(chǎn)品再經(jīng)過(guò)有效的化學(xué)后處理，可提高過(guò)濾精度、降低成本、延長(zhǎng)壽命、適應(yīng)不同工況條件的需要，成為過(guò)濾材料的又一發(fā)展方向。

2.5 PPS中空纖維產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)

該產(chǎn)品以聚苯硫醚為原料，用環(huán)形噴絲板在柱塞式紡絲機(jī)上經(jīng)熔融紡絲制成中空纖維，經(jīng)多次拉伸熱處理后形成微多孔纖維膜，主要用來(lái)截留空氣和液體中的全部或部分懸浮顆粒、塵埃、細(xì)菌、真菌，在反滲透、透析、超濾、氣體分離和醫(yī)用等方面得到了實(shí)際應(yīng)用，擴(kuò)大了PPS的使用范圍，不僅有理論上的意義，而且對(duì)實(shí)現(xiàn)其工業(yè)化有現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)意義。

3 聚苯硫醚纖維級(jí)樹(shù)脂的國(guó)產(chǎn)化

目前全球PPS纖維的供應(yīng)短缺，主要有以下幾個(gè)原因：1）個(gè)別PPS樹(shù)脂原料制造商進(jìn)行生產(chǎn)線改造而停產(chǎn)；2）PPS樹(shù)脂切片分纖維級(jí)和注塑級(jí)，由于注塑級(jí)PPS樹(shù)脂應(yīng)用廣泛、銷量好、賣價(jià)高、利潤(rùn)豐厚，使得PPS樹(shù)脂原料廠家將生產(chǎn)和市場(chǎng)重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到注塑級(jí)PPS產(chǎn)品上，而放棄了競(jìng)爭(zhēng)日益激烈、利潤(rùn)空間日益縮小的PPS纖維級(jí)樹(shù)脂產(chǎn)品的生產(chǎn)；3）日本是國(guó)外目前PPS纖維及主要原料的產(chǎn)地，由于2011年的地震原因，造成了生產(chǎn)企業(yè)停產(chǎn)，從而加劇了PPS纖維樹(shù)脂供應(yīng)的全球短缺。近年來(lái)國(guó)內(nèi)聚苯硫醚產(chǎn)需現(xiàn)狀情況見(jiàn)表2。

表2 近年來(lái)國(guó)內(nèi)聚苯硫醚產(chǎn)需現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)PPS產(chǎn)業(yè)要在這種形勢(shì)下尋求生存和發(fā)展，就必須積極應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)，揚(yáng)長(zhǎng)避短。PPS樹(shù)脂制造商要不斷完善工藝技術(shù)和創(chuàng)新，形成一定的生產(chǎn)規(guī)模。在國(guó)家政策的引導(dǎo)、扶持下，加強(qiáng)PPS纖維生產(chǎn)廠商和原料制造商以及終端用戶之間的通力合作，實(shí)現(xiàn)PPS纖維級(jí)原料的國(guó)產(chǎn)化，打破外國(guó)的技術(shù)壟斷。

4 結(jié)語(yǔ)

加快PPS纖維向超細(xì)、異形、改性、復(fù)合型等方向發(fā)展的步伐，結(jié)合國(guó)內(nèi)外PPS纖維的發(fā)展動(dòng)向，開(kāi)發(fā)PPS纖維系列產(chǎn)品的新品種，這是發(fā)展我國(guó)環(huán)保事業(yè)的戰(zhàn)略舉措，對(duì)打破國(guó)外技術(shù)限制和封鎖，滿足為環(huán)保工程提供大量高性能聚苯硫醚纖維濾料有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

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