聚苯硫醚（PPS）纖維發展現狀與展望

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）纖維發展現狀與展望

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)

介紹了國內聚苯硫醚纖維生產的發展歷程及現狀；通過對國內外產品性能對比，指出超細、異形、復合型、改性等產品的開發應用，是高性能聚苯硫醚纖維的發展方向；介紹了幾種具有代表性的聚苯硫醚纖維產品。

聚苯硫醚纖維;超細纖維;異形纖維;復合型濾料

聚苯硫醚（PPS）纖維是新型的特種高分子材料，具有優異的耐化學腐蝕性、良好的熱穩定性、優越的抗化學腐蝕性和優良的機械性能及電絕緣性能等特點。該纖維主要用于特種功能的過濾材料，如熱電廠的高溫袋式除塵、垃圾焚燒煙氣過濾、水泥廠煙氣過濾、電絕緣材料、阻燃材料、復合材料等領域。另外，還可用作干燥機用帆布、縫紉線、各種防護布以及防霧材料，耐輻射材料等。目前在高溫過濾領域，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濾及除塵升級的首選濾材。

1 我國聚苯硫醚（PPS）纖維的發展現狀

鑒于PPS纖維優異的性能及用途，我國非常重視PPS行業的發展，先后將其列入《中國高新技術產品目錄》和《當前國家重點鼓勵發展的產業產品和技術目錄》，并將其列入“十一五”、“十二五”規劃重點扶持項目，屬國家戰略性新興產業，符合國家發展戰略需求。

我國對PPS纖維的研究起步于20世紀90年代初，在國家科技相關部門及國內眾多專業科技研究院所的支持下，國內的PPS纖維生產廠商的技術實力和生產能力不斷得到增強，PPS纖維的產品質量與性能迅速獲得提升，產品各項技術指標達到了同類產品國際先進水平，同時國產PPS纖維在市場中擁有極強的產品競爭優勢和較高的市場份額。

目前，國內PPS纖維產業化已取得迅猛的發展，生產PPS纖維的企業主要分布在江蘇、浙江、四川、遼寧等省市和地區。目前國內外各企業PPS短纖維性能對比見表1。

表1 國內外各企業PPS短纖維主要性能

2 聚苯硫醚（PPS）纖維產品的開發

目前國產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。為了更好地適應高溫濾料高端市場的需求，我國PPS行業下一步的工作重點應是PPS纖維新產品的開發及應用。2011年7月1日，國家工業和信息化部公布了《產業關鍵共性技術發展指南（2011年）》，在涉及紡織行業的關鍵共性技術8項中重點提出，大力從PPS樹脂及纖維的結構和性能、加工工藝、纖維及制品設計等方面進行深入系統地研究，在高溫過濾袋材料生產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、異形、改性、復合型等方面的研究開發及應用，是目前國內PPS行業發展的重中之重。

2.1 超細旦纖維的開發

從理論上來說，PPS纖維的線密度越小、纖維直徑越細，采用超細纖維制作的濾料孔徑也更加細小，大幅度提高濾料的過濾精度，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，使之無法穿透，形成表面過濾；2）超細纖維的比表面積比較大，使得超細纖維織物的覆蓋性、蓬松性都有明顯提高，與灰塵接觸的次數更多，提高了濾袋的過濾性能。為此，研發1旦、1.5旦的PPS細旦纖維，選取更細的纖維原料，可以更大限度地保證濾料獲得更好的過濾精度。

超細旦纖維是多梯度濾料的超密層中必需的原料。超細旦PPS纖維的開發，可以應用在把傳統的單一細度纖維或混合細度纖維制成的針刺氈轉變為梯度纖維針刺氈（見圖1）。1）過濾方式由“表面+深層”轉變為“表層”過濾。通過采用超細層使針刺氈表面形成致密、平滑、光滑的濾面，提高阻擋微細塵粒的能力，同時表面易清灰。2）針刺氈截面結構上采用纖維細度逐層加大的梯度層次結構，流體通道由傳統針刺氈的相當等寬繞形通道改變為相當前窄后寬的繞行通道。它由表層超細纖維層、細纖維層、基布、粗纖維層4層構成。采用超細層面提高阻擋微細塵粒的能力，通道前窄后寬濾料內層不易積塵，可保持濾料長期穩定運行而阻力上升變化速度減緩。這種多梯級濾料設計使濾料呈現出了極強的低阻力、高效率的表面過濾特性，可智能性地適應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合塵餅。顯著的表面過濾技術還使濾袋表面的粉塵負荷均勻性得到智能化提升，極大地改善了濾料的清灰性能，在保證節能的同時，延長了濾袋的使用壽命。

圖1 超細纖維及其制成的織物

2.2 異形纖維產品的開發

目前市面上的PPS纖維通常是圓形截面的常規產品。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濾的效果明顯優于深度過濾。由于纖維采用了不規則的橫斷面，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粉粒收集效率且作業壓差小。

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濾效率及空氣透過率。

但三葉型PPS纖維本身又具有一定的缺陷，例如斷裂強度偏低（同規格的纖維，圓形斷裂強度可達4.8～5.1cN/dtex，三葉型的斷裂強度僅能維持在3.6～4.2cN/dtex），CV值偏高，葉片易破裂，異形度差等，這些問題尚有待于進一步地研究開發和完善。

圖2是國內某企業嘗試生產的一些異形PPS纖維產品。

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纖維產品的開發

PPS纖維的分子鏈呈剛性，結晶度可以達到75%，韌性較差，在熔融過程中易與空氣中的氧氣發生熱氧化交聯反應，致使黏度不穩定。通過改性的方式，可克服PPS纖維的上述缺點，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行共混紡絲，及在PPS樹脂中添加碳酸鈣、二氧化硅等無機填充料對PPS進行改性，如將玻璃纖維和彈性體對聚苯硫醚進行增強增韌改性，以及抗氧化聚苯硫醚纖維的制造等。

2.3.1 PPS與氟樹脂共混紡絲

PPS樹脂與氟樹脂相比較，PPS樹脂具有較好的成型性，而氟樹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（含氟樹脂的重量百分比在0.05%～0.5%），分子間形成的層狀結晶結構在受到摩擦力和剪切力時，會剝離成薄片狀結晶，從而在纖維表面形成一層薄膜，在纖維和對摩面之間起到潤滑作用，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。氟樹脂含量與耐摩擦性能指標見圖3。

圖3 氟樹脂含量對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，具有較好的熱力學相容性，通過加入馬來酐接枝聚丙烯作增溶劑進行共混紡絲，馬來酐接枝聚丙烯與兩相界面發生相互作用，降低了兩相組分間界面的張力，高活性反應基團增加了相互間的黏結力，提高了共混體系的相容性，從而使共混體系的強度得到提高，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的流動性能，在紡絲加工過程中減少了毛絲和斷頭率，顯示出良好的紡絲性能，同時使纖維獲得良好的導電性能。總之，PPS纖維的共混改性在保持優良性能的基礎上，克服了它的缺點，改善了其性能。

2.3.4 抗氧化PPS纖維

目前“PPS纖維成形過程中的氧化碳化控制技術”作為課題已列入高新技術纖維行業“十二五”發展規劃中。在PPS纖維的生產加工過程中也確實發現PPS會產生部分氧化反應。通過元素分析法，對PPS原料、生產過程中各工序產生的半成品和成品中含氧量進行比對試驗，結果表明：PPS纖維成形過程中，隨著生產加工的延伸，PPS材料中的含氧量會逐漸增加。PPS纖維原料及生產各工序含氧、氮、碳、氫量的對比見圖4。

圖4 PPS原料及生產各工序含氧、氮、碳、氫量對比

為進一步分析驗證PPS纖維產品容易被氧化的特性，可做PPS纖維高溫氧化試驗。試驗條件：PPS纖維樣品在恒溫200℃有氧的條件下連續烘燥1500h，每24h取樣檢測樣品的強力保持率。試驗結果見圖5、圖6。

圖5 斷裂強度隨時間的變化

圖6 斷裂強度保持率隨時間的變化

由該試驗可以看出，在高溫有氧條件下，PPS纖維的力學性能纖維斷裂強度及強度保持率隨著時間的延長呈下降趨勢。

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

圖7 濾袋處理前后SEM對比圖片

通過上述分析可知，解決PPS纖維的抗氧化研究具有現實意義，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脂為主體材料，加入具備足夠抑制和延緩聚苯硫醚樹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脂，將改性的樹脂制造成的纖維，在生產過程中可采取氮氣保護措施，防止生產過程中的產品氧化，制得的抗氧化纖維產品，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，降低生產成本，是一種十分理想的PPS改性樹脂纖維。

2.4 PPS復合濾料的開發

近年來，在一些煤質變化較大、含硫量較高的工況條件下，不時會出現濾料失效的案例，以及大規模破袋的情況，為應對上述惡劣的煙氣工況，國內各研究所推出諸多新的復合型濾料，PPS混紡PTFE濾料、P84濾料等都是按照不同比例的組合，這些產品再經過有效的化學后處理，可提高過濾精度、降低成本、延長壽命、適應不同工況條件的需要，成為過濾材料的又一發展方向。

2.5 PPS中空纖維產品的開發

該產品以聚苯硫醚為原料，用環形噴絲板在柱塞式紡絲機上經熔融紡絲制成中空纖維，經多次拉伸熱處理后形成微多孔纖維膜，主要用來截留空氣和液體中的全部或部分懸浮顆粒、塵埃、細菌、真菌，在反滲透、透析、超濾、氣體分離和醫用等方面得到了實際應用，擴大了PPS的使用范圍，不僅有理論上的意義，而且對實現其工業化有現實的指導意義。

3 聚苯硫醚纖維級樹脂的國產化

目前全球PPS纖維的供應短缺，主要有以下幾個原因：1）個別PPS樹脂原料制造商進行生產線改造而停產；2）PPS樹脂切片分纖維級和注塑級，由于注塑級PPS樹脂應用廣泛、銷量好、賣價高、利潤豐厚，使得PPS樹脂原料廠家將生產和市場重點轉移到注塑級PPS產品上，而放棄了競爭日益激烈、利潤空間日益縮小的PPS纖維級樹脂產品的生產；3）日本是國外目前PPS纖維及主要原料的產地，由于2011年的地震原因，造成了生產企業停產，從而加劇了PPS纖維樹脂供應的全球短缺。近年來國內聚苯硫醚產需現狀情況見表2。

表2 近年來國內聚苯硫醚產需現狀

國內PPS產業要在這種形勢下尋求生存和發展，就必須積極應對挑戰，揚長避短。PPS樹脂制造商要不斷完善工藝技術和創新，形成一定的生產規模。在國家政策的引導、扶持下，加強PPS纖維生產廠商和原料制造商以及終端用戶之間的通力合作，實現PPS纖維級原料的國產化，打破外國的技術壟斷。

4 結語

加快PPS纖維向超細、異形、改性、復合型等方向發展的步伐，結合國內外PPS纖維的發展動向，開發PPS纖維系列產品的新品種，這是發展我國環保事業的戰略舉措，對打破國外技術限制和封鎖，滿足為環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實意義。

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