聚苯硫醚針刺材料的加工及其性能

謝檸蔚+仇何+張廣宇+張旭+張瑜

摘要：聚苯硫醚（PPS）纖維制具有極佳的阻燃性、耐高溫性和較好的熱穩定性，耐腐蝕性僅次于聚四氟乙烯（PTFE）纖維。本文將PPS纖維通過梳理成網、針刺、后整理等工藝制成非織造材料，并對PPS高溫濾料的過濾性能、耐酸性以及后整理工藝對產品性能的影響進行了分析。實驗表明：PPS纖維具有一定的耐酸性，經過后整理的PPS針刺材料其過濾性能明顯提高。

關鍵詞：聚苯硫醚纖維；非織造布；針刺；過濾材料；耐酸性

中圖分類號：TS176.3 文獻標志碼：A

The Manufacturing and Properties of Needle-punched PPS Materials

Abstract： Polyphenylene sulfide （PPS） fiber has excellent fire-retardant and heat-resistant properties， good thermal stability and a corrosion resistance only second to polytetrafluoroethylene （PTFE） fiber. In this paper， PPS fiber was manufactured into nonwoven fabric through carding， web-forming， needle-punching and finishing process， and the filtering performance and acid resistance of the PPS filtering material and the effect of finishing process on product properties were analyzed. Experiments show that PPS fiber has certain acid resistance， and after finishing， the filtering performance of the needle-punched PPS material can be significantly improved.

Key words： PPS fiber； nonwoven fabric； needle-punching； filtering material； acid resistance

聚苯硫醚（PPS）因具有優良機械性能而被用作結構性高分子材料，通過填充、改性后廣泛用作特種工程塑料。本文以PPS纖維為原料，采用梳理成網、針刺工藝開發制備高溫針刺材料，研究了該材料耐高溫及后整理后的性能，通過對PPS纖維材料的改性能將其應用到土工布上。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

1.1.1 原料準備

實驗采用的原料是南通新綠葉非織造布有限公司提供的PPS短纖維（表 1），線密度為 2 ～ 2.7 dtex，長度為51 ～90 mm。

1.1.2 實驗儀器（表 2）

1.2 制備方案與工藝（圖 1）

2 性能測試與分析

2.1 透氣性分析

不同克重的PPS針刺氈過濾材料的透氣率情況如圖 2所示。

從圖 2 可以看出，2號試樣的透氣率最佳，越厚的織物透氣量越小，透氣率越低。隨著克重在一定范圍內增加，試樣的透氣率不斷增加，當試樣的克重和厚度均增加時，對氣流的阻礙作用越大，透氣率越來越小。

實驗所制備的試樣并不是透氣性越好，對粉塵的過濾效果就越好。要想制備的PPS針刺過濾材料能達到比較好的過濾效果，試樣的透氣率需適中。

2.2 過濾性能分析

實驗測試了原試樣、高溫后試樣、PTFE乳液浸漬后試樣的過濾性能。原試樣的過濾效率與過濾阻力的測試結果如圖 3、圖 4 所示。

從圖 3 可以看出，隨著氣溶膠微粒尺寸的增大，1、2、3號 3 種原試樣的過濾效率都是先緩慢增加，在微粒尺寸為0.60 ～ 0.75 μm、0.75 ～ 1.00 μm時迅速減小，之后則快速提高。

從圖 4 可以看出，1、2、3號 3 種原試樣的過濾阻力呈直線遞增的趨勢，濾阻與試樣克重成正比。結合圖 3 可以看出，相較而言，當微粒尺寸較小時（<0.75 μm），2號樣的濾效最好，微粒尺寸增加時，2號樣的濾效反而降低了。

由圖 5 可以看出，高溫后試樣的過濾效率基本上是逐漸增大的，而3號試樣的高溫試樣幾乎能夠100%過濾掉氣溶膠微粒，濾效達到最佳。

由圖 6 可以得出，高溫后試樣的過濾阻力仍呈遞增態勢，并與克重成正比。

2.3 耐高溫性分析

通過電鏡圖可以看出，PPS針刺材料在高溫后纖維的表觀無明顯凹槽，內部結構并無明顯變化（圖 7、圖 8）。因此，PPS纖維具有耐高溫性，PPS針刺材料也是耐高溫的。

2.4 耐酸性分析

耐酸性是從PPS纖維浸酸前后的斷裂強力（表 3）、PPS針刺材料浸酸前后斷裂強力和重量等方面進行對比，從而分析PPS纖維的耐酸性。

從表 3 可以看出，酸處理前后PPS纖維的斷裂強力變化不大，斷裂伸長有些減小，酸處理后PPS纖維的斷裂強力保持在90%以上。這是由于PPS分子中存在苯環，其分子結構很穩定，因此PPS纖維是耐酸的。

從圖 7、圖 9 可以看出，經過硝酸處理后的試樣中纖維排列分布沒有太大變化，纖維的結構也沒有明顯變化，只是圖中每根纖維都顯得偏飽和，可能是吸收了硝酸溶液的緣故。

本文對PPS針刺過濾材料的耐酸性進行了初步研究，有助于提高PPS針刺過濾材料的性能，豐富PPS針刺過濾材料的種類，開拓PPS針刺過濾材料的市場，并對研究其他針刺過濾材料的耐酸性有一定的借鑒作用。但是高溫尾氣中含有的多種酸性成分會對PPS纖維形成腐蝕，不同種類的酸進行混合后對纖維的腐蝕作用往往變大，因此需要研究混合酸對PPS針刺過濾材料的腐蝕影響。

3 后整理工藝及分析

3.1 后整理工藝

在室溫22 ℃、濕度60%下，將不同克重的PPS針刺材料標記好后放入真空壓縮袋，倒入PTFE乳液進行真空浸漬，手動軋壓，以便試樣表面更加平整；浸漬后的試樣放入鼓風干燥箱進行常溫聚合，然后測試一份浸漬后試樣的過濾性能，另一份放入電熱恒溫鼓風干燥箱中，在160 ℃下進行 2 h的恒溫干燥；最后，測試浸漬乳液的試樣、浸漬乳液高溫干燥后試樣的過濾效率和過濾阻力，并觀察其表面形態結構。

3.2 后整理分析

圖10所示為經乳液浸漬后試樣的結構，纖維上纏結了大量的乳液塊，且分布不均勻；而圖11中高溫處理后的產品，其纖維上均勻分布著乳液，表觀形態較良好，表明PTFE乳液浸漬氈經高溫處理后能更好地進行高溫聚合以及定形。

從表 4、表 5 得出，經后整理的試樣過濾效率明顯比未經后整理的試樣要好（對同等大小的微粒尺寸，微粒尺寸<2.00 μm），尤其是在氣溶膠微粒尺寸為2.00 ～ 3.00 μm、3.00 ～ 4.50 μm時其過濾效率達到100%，過濾阻力也是均勻穩定地增加。經過后整理的試樣濾效和濾阻均有效提高，且經過高溫干燥的試樣比未經高溫的試樣過濾效果要好。

4 結語

經過本文的研究，可以利用實驗得出的結論來生產制備性能更加優化的PPS針刺材料，環保、土工布相關產業和企業可以最大效益化地生產并投入使用。

（1）試樣的透氣率隨著克重增加先上升后減小，克重在500 g/m2左右的織物透氣率最佳。織物越厚透氣率越低。

（2）PPS針刺材料在高溫后纖維的宏觀表面并無明顯變化，可以得出PPS纖維是耐高溫的，因此，所制得的針刺材料也是耐高溫的。

（3）隨著氣溶膠微粒尺寸增大，過濾效率都是先緩慢增加，在微粒尺寸較小時濾效較小，微粒尺寸較大時過濾效果逐漸變好。原試樣濾阻直線遞增。高溫后試樣的濾效基本上逐漸增大，而600 g/m2的高溫試樣幾乎能夠100%過濾掉氣溶膠微粒，濾效達到最佳。

（4）PTFE乳液浸漬氈經過高溫后能更好地高溫聚合以及定形；經過后整理的PPS針刺過濾材料過濾性能更加優化，氣溶膠微粒尺寸在2.00 ～ 3.00 μm、3.00 ～ 4.50 μm之間時其過慮效率可達到100%。

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