聚苯硫醚纖維的化學穩定性探索

張德明

摘 要：本文研究了不同種類的酸（鹽酸、硫酸、磷酸）、堿（氫氧化鈉）及強氧化性物質（高錳酸鉀），在處理時間93℃，不同的濃度及處理時間（24h、48h、72h）對聚苯硫醚纖維化學穩定性的影響。實驗結果表明，隨著酸堿及強氧化性物質的濃度及時間的增加，聚苯硫醚纖維斷裂強力與斷裂伸長保持率基本呈現減小的趨勢，但硫酸與氫氧化鈉對聚苯硫醚纖維化學穩定性影響較小，而鹽酸、磷酸、高錳酸鉀對聚苯硫醚纖維化學穩定性影響較大，但聚苯硫醚纖維斷裂強力與斷裂伸長保持率均在90%以上，具有良好的化學穩定性。

關鍵詞：聚苯硫醚纖維;實驗;化學穩定性

聚苯硫醚纖維是高性能半結晶纖維，具有耐化學性，耐熱性，低吸濕性，以及在暴露于酸，堿和有機（腐蝕性）溶劑時具有高抗水解性等優點，因此可以作為阻燃織物、煙道氣過濾材料和航空航天熱塑性復合材料等用途[1]。工廠煙道氣一般含有氮氧化物、硫化物、氨氣和氯化氫等酸性堿性氣體，需要對聚苯硫醚纖維的化學穩定性進一步探索[2-3]。

PPS纖維在極其惡劣的條件下仍能保持原有的性能：高溫下，放置于除強氧化劑以外的酸、堿和鹽中一周后仍能保持原有的抗拉強度，在200C以下不溶于任何溶劑，具有極好的耐有機溶劑性能，與號稱“塑料之王”的聚四氟乙烯（PTFE）相近，能抵抗酸、堿、氯烴、烴類、酮、醇、酯等化學品的腐蝕，在200C以下不溶解于任何化學藥劑，在250C以上僅溶于聯苯、聯苯醚及其鹵代物，且抗蠕變性能極好，冷流動性為零，吸水率為0.008%。PPS纖維吸濕率低，在相對濕度為65%時，吸濕率為0.2%～0.3%，幾乎全部是表面水分的作用，因而纖維的回潮率極低。PPS纖維還具有良好的耐磨性，在添加了一些填充氟樹脂和碳纖維的潤滑劑，更可大幅提高它的耐摩擦磨損特性。表現出優良的紡織加工性能可用于高溫煙道或特殊熱介質的過濾。

PPS纖維熔點達到285C，高于目前任何一種工業化生產的熔紡纖維;在氮氣環境中，500C以下時基本無失重;在高溫下具有高的強度保持率，在10000惰性氣體中仍能保持40%的質量;將復絲置于200C的高溫爐中，54d后斷裂：強度基本保持不變。PPS纖維在高溫下具有優良的強度、剛性及耐疲勞性，可在200～240C下連續使用，且在204C高溫空氣2000h后可保留90%的強度、5000h后保留70%、8000h后保留近60%的強度，在260C高溫空氣1000h后，保留60%的原強度。目前在承受高溫作用方面，只有聚酰亞胺（PI）和PTFE可與之相提并論，而PI、FTFE在加工成型過程中往往會引起耐熱性能的下降。本文主要是通過不同種類及濃度的酸、堿和強氧化物質，對聚苯硫醚纖維進行處理，并通過測定其力學性能的變化表征其化學穩定性，為后續聚苯硫醚纖維工業化應用及研究提供一定的參考。

1 實驗部分

1.1 實驗藥品及儀器

聚苯硫醚纖維購買至于本地，實驗過程中需要的濃鹽酸、濃硫酸、濃磷酸、氫氧化鈉和高錳酸鉀等試劑均購于上海麥克林生化科技有限公司，實驗過程中使用的蒸餾水均為去離子水。

實驗需要用的表征儀器為YG004A/N型電子單纖維強力儀，加熱儀器ZNCL-TS智能數顯磁力攪拌電熱套為上海越眾儀器設備有限公司購置。

1.2 實驗方法

每次實驗取等量的聚苯硫醚纖維放入93℃不同濃度的酸性、堿性及強氧化性溶液中，處理一定的時間取出，用去離子水洗凈常溫風干待測。

聚苯硫醚纖維的力學性能按照國家標準GB/T14337-2008《化學纖維、短纖維拉伸性能試驗方法》表征聚苯硫醚纖維化學處理前后的力學性能，以力學性能來表示聚苯硫醚纖維的化學穩定性。

2 結果與討論

2.1 酸對聚苯硫醚纖維力學性能的影響

由表1可以看出，在93℃時不同濃度，隨著鹽酸和磷酸濃度及處理時間的增加，聚苯硫醚纖維斷裂強力與斷裂伸長保持率逐漸減小，尤其是在濃鹽酸斷裂強力保持率為95.68%，雖然有明顯的降低，說明濃鹽酸對聚苯硫醚纖維產生了明顯的腐蝕作用，但斷裂強力與斷裂伸長保持率均保持在90%以上。隨著硫酸濃度及處理時間的增加，聚苯硫醚纖維斷裂強力與斷裂伸長保持率雖然也逐漸減小，但影響較小，這與賀湘兵等[4]研究結果一致。

2.2 氫氧化鈉對聚苯硫醚纖維力學性能的影響

根據表2氫氧化鈉濃度（1%、10%、50%）及對聚苯硫醚纖維力學性能的影響，不難看出，氫氧化鈉對聚苯硫醚纖維力學性能的影響并不大。

2.3 強氧化性物質對聚苯硫醚纖維力學性能的影響

在本次實驗中，聚苯硫醚纖維力學性能隨著高錳酸鉀的濃度及處理時間的增大而減小，當高錳酸鉀的質量分數為30%時，斷裂強力保持率為90.12%，斷裂伸長保持率91.54%，隨著處理時間的增大斷裂強力保持率和斷裂伸長保持率均大幅度的降低，但均在90%以上，表明該聚苯硫醚纖維耐氧化性較好。

3 結論

實驗探討了93℃不同濃度及種類的酸性、堿性及強氧化性物質對聚苯硫醚纖維化學穩定性的影響，結果表明，硫酸與氫氧化鈉，均不會對聚苯硫醚纖維化學力學性能有明顯影響，但是磷酸、鹽酸和高錳酸鉀則較大，在實際應用過程中需要加以注意。

參考文獻：

[1]葉光斗，唐國強.高性能聚苯硫醚（PPS）纖維的發展與應用[J].化工新型材料，2007（S1）：79-82.

[2]孫航，李志迎，賈曌.聚苯硫醚纖維的化學穩定性研究[J].化工新型材料，2016，44（03）：187-189+195.

[3]張振方，孔楠.聚苯硫醚纖維的研究現狀與應用[J].成都紡織高等專科學校學報，2016，33（02）：170-173.

[4]賀湘兵，于斌，韓建，張琦，徐國平，丁新波.酸堿條件對聚苯硫醚纖維力學性能的影響[J].浙江理工大學學報，2011，28（02）：178-181.