聚苯硫醚纖維

聚苯硫醚纖維

拼音：ju ben liu mi xian wei

英文名稱：polyphenylene sulfide fibre

簡稱：PPS纖維

說明：一種新型特種塑料纖維。國外商品名稱賴頓（Ryton）。由聚苯硫醚樹脂（PPS）採用常規的熔融紡絲方法，然後在高溫下進行后拉伸、捲曲和切斷製得。其短纖維性能：強度2.65～3.08厘牛/分特、伸長率25%～35%，熔點285℃，具有優異的熱穩定性和阻燃性，氧指數值34～35，200℃時強度保持率為60%，斷裂伸長無變化；耐化學性僅次於聚四氟乙烯（PTFE）纖維；有較好的紡織加工性能。製品主要用於高溫煙道氣和特殊熱介質的過濾，造紙工業的乾燥帶以及電纜包膠層和防火織物等，其織布可以製作高級消防服裝。

聚苯硫醚是以苯環在對位上連接硫原子而形成剛性主鏈，由於大π鍵存在，所以性能極其穩定，有線型、交聯型和直鏈型三種。

PPS可以通過注塑和擠出成型加工成塑料製品，也可經過雙向拉伸製成薄膜或紡絲製成纖維，還可通過填充增強製成複合材料。

PPS的合成方法主要有硫化鈉法、硫磺溶液法、硫化氫法、氧化聚合法、對鹵代苯硫酚鹽熔融或溶液縮聚法等。在合成機理上，PPS的合成有親核取代、親電取代、自由基聚合、單電子轉移四條途徑，而工業生產大多採用親核芳香取代反應進行。合成線型高相對分子質量的PPS可採用硫化鈉法、硫化氫法和通過有機鋶離子中間體合成三種方法。但由於硫化氫法的反應流程較長，且對設備的防腐要求較高，而有機鋶離子中間體合成單體的製備困難，目前主要採用硫化鈉法。

硫化鈉法採用對二氯苯和硫化鈉為原料。添加一定量的助劑和催化劑，在極性溶劑中通過縮聚反應製得線型高相對分子質量PPS，見圖。

常用的極性溶劑主要有N-甲基吡咯烷酮（NMP）、六甲基磷醯三胺（HMPA）、N，N-甲基甲醯胺（DMF）、吡啶、N-基己內醯胺等，目前工業生產中一般採用NMP為溶劑；催化劑一般為鹼金屬鹽類、羧酸鹽類。

Tabor等用高定向薄膜和壓片做X衍射得PPS晶體結構，PPS正交單元之晶胞（a=0.867nm，b=0.561nm，c=1.026nm）包括四個單胞，硫原子以鋸齒型排列在平面（100）上，C—S—C夾角為110°，相鄰兩個苯環與（110）晶面呈交替的±45°。但Garbarcyzk對此提出異議認為C—S—C夾角為103～107，苯環與一個C—S—C平面共面，與另一個夾角為60°，Andrew J．Lovinger對這兩種不同的觀點進行了研究，發現對樣品的處理不同會導致不同的結果。前者使用的是拉伸和熱處理過的PPS，而後者使用的是低分子量的粉末。為此，他使用單晶和取向的兩種樣品分別在溶液和熔體中結晶得到的結果同Tabor的相同（下圖）。

通常利用X射線衍射技術（XRD）分析PPS的結構。如圖所示，在2θ=17.0～2 2.5°範圍內出現強衍射峰，19.65°衍射對應於（110）面，21.5°衍射峰對應（200）面。Rahdakrsihnna等研究了反應時間對合成的PPS結晶性能的影響，認為PPS中存在大量低聚物，是發生高速率結晶的原因。通常PPS的密度為1.34～1.36g/cm，且隨著PPS結晶度增大，其密度有所增大。

隨著新型纖維材料不斷出現，一種耐熱、耐腐蝕纖維新秀——聚苯硫醚纖維展現在人們面前。聚苯硫醚纖維又名聚對苯硫醚纖維、聚苯撐硫醚纖維，由荷蘭首次研製成功，商品名為賴通，在1983年開始批量投入生產。

聚苯硫醚是一種結晶性的聚合物，通常採用熔融紡絲法進行紡絲，與滌綸的紡絲過程相似，所不同的是在紡絲過程中可能會有含硫化合物釋放出來，因而所用設備要選用特種鋼材製造，同時須將紡絲系統密閉，並安裝排風裝置。未經拉伸的初生纖維具有較大的無定型區，在高溫下進行拉伸，可使聚合物分子沿纖維軸方向較整齊地排列，提高了大分子的取向度。在130～230℃溫度下對拉伸纖維進行熱處理，可使結晶度大幅度增加，使得纖維具有較好的物理機械性能。拉伸后的纖維經捲曲、切斷製成短纖維。

聚苯硫醚纖維具有出色的耐高溫性。由聚苯硫醚纖維加工成的製品很難燃燒，把它置於火焰中時雖會發生燃燒，但一旦移去火焰．燃燒會立即停止，表現出較低的延燃性和煙密度。在正常的大氣條件下不會燃燒，在氮氣氣氛下，在500℃以下時基本無分子的裂解。聚苯硫醚纖維的耐熱性還表現在：200℃時的強度保持率為60%，250℃時約為40%；在250℃以下時，其斷裂伸長基本保持不變；若將其復絲置於200℃的高溫爐中，54天後斷裂強度基本保持不變；在260℃經48小時后，仍能保持纖維初始強度的60%。

聚苯硫醚纖維還具有突出的化學穩定性，耐腐蝕性僅次於聚四氟乙烯纖維。在高溫下，放置在不同的無機試劑中1周后能保持原有的抗拉強度。只有強氧化劑（如濃硝酸、濃硫酸和鉻酸）才能使纖維發生劇烈的降解。它還具有很好的耐有機試劑的性能．除了93℃的甲苯對它的強度略有影響外，四氯化碳、氯仿等有機溶劑，以及93℃的甲酸、醋酸對它的強度也沒有影響。由聚苯硫醚纖維製成的非織造布過濾織物在93℃及50%硫酸中具有良好的耐蝕性，強度保持率無顯著影響；在93℃及10%氫氧化鈉溶液中放置2周后．其強度也沒有明顯的變化。

聚苯硫醚纖維具有優良的紡織加工性能。其強度、伸長與棉纖維相近．但模量較低，吸濕率也較低。

聚苯硫醚纖維織物可長期地暴露在酸性環境和高溫環境中使用，主要用作熱空氣或腐蝕性介質的過濾材料，如工業上燃煤鍋爐袋濾室的過濾織物。在濕態酸性環境中，接觸溫度為150～200℃下，其使用壽命可達3年左右。用該纖維製成針刺氈帶用於造紙工業的烘乾上，是較為理想的耐熱和耐腐蝕材料。另外，還可用作高溫和腐蝕性環境下的各種帆布、縫紉線、防護布、耐熱衣料、電絕緣材料、電解隔膜，也可來做填充和增強材料。

（一）熱學性能

PPS纖維的玻璃化轉變溫度為106℃，熔點為284℃，熱降解初始溫度為542℃，最大分解速率所對應的溫度為586℃。相比其他的高性能纖維，PPS纖維的分解溫度高於Nomex纖維（分解溫度為400℃），接近Kevlar纖維（分解溫度為550℃）。PPS的極限氧指數為36%，而上述兩種芳綸纖維的LOI為28%～32%。因而PPS纖維具有良好的熱穩定性和優良的阻燃性。

（二）力學性能

PPS纖維具有優良的力學性能（見下表），強伸性能和Nomex纖維較為接近，可紡性能好。PPS纖維具有優良的耐熱性，200℃時強度保持率為60%，250℃時約為40%；在250℃以下，斷裂伸長率基本保持不變。

（三）化學穩定性能

PPS纖維具有突出的耐化學穩定性（見下圖），僅次於聚四氟乙烯纖維，在極其惡劣的條件下，仍能保持原有的性能，能抵抗酸、鹼、烴、酮、醇等化學試劑的侵蝕，在200℃下，不溶於任何化學試劑，只有強氧化劑（如濃硫酸、濃硝酸和鉻酸）才能使其降解。

PPS纖維的無紡過濾材料在93℃的50%硫酸中具有良好的耐蝕性，強度保持率無顯著影響；在93℃、10%氫氧化鈉溶液中放置2周，其強度也沒有顯著變化。

PPS纖維除了在過濾領域有突出作用外，其單絲或復絲織物還可用作除霧材料、造紙機乾燥用布、縫紉線、各種防護布、電絕緣材料、耐熱衣料等材料；此外，PPS纖維可製成長纖增強複合材料，用于軍工、航空航天等領域。用一種主要成分為氟氣、氧氣和氮氣的混合物來處理PPS纖維織物，特別適合用於電化學儲能裝置的隔離材料。