簡述PPS纖維的特性與實際應(yīng)用及發(fā)展前景

1、簡述PPS纖維的特性與實際應(yīng)用及發(fā)展前景作者：趙春保日期:2007-9-21 8:39:47一、前言聚苯硫醛，全稱為聚亞苯基硫醒，英文名稱為Polyphenylene sulfide ,簡稱PPS (以下稱聚苯硫醛或稱 PPS)。PPS的分子結(jié)構(gòu)比較簡單，分子主鏈由苯環(huán)和硫原子交替排列，大量的苯環(huán)賦予 PPS以剛性，大量的硫醒鍵又提供柔順性。分子結(jié)構(gòu)對稱，易于結(jié)晶，無 極性，電性能好，不吸水。PPS是一種高性能材料，聚苯硫醛(PPS)具有優(yōu)異的耐熱性、阻燃性、絕絕緣性，其強度和硬度均較高，機械性能優(yōu)良，制品的尺寸穩(wěn)定性好，可用多種 加工成型方法加工，并可精密成型。由于 PPS與無機填料、增強纖

2、維的親和性以及與其他 高分子材料的相容性好，因而可制成不同的的增強填充品種及高分子合金，用途十分廣泛， 它還可以做纖維和薄膜。據(jù)悉，PPS樹酯近年來才應(yīng)用于纖維領(lǐng)域，以往均以工程塑料為主，由于它的耐溫性好、彈性好、防腐性能優(yōu)異、阻燃等優(yōu)勢，被煙氣除塵領(lǐng)域所青睞。近年來，隨著工業(yè)的飛速發(fā)展，工業(yè)排污日益嚴(yán)重， 已危害到自然環(huán)境和人們的身體健康。 煙氣除塵是治理污染的 重要組成部分，袋式除塵就是治理煙氣的重要方法。 治理煙氣需要耐高溫、耐腐蝕的新型纖 維。而PPS纖維完全可以滿足以上的要求。二、世界PPS系列產(chǎn)品的發(fā)展歷史1973年美國Phillips石油公司正式在德州設(shè)立年產(chǎn)能3,000噸的Po

3、lyphenylene sulfide(PPS)樹脂生產(chǎn)工廠，并以 Ryton為商品名在市場上銷售。當(dāng)時 PPS的制造方法，在聚 合階段僅得到低分子量的Pre-polymer ,聚合之后經(jīng)過空氣中的高溫氧化使之產(chǎn)生某種程度的架橋反應(yīng)以提高其分子量，因此當(dāng)時的產(chǎn)品被稱之為架橋型PPS 。而隨著美國Phillips石油公司PPS制造專利的到期，從1987年起至1991年之間美國與日本共有5家公司投入PPS的生產(chǎn)與銷售，這是 PPS的生產(chǎn)步入第二個階段。此后 PPS的市場即陷入供過于求 的逆境中，競爭激烈造成價格大幅滑落。1995年起PPS的需求量逐漸呈現(xiàn)兩位數(shù)以上的成 長率，雖然2001年大幅衰退

4、10-12% ,然而產(chǎn)能過剩的現(xiàn)象已稍見緩和。另外，吳羽化學(xué) 公司為了有效利用自身產(chǎn)品對二氯苯，成功開發(fā)直線型PPS樹脂的生產(chǎn)技術(shù)，并從 1987年開始生產(chǎn) PPS樹脂，至于摻混與銷售則委托日本Polyplastics 公司來經(jīng)營，Polyplastics公司也宣布從2005年10月下旬起，F(xiàn)ortron全系列的國內(nèi)價格每公斤提高30日圓，外銷價格每公噸提高 300美元。三、PPS纖維的結(jié)構(gòu)及聚合物的特征PPS樹脂(PolyphenyleneSulphide)是硫化鈉和對二氯苯在N甲基口比咯烷酮溶劑中縮合而成，重均分子量為4.5-6萬，用于纖維的PPS樹脂都是線性度較好，而且分子量分布較窄 ,

5、 通常PPS 樹脂分纖維級和增強級兩種，增強級樹脂和纖維級樹脂是有本質(zhì)上的區(qū)別。因為硫 （S） 做為聚合物中的一個官能團，它并不能保證聚合物的線性度，一般的硫（S） 有時為二價，有時并不是二價，所以在 PPS 聚合時，要得到完全的線性聚合物是很難的，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)時有存在，這種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)在聚合物熔體中形成凝膠團。當(dāng)這種凝膠達(dá)到一定程度時，就很難熔紡成纖維。當(dāng)硫（S） 為二價時，它的不飽和使其易于氧化降解，為此要制得具有一定抗氧性能的PPS 纖維，一是改性，二是用增強級PPS 樹脂紡絲。增強級PPS 也就是交聯(lián)度很大的分子，由于大分子的容間結(jié)構(gòu)緊密，它自身穩(wěn)定性增強。鏈傳移和鏈段的相對運動速率很低，不易

6、被氧化降解。但是聚合物中的網(wǎng)狀分子增多，使熔體高聚物的流動性惡化，不易成纖，給纖維加工提供了難度，如果采用高壓和高倍拉伸，可制得性能優(yōu)越的抗氧PPS 纖維，但是線密度不低于 3D 以下，線密度不勻率也有所提高，所以交聯(lián)PPS 樹脂不易做長絲，但做短纖維確有良好的性能和風(fēng)格。PPS 樹脂，即所謂塑料之王，它的功能作用不亞于聚四氟乙烯，它的機械性能和尺寸穩(wěn)定性確優(yōu)于PTFE （聚四氟乙烯），用PPS 樹脂制造出PPS 纖維，采用常規(guī)的生產(chǎn)方法，則要求PPS 樹脂的直鏈度要高，對網(wǎng)狀物（凝膠團）有嚴(yán)格的要求，由于直鏈 PPS 易于氧化降解影響PPS 纖維的使用效果。在高溫下有明顯的氧化現(xiàn)象。所以制得

7、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的PPS 纖維，才是理想的、多功能的、可以應(yīng)用于各個領(lǐng)域的纖維之王。四、 PPS 纖維的特點以及應(yīng)用時的注意事項1 . PPS 纖維的特點近年來 PPS 纖維廣泛的應(yīng)用于濾料領(lǐng)域，國內(nèi)對 PPS 濾料的制做方法做出了各種各樣的改進(jìn)，不同程度的發(fā)揮了PPS 纖維的性能。PPS 樹脂是高粘度、高熔點的縮聚物，它的分子排列比較緊密，質(zhì)量密度很大，由于不同程度存在交朕，線性度并不很大，分子量的增加與大分子的長度不成正比。隨著交朕度的增大，結(jié)晶度也有所提高，導(dǎo)致 PPS樹脂的熔點為280 c285 c之間變化，它的熔程區(qū)間很大，一般在10 左右，軟化溫度也隨著交聯(lián)度的變化有所改變。PPS 樹脂是

8、一種高模量、高彈性的樹脂，特別是交聯(lián)度大的大分子的自身結(jié)構(gòu)緊密，在加工中造成的彈性能儲存也會逐漸釋放出來，這就告訴我們不論在纖維的制造過程中和針刺氈的制造過程中，必須通過高溫?zé)岫ㄐ?，使儲存的彈性能得以釋放。如果對尺寸穩(wěn)定有嚴(yán)格要求，需采用緊張熱定型。PPS 纖維的熔點在280 但它的分解溫度確在 480 ，熔點溫度和分解溫度差距太大，其它熔融聚合物，熔點和分解溫度在 80-100 Co在針刺氈燒毛時，必然造成熔化，這就給 針刺氈燒毛造成了困難。PPS 樹脂的結(jié)構(gòu)特點是分子量（重均）很大（4 萬 -6 萬）之間。由于結(jié)構(gòu)緊密，所以大分子的長度并不大，這就造成了PPS纖維的強度較低，通常在 2g/

9、D3g/D之間，而聚脂纖維的強度在5g/D-9g/D 之間。聚脂通過不同的加工手段可以使機械強度發(fā)生明顯的改變，而 PPS 纖維在加工中對提高機械強力的效果卻有限。這樣就使得特性機械與使用機械強力差異太小，在使用中不論是高溫降解，氧化降解（一般高溫降解和氧化降解屬于熱氧化降解） 都會使機械性能下降，所以在纖維制造過程中，選用交聯(lián)度較大樹脂雖然給纖維制造提高了難度，但纖維的功能確得到保障。就 PPS 纖維的特性可以說明以下幾個問題，第一，機械強度低；第二，彈性恢復(fù)率強；第三，熔程較寬；第四，分解溫度距熔點溫度距離大。2 .PPS 纖維應(yīng)用時的注意事項增加基布的強力，可以適當(dāng)?shù)奶岣呋紝γ鎸拥谋壤?/p>

10、，還可以采用復(fù)合方法制造基布。因為基布提供的機械性比面層大的多。在針刺氈的加工，熱塑纖維改變形狀使彈性能積聚，在針刺的使用中，由于彈性能的釋放，使針刺氈變形，所以在針刺氈的加工中，一定要高溫定型，最好是緊張熱定型，這樣 可以保證成品氈尺寸。 PPS 針刺氈盡量不要燒毛，因為它的分解溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于熔點溫度，在燒毛時勢必造成局部熔融結(jié)膠，造成透氣性不均。該物質(zhì)熔程較高，采用壓光即可以提高清灰效果，又可提高過濾精度，在壓光時可以適當(dāng)?shù)奶岣邷囟?，深層的改變纖維的形狀。五、國際上一些公司開發(fā)的PPS 纖維情況1 四川省華拓科技有限責(zé)任公司四川省華拓科技有限責(zé)任公司利用本公司生產(chǎn)的聚苯硫醚纖維級樹脂為原料研

11、制的“高性能聚苯硫醚（PPS ）纖維 ”，它具有優(yōu)異的耐化學(xué)藥品性和耐高溫的熱穩(wěn)定性、抗惡劣環(huán)境、 阻燃、 不導(dǎo)電、防輻射和良好的機械性能等特點。該項目是根據(jù)國家新材料發(fā)展方向并結(jié)合公司后續(xù)產(chǎn)品的開發(fā)和市場情況，由公司自行立項研究的項目。技術(shù)原理及性能指標(biāo)：“高性能聚苯硫醚（ PPS ）纖維 ”項目的研究，是根據(jù)纖維成型性能和牽伸性能的要求，以“紡牽兩步法 ”的工藝路線為基礎(chǔ)，采用四川省華拓科技有限責(zé)任公司研制的纖維級PPS 樹脂， 通過對樹脂前處理，熔融紡絲和PPS 初生纖維的牽伸定型工藝等研究，獲得了 PPS 纖維， 從而實現(xiàn)該纖維材料具有耐化學(xué)藥品性和耐高溫的熱穩(wěn)定性、抗惡劣環(huán)境、阻燃、

12、不導(dǎo)電、耐輻射和良好的機械性能等功能特點。該項目獲得的PPS 纖維的主要技術(shù)質(zhì)量指標(biāo)如下：斷裂強度：3 4 c N/ d t e x ;斷裂伸長率：15 35% ;氧指數(shù)：35;耐高溫性能：使用溫度200 220 C;耐化學(xué)性能：除濃硫酸和濃硝酸外，200 c以下無溶劑可溶；吸濕率：0.%;耐輻射性：吸收劑量（GY） >1 M0。3 、技術(shù)的創(chuàng)造性與先進(jìn)性：本公司研制的高性能聚苯硫醚纖維有以下創(chuàng)造性；纖維級PPS切片的聚合工藝技術(shù)；PPS 專用紡絲部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計；PPS 熔融紡絲的優(yōu)化工藝；獲得良好性能 PPS 纖維的牽伸定型工藝先進(jìn)性。該纖維經(jīng)樹脂的精制和對PPS 熔融過程的改進(jìn)，提高

13、其樹脂可紡性，使其適應(yīng)熔融紡絲：通過熱拉伸和定型，纖維的機械性能、熱性能有進(jìn)一步的提高；目前PPS 纖維國內(nèi)尚無中試紡絲。2 荷蘭 Diolen 工業(yè)纖維公司荷蘭Diolen工業(yè)纖維公司在世界上首次開發(fā)出基于聚苯硫醛( PPS)的高韌性多纖維 紗，目前這一產(chǎn)品已在荷蘭上市。PPS 具有較好的韌性與極好的抗化學(xué)性、耐溫和耐火性。新產(chǎn)品適用于苛刻環(huán)境下的高端應(yīng)用場合，如熱氣體或液體過濾。Diolen 工業(yè)纖維公司已與客戶一起開拓該產(chǎn)品的各種應(yīng)用領(lǐng)域。3 道恩工程塑料公司道恩集團所屬的道恩工程塑料公司研究中心研究室近日成功開發(fā)出40、50、60玻纖增強型PPS。 PPS 是一種兼具熱固性樹脂特性的聚

14、合物，若與玻璃纖維、無機填料和其他高分子材料復(fù)合，可制成各種性能優(yōu)異的工程塑料及合金，其綜合性能相當(dāng)好，耐高溫、耐腐蝕、耐輻射、不燃燒、無毒無味，機械性能和電性能優(yōu)異，制品尺寸穩(wěn)定性突出。它可采用幾乎所有塑料加工方法進(jìn)行加工，包括噴涂、注塑、擠出、吹制和灌封等，亦可對制品進(jìn)行二次加工，故用途廣泛。該特種工程塑料以前大多依賴進(jìn)口，隨著四川得陽千噸級生產(chǎn)線投運，國產(chǎn)料供應(yīng)量開始增加。據(jù)悉，道恩集團下一步還將開發(fā)填料增強型PPS、 PPS PPO、 PPS PA 合金等產(chǎn)品。4 美國纖維技術(shù)革新公司(FIT)聚苯硫醚PPS 是采用 1 、 4 二氯代苯和硫化鈉在有機極性溶劑中反應(yīng)后，再將得到的聚合物

15、在氧氣中進(jìn)一步加熱處理而得到的結(jié)晶性線狀高分子。直鏈形PPS 樹脂克服了以前的交聯(lián)型PPS 樹脂的茶褐色的顏色、硬、脆等缺點。它的顏色是白色的，拉伸強度、彎曲強度都有所增加，伸長率及彈性模量的值接近以前的10 倍。現(xiàn)在美國纖維技術(shù)革新公司(FIT) 開始推銷它的整套PPS 單絲短纖維生產(chǎn)線，這種纖維適用于高溫場合，也能在各種化學(xué)環(huán)境下使用。美國 FIT 公司的這種PPS 纖維是用Ticona 公司的直鏈形PPS 樹脂(商品名Fortron)制成的， (TICONA 原來是赫司特Hoechst 的子公司，1999 年改組后現(xiàn)為賽拉尼斯Celanese的功能性聚合物子公司。)PPS 纖維的纖度在2

16、-3 旦之間， 剪切長度0.256 英寸 (6?152mm) ，卷曲數(shù)從不卷曲到12 個 /英寸，強度4.0 克 /旦，伸長率50% ，在 170 的溫度下收縮率小于 2。美國 FIT 公司該產(chǎn)品種類齊全，除了有標(biāo)準(zhǔn)的圓形截面以外，還有其它各種形狀、尺寸和長度的纖維。這種纖維用途廣泛，需求旺盛，例如在控制工業(yè)污染方面，是良好的過濾材料，既能過濾高溫氣體，也能過濾高溫液體。在宇航和其他場合，PPS 纖維也是少不了的組分材料。Fortron 牌線性 PPS 可以在 200 的溫度環(huán)境下使用，具有固有的阻燃特性。同時它還具有優(yōu)良的防化學(xué)特性和防水解特性，也就是說，它抗酸，Ph 值在 2-12 之間，

17、即使暴露在氧化劑和有機溶劑中，也非常穩(wěn)定。5 浙江杭州恒科濾料環(huán)保有限公司浙江杭州恒科濾料環(huán)保有限公司選用美國、日本等國生產(chǎn)的聚苯硫醚（ PPS ） 纖維， 按照其他耐高溫過濾氈的生產(chǎn)工藝制造、加工的過濾材料，為耐高溫過濾材料的主要品種之一。PPS 針刺濾料在以下場合的應(yīng)用中性能卓越。工作溫度190 ，瞬間操作溫度 232 ，熔點 285 ，極限氧指數(shù) 34-35 ；含氧量在15或以下的場合均可使用；燃料中含硫或煙道氣中含硫的氧化物，現(xiàn)已證明其是抗酸堿腐蝕，抗化學(xué)性很強的。6 常熟市寶灃特種纖維有限公司常熟市寶灃特種纖維有限公司是一家特種纖維的紡紗、織造、服裝一條龍的生產(chǎn)企業(yè)，專業(yè)生產(chǎn)芳綸紗線

18、、縫紉線、芳綸布，消防服，電工絕緣扎帶等芳綸系統(tǒng)產(chǎn)品。專業(yè)生產(chǎn)各種特種纖維紗線（芳綸、 PPS 等 ），目前的主要品種有18.5s/1, 18.5s/2, 20s/1, 20s/2, 32s/1,32s/2 等。7 日本東麗公司 2006 年上半年，日本東麗公司將正式展開衣料用聚苯硫醚（PPS） 纖維事業(yè)，該公司藉由 PPS 纖維的熱遮蔽特性，最近開發(fā)使用PPS 復(fù)合絲的保溫衣料用材料，因傳熱系數(shù)低而可抑制體溫的放熱，較原來聚酯材料提高3040%的保溫性，且可以減低16%穿衣時的冷感接觸，因此可以緩和冬季寒冷時的不舒適感，還可以進(jìn)行撥水等后處理。PPS 過去主要以利用其耐熱性、熱遮蔽性、耐藥品

19、性、阻燃性等功能作為吸塵器用袋濾器等工業(yè)資材應(yīng)用為主，這次是第一次運用PPS 的高遮熱性，正式發(fā)展衣料應(yīng)用積極擴大銷售。日本東麗工業(yè)公司（Toray） 開始開發(fā)生產(chǎn)聚苯硫醚（PPS） 樹脂的創(chuàng)新聚合工藝。通過精選催化劑、聚合溫度等不同參數(shù)，新工藝可縮短反應(yīng)時間和提高生產(chǎn)效率30%-40% 。該公司將新工藝用于線型PPS 生產(chǎn)裝置，目標(biāo)是實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。另外，該公司2004 年在中國的 PPS 樹脂混配生產(chǎn)廠內(nèi)增建產(chǎn)能為1500 噸 /年的第二條混配料生產(chǎn)線，以適應(yīng)電氣和電子元件健康發(fā)展的需要。該公司還考慮在確保原料對二氯苯供應(yīng)的前提下，建立了新的純凈樹脂裝置。日本東麗公司正在日本的東海（Tok

20、ai） 交聯(lián) PPS 聚合廠進(jìn)行2000 噸 /年產(chǎn)能擴建，該公司擁有了2 套交聯(lián) PPS 樹脂生產(chǎn)裝置，生產(chǎn)能力合計達(dá)到5000 噸 /年；另有2 條線型 PPS 樹脂生產(chǎn)線，生產(chǎn)能力合計為3000 噸 /年。PPS 樹脂是一種在高溫下具有高度堅韌性的高功能樹脂。2 類產(chǎn)品中，交聯(lián)型的蠕變性小，應(yīng)力消除難，而線型的比交聯(lián)型的堅韌性好和伸長性高。由于線型純度高和吸水性很低，即使在高溫下尺寸變化和電阻性能衰減都很小。除電氣和電子（如光學(xué)傳感器等）方面的應(yīng)用外，PPS 樹脂還可用于光學(xué)儀器、電源模塊、 汽車部件（如燈具、反射鏡和點火器等）以及膜等領(lǐng)域，PPS 樹脂在日本和海外都在持續(xù)強勁增長。8 . 德國 Rhodia 公司開發(fā)出新型PPS 短纖維德國 Rhodia Polyamide 公司成功開發(fā)出PPS（ 聚苯硫醚）短纖維，成為歐洲首家PPS短纖維生產(chǎn)廠家。它們以Fortron 的 PPS 聚合物為原料，在Neumunster 工廠生產(chǎn)。起初供應(yīng) 2.2-7 dtex ，已經(jīng)完成其制品的開發(fā)。PPS 纖維的耐熱性、耐藥品性、堅牢度、強度、尺寸穩(wěn)定性優(yōu)良，主要使用于發(fā)電廠、焚燒爐、 石油瀝青和鋼鐵工廠等行業(yè)的耐熱袋濾器中。全世界，只有東麗和東洋紡公司制造PPS 纖維，除此外還有幾個公司制造單絲。德國 Rhodia