聚苯硫醚纤维

用于航空等领域的特种塑料纤维

聚苯硫醚纤维（polyphenylene sulfide fibre），又称PPS纤维。由聚苯硫醚经熔融纺丝制得。美国Phillips公司于1983年工业化，商品名Ryton PPS纤维。聚合物以硫化钠和二氯苯为原料，在N-甲基吡咯烷酮或含碱金属羧酸盐的有机极性溶剂中缩聚制得，熔点285℃。呈琥珀色，强度0.18～0.26N/tex，伸长率25%～35%，初始模量2.65～3.53N/tex。具有良好的耐热性，主要用作高温过滤织物，耐受温度可达190℃。该纤维还具有优良的耐化学试剂和水解性，以及阻燃性能。可用作阻燃织物、家庭装饰织物、烟道气过滤材料等。

简介

聚苯硫醚纤维

拼音：ju ben liu mi xian wei

英文名称：polyphenylene sulfide fibre

简称：PPS纤维

说明：一种新型特种塑料纤维。国外商品名称赖顿（Ryton）。由聚苯硫醚树脂（PPS）采用常规的熔融纺丝方法，然后在高温下进行后拉伸、卷曲和切断制得。其短纤维性能：强度2.65～3.08厘牛/分特、伸长率25%～35%，熔点285℃，具有优异的热稳定性和阻燃性，氧指数值34～35，200℃时强度保持率为60%，断裂伸长无变化；耐化学性仅次于聚四氟乙烯（PTFE）纤维；有较好的纺织加工性能。制品主要用于高温烟道气和特殊热介质的过滤，造纸工业的干燥带以及电缆包胶层和防火织物等，其织布可以制作高级消防服装。

聚苯硫纤维的概述

PPS的化学结构

聚苯硫醚是以苯环在对位上连接硫原子而形成刚性主链，由于大π键存在，所以性能极其稳定，有线型、交联型和直链型三种。

PPS的应用

PPS可以通过注塑和挤出成型加工成塑料制品，也可经过双向拉伸制成薄膜或纺丝制成纤维，还可通过填充增强制成复合材料。

PPS的合成

PPS的合成方法主要有硫化钠法、硫磺溶液法、硫化氢法、氧化聚合法、对卤代苯硫酚盐熔融或溶液缩聚法等。在合成机理上，PPS的合成有亲核取代、亲电取代、自由基聚合、单电子转移四条途径，而工业生产大多采用亲核芳香取代反应进行。合成线型高相对分子质量的PPS可采用硫化钠法、硫化氢法和通过有机锍离子中间体合成三种方法。但由于硫化氢法的反应流程较长，且对设备的防腐要求较高，而有机锍离子中间体合成单体的制备困难，目前主要采用硫化钠法。

硫化钠法采用对二氯苯和硫化钠为原料。添加一定量的助剂和催化剂，在极性溶剂中通过缩聚反应制得线型高相对分子质量PPS，见下图。

常用的极性溶剂主要有N-甲基吡咯烷酮（NMP）、六甲基磷酰三胺（HMPA）、N，N-甲基甲酰胺（DMF）、吡啶、N-基己内酰胺等，目前工业生产中一般采用NMP为溶剂；催化剂一般为碱金属盐类、羧酸盐类。

PPS晶体结构

Tabor等用高定向薄膜和压片做X衍射得PPS晶体结构，PPS正交单元之晶胞（a=0.867nm，b=0.561nm，c=1.026nm）包括四个单胞，硫原子以锯齿型排列在平面（100）上，C—S—C夹角为110°，相邻两个苯环与（110）晶面呈交替的±45°。但Garbarcyzk对此提出异议认为C—S—C夹角为103～107，苯环与一个C—S—C平面共面，与另一个夹角为60°，Andrew J．Lovinger对这两种不同的观点进行了研究，发现对样品的处理不同会导致不同的结果。前者使用的是拉伸和热处理过的PPS，而后者使用的是低分子量的粉末。为此，他使用单晶和取向的两种样品分别在溶液和熔体中结晶得到的结果同Tabor的相同（下图）。

通常利用X射线衍射技术（XRD）分析PPS的结构。如图3所示，在2θ=17.0～22.5°范围内出现强衍射峰，19.65°衍射对应于（110）面，21.5°衍射峰对应（200）面。Rahdakrsihnna等研究了反应时间对合成的PPS结晶性能的影响，认为PPS中存在大量低聚物，是发生高速率结晶的原因。通常PPS的密度为1.34～1.36g/cm3，且随着PPS结晶度增大，其密度有所增大。

聚苯硫醚纤维的特性

随着新型纤维材料不断出现，一种耐热、耐腐蚀纤维新秀——聚苯硫醚纤维展现在人们面前。聚苯硫醚纤维又名聚对苯硫醚纤维、聚苯撑硫醚纤维，由荷兰首次研制成功，商品名为赖通，在1983年开始批量投入生产。

聚苯硫醚是一种结晶性的聚合物，通常采用熔融纺丝法进行纺丝，与涤纶的纺丝过程相似，所不同的是在纺丝过程中可能会有含硫化合物释放出来，因而所用设备要选用特种钢材制造，同时须将纺丝系统密闭，并安装排风装置。未经拉伸的初生纤维具有较大的无定型区，在高温下进行拉伸，可使聚合物分子沿纤维轴方向较整齐地排列，提高了大分子的取向度。在130～230℃温度下对拉伸纤维进行热处理，可使结晶度大幅度增加，使得纤维具有较好的物理机械性能。拉伸后的纤维经卷曲、切断制成短纤维。

聚苯硫醚纤维具有出色的耐高温性。由聚苯硫醚纤维加工成的制品很难燃烧，把它置于火焰中时虽会发生燃烧，但一旦移去火焰．燃烧会立即停止，表现出较低的延燃性和烟密度。在正常的大气条件下不会燃烧，在氮气气氛下，在500℃以下时基本无分子的裂解。聚苯硫醚纤维的耐热性还表现在：200℃时的强度保持率为60%，250℃时约为40%；在250℃以下时，其断裂伸长基本保持不变；若将其复丝置于200℃的高温炉中，54天后断裂强度基本保持不变；在260℃经48小时后，仍能保持纤维初始强度的60%。

聚苯硫醚纤维还具有突出的化学稳定性，耐腐蚀性仅次于聚四氟乙烯纤维。在高温下，放置在不同的无机试剂中1周后能保持原有的抗拉强度。只有强氧化剂（如浓硝酸、浓硫酸和铬酸）才能使纤维发生剧烈的降解。它还具有很好的耐有机试剂的性能．除了93℃的甲苯对它的强度略有影响外，四氯化碳、氯仿等有机溶剂，以及93℃的甲酸、醋酸对它的强度也没有影响。由聚苯硫醚纤维制成的非织造布过滤织物在93℃及50%硫酸中具有良好的耐蚀性，强度保持率无显著影响；在93℃及10%氢氧化钠溶液中放置2周后．其强度也没有明显的变化。

聚苯硫醚纤维具有优良的纺织加工性能。其强度、伸长与棉纤维相近．但模量较低，吸湿率也较低。

聚苯硫醚纤维织物可长期地暴露在酸性环境和高温环境中使用，主要用作热空气或腐蚀性介质的过滤材料，如工业上燃煤锅炉袋滤室的过滤织物。在湿态酸性环境中，接触温度为150～200℃下，其使用寿命可达3年左右。用该纤维制成针刺毡带用于造纸工业的烘干上，是较为理想的耐热和耐腐蚀材料。另外，还可用作高温和腐蚀性环境下的各种帆布、缝纫线、防护布、耐热衣料、电绝缘材料、电解隔膜，也可来做填充和增强材料。

PPS纤维的性能

（一）热学性能

PPS纤维的玻璃化转变温度为106℃，熔点为284℃，热降解初始温度为542℃，最大分解速率所对应的温度为586℃。相比其他的高性能纤维，PPS纤维的分解温度高于Nomex纤维（分解温度为400℃），接近Kevlar纤维（分解温度为550℃）。PPS的极限氧指数为36%，而上述两种芳纶纤维的LOI为28%～32%。因而PPS纤维具有良好的热稳定性和优良的阻燃性。

（二）力学性能

PPS纤维具有优良的力学性能（见下表），强伸性能和Nomex纤维较为接近，可纺性能好。PPS纤维具有优良的耐热性，200℃时强度保持率为60%，250℃时约为40%；在250℃以下，断裂伸长率基本保持不变。

（三）化学稳定性能

PPS纤维具有突出的耐化学稳定性（见下图），仅次于聚四氟乙烯纤维，在极其恶劣的条件下，仍能保持原有的性能，能抵抗酸、碱、烃、酮、醇等化学试剂的侵蚀，在200℃下，不溶于任何化学试剂，只有强氧化剂（如浓硫酸、浓硝酸和铬酸）才能使其降解。

PPS纤维的无纺过滤材料在93℃的50%硫酸中具有良好的耐蚀性，强度保持率无显著影响；在93℃、10%氢氧化钠溶液中放置2周，其强度也没有显著变化。

应用

PPS纤维除了在过滤领域有突出作用外，其单丝或复丝织物还可用作除雾材料、造纸机干燥用布、缝纫线、各种防护布、电绝缘材料、耐热衣料等材料；此外，PPS纤维可制成长纤增强复合材料，用于军工、航空航天等领域。用一种主要成分为氟气、氧气和氮气的混合物来处理PPS纤维织物，特别适合用于电化学储能装置的隔离材料。

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