几种可用于高温过滤纤维的对比分析

2016-05-10张建伟贾哲昆

纺织科学与工程学报 2016年1期

关键词：聚苯硫醚回潮率断裂强度

张建伟,张　莹,赵　帆，贾哲昆

(陕西省纺织科学研究所，陕西西安 710038)

几种可用于高温过滤纤维的对比分析

张建伟,张莹,赵帆，贾哲昆

(陕西省纺织科学研究所，陕西西安 710038)

摘要：对聚苯硫醚、芳纶、芳砜纶、LOTAN等几种可用于高温过滤的纤维的极限氧指数、热分解温度、断裂强度、体积比电阻和回潮率等进行了测试分析。结果表明：聚苯硫醚纤维具有良好的阻燃效果，较高的热分解温度，优良的电绝缘性能，适中的断裂强度，回潮率较低，适用于针刺非织造技术，是一种理想的烟气过滤材料。

关键词：过滤材料阻燃聚苯硫醚耐高温

0前言

近年来，随着石油、冶金、电力、钢铁和建材等行业的发展，产生的粉尘污染问题较为严重，是导致大气污染和空气质量下降的主要因素，直接影响人们的身体健康。这些工业粉尘温度高、含尘量大、成分复杂、除尘困难，已成为我国一个亟待解决的问题[1]。而高效除尘装备的制造和推广使用是解决此类问题的有效途径之一。统计表明，安装更换袋式除尘器是高温烟气除尘领域中减少大气污染物的重要方法之一。滤袋选用的过滤材料是袋式除尘器的关键部件[2]，其性能的好坏直接影响到袋式除尘器的过滤效果及使用寿命。因此研发高性能的过滤材料是十分必要的。

目前适合制备高温过滤材料的有玻璃纤维、芳香族聚酰胺纤维、聚苯硫醚(PPS)纤维、聚四氟乙烯、碳纤维等。聚四氟乙烯和碳纤维由于价格高，制成的针刺毡价格也较高[3]；玻璃纤维尽管价格较低，但耐磨、耐折性能差，不能满足要求；而PPS目前已国产化，性价比较高。本文对几种可用于高温过滤的纤维进行了分析对比。

1实验部分

1.1材料

LOTAN纤维(2.5D×51mm，吉林吉盟腈纶有限公司)，芳砜纶(2.0D×51mm，上海特氨纶纤维有限公司)，芳纶(2.0D×51mm，烟台泰和新材料股份有限公司)，P84(2.0D×51mm，奥地利INSPEC FIBERS公司)PPS(2.0D×51mm,江苏瑞泰科技有限公司)

1.2主要仪器

YG747C型通风式快速八篮烘箱(南通宏大实验仪器有限公司)；YG321型纤维比电阻仪(南通宏大实验仪器有限公司)；YG001A型纤维电子强力仪(太仓纺织仪器厂)；ON-1型燃烧性试验器(スガ试验机株式会社)

1.3测试方法

1.3.1极限氧指数的测定

参考GB/T 5454-1997 《纺织品燃烧性能试验氧指数法》测试纤维的极限氧指数。

1.3.2回潮率的测定

参考GB/T 9995-1997 《纺织材料含水率和回潮率的测定烘箱干燥法》。将试样放入烘箱的称重容器内，当连续两次的称重差异小于后一次称重的0.1%时，计算试样的烘前质量与烘干质量的差数，并求出对烘干质量的百分率，即为回潮率。

1.3.3体积比电阻

参考GB/T 14342-1993《合成短纤维比电阻试验方法》。测试过程中以通电1min的读数作为被测纤维的电阻值。试验结果以2次平行试验结果的算术平均值表示。

1.3.4纤维断裂强度

参考GB/T14337-2008《化学纤维短纤维拉伸性能试验方法》。结果以测试50次的平均值表示。

2结果与讨论

2.1极限氧指数

芳砜纶等几种阻燃纤维的LOI值对比如表1。

表1　几种阻燃纤维的LOI值对比

极限氧指数是纤维材料在氧—氮混合气体中点燃后维持燃烧所需要的最低含氧量体积百分比。极限氧指数越大，燃烧所需要的氧气浓度越高，材料的阻燃性越好。从表1可以看出，PPS的极限氧指数高达44%，其原因可能是PPS的分子链由苯环和硫原子交替排列组成，从而具有良好的阻燃效果，可用于发电、冶金、钢铁、碳黑、水泥等行业的高温烟气过滤领域。

2.2热分解温度

芳砜纶等几种阻燃纤维的热分解温度对比如表2所示。

表2　几种阻燃纤维的热分解温度

表2给出了几种阻燃纤维的热分解温度。从表中可以看出，PPS的热分解温度高达522℃，其原因有可能是PPS大分子主链上苯环与硫原子形成了共轭，且硫原子尚未处于饱和，经氧化后可使硫醚键变为亚砜基和砜基，或者是苯环和相邻大分子形成氧桥支化或交联，但并没使主链断裂，因此其热稳定性较为突出。

2.3断裂强度

芳砜纶等几种阻燃纤维的断裂强度对比如表3所示。

表3　几种阻燃纤维的断裂强度对比

纤维的断裂强度是指纤维具有能随一定外力的拉伸作用而不致断裂的性能。在标准状态下，当试验条件不变的情况下，影响纤维拉伸断裂强度的主要因素有：(1)大分子聚合度，聚合度越高，强度越高；(2)大分子取向度，纤维中大分子取向度越高，在拉伸中受力的基原纤和大分子的根数就越多，纤维强度也就越高；(3)纤维结晶度，纤维大分子排列越规整，结晶度越高，大分子间的结合力越强，断裂强度越高。从表3中可以看出，几种阻燃纤维的断裂强度中LOTAN纤维的强度最低，其原因可能是LOTAN大分子中沿纤维轴的排列是无规则的，由于晶体的不完整性导致了纤维分子链不能形成规则排列[8～9]，因此在受到外力拉伸后纤维断裂，呈现出纤维强度较低。

2.4体积比电阻

芳砜纶等几种阻燃纤维的体积比电阻对比如表4所示。

表4　几种阻燃纤维的体积比电阻对比

从表4中可以看出，在几种阻燃纤维中PPS具有较高的体积比电阻，其原因可能是PPS大分子中的硫原子的极性被苯环共轭，同时由于高结晶度的束缚，使得整个聚合物呈现出非极性或弱极性的特点，因此其电绝缘性和介电性突出，是一种优良的电绝缘材料。

2.5回潮率

芳砜纶等几种阻燃纤维的回潮率对比如表5所示。

表5　几种阻燃纤维的回潮率测试

回潮率是指纤维材料中所含水分的质量占纤维干质量的百分数，是纤维吸湿性能的指标之一。从表5中可以看出，LOTAN的回潮率最大，为13.45；PPS的回潮率最低，仅为0.6%，其原因可能是因为LOTAN纤维大分子中含有氰基(-CN-)可以吸附水分子，同时由于纤维的改性可能引入了更多的极性基团，因此LOTAN纤维的吸湿性较高，回潮率较大；而PPS主链由苯环和硫原子交替排列组成，结构中没有亲水基团，因此，纤维的回潮率低，不利于服用但可以制作针刺非织造布，用于热的化学品过滤。

3结论

1) 通过对比分析可以得出，聚苯硫醚纤维具有较高的极限氧指数和热分解温度，绝缘性突出，可用于高温过滤领域。

2)聚苯硫醚纤维断裂强度适中，回潮率较低，适用于针刺非织造成型技术。

参考文献

[1]朱冰. PPS耐高温针刺过滤材料的工艺与性能研究[D].上海:东华大学,2010.

[2]刘延波,王振,张泽茹.耐高温针刺过滤材料性能的研究[J].产业用纺织品,2012(7):16-20.

[3]刘克杰,杨琴,朱华兰，等.有机特种纤维介绍[J].合成纤维,2013,42(4):1-4.

[4]国家技术监督局.GB/T 5454-1997纺织品燃烧性能试验氧指数法[S]. 北京：中国标准出版社，1997.

[5]国家技术监督局.GB/T9995-1997纺织材料含水率和回潮率的测定烘箱干燥法[S]. 北京：中国标准出版社，1997.

[6]国家技术监督局.GB/T14342-1993 合成短纤维比电阻试验方法[S]. 北京：中国标准出版社，1993.

[7]中国国家标准化管理委员会.GB/T14337-2008化学纤维短纤维拉伸性能试验方法[S].北京：中国标准出版社，2008.

[8]崔淑玲，胡雪敏.纤维化学与物理[M].河北：河北科技大学，2003：135.