聚苯硫醚针刺材料的加工及其性能

谢柠蔚+仇何+张广宇+张旭+张瑜

摘要：聚苯硫醚（PPS）纤维制具有极佳的阻燃性、耐高温性和较好的热稳定性，耐腐蚀性仅次于聚四氟乙烯（PTFE）纤维。本文将PPS纤维通过梳理成网、针刺、后整理等工艺制成非织造材料，并对PPS高温滤料的过滤性能、耐酸性以及后整理工艺对产品性能的影响进行了分析。实验表明：PPS纤维具有一定的耐酸性，经过后整理的PPS针刺材料其过滤性能明显提高。

关键词：聚苯硫醚纤维；非织造布；针刺；过滤材料；耐酸性

中图分类号：TS176.3 文献标志码：A

The Manufacturing and Properties of Needle-punched PPS Materials

Abstract： Polyphenylene sulfide （PPS） fiber has excellent fire-retardant and heat-resistant properties， good thermal stability and a corrosion resistance only second to polytetrafluoroethylene （PTFE） fiber. In this paper， PPS fiber was manufactured into nonwoven fabric through carding， web-forming， needle-punching and finishing process， and the filtering performance and acid resistance of the PPS filtering material and the effect of finishing process on product properties were analyzed. Experiments show that PPS fiber has certain acid resistance， and after finishing， the filtering performance of the needle-punched PPS material can be significantly improved.

Key words： PPS fiber； nonwoven fabric； needle-punching； filtering material； acid resistance

聚苯硫醚（PPS）因具有优良机械性能而被用作结构性高分子材料，通过填充、改性后广泛用作特种工程塑料。本文以PPS纤维为原料，采用梳理成网、针刺工艺开发制备高温针刺材料，研究了该材料耐高温及后整理后的性能，通过对PPS纤维材料的改性能将其应用到土工布上。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

1.1.1 原料准备

实验采用的原料是南通新绿叶非织造布有限公司提供的PPS短纤维（表 1），线密度为 2 ～ 2.7 dtex，长度为51 ～90 mm。

1.1.2 实验仪器（表 2）

1.2 制备方案与工艺（图 1）

2 性能测试与分析

2.1 透气性分析

不同克重的PPS针刺毡过滤材料的透气率情况如图 2所示。

從图 2 可以看出，2号试样的透气率最佳，越厚的织物透气量越小，透气率越低。随着克重在一定范围内增加，试样的透气率不断增加，当试样的克重和厚度均增加时，对气流的阻碍作用越大，透气率越来越小。

实验所制备的试样并不是透气性越好，对粉尘的过滤效果就越好。要想制备的PPS针刺过滤材料能达到比较好的过滤效果，试样的透气率需适中。

2.2 过滤性能分析

实验测试了原试样、高温后试样、PTFE乳液浸渍后试样的过滤性能。原试样的过滤效率与过滤阻力的测试结果如图 3、图 4 所示。

从图 3 可以看出，随着气溶胶微粒尺寸的增大，1、2、3号 3 种原试样的过滤效率都是先缓慢增加，在微粒尺寸为0.60 ～ 0.75 μm、0.75 ～ 1.00 μm时迅速减小，之后则快速提高。

从图 4 可以看出，1、2、3号 3 种原试样的过滤阻力呈直线递增的趋势，滤阻与试样克重成正比。结合图 3 可以看出，相较而言，当微粒尺寸较小时（<0.75 μm），2号样的滤效最好，微粒尺寸增加时，2号样的滤效反而降低了。

由图 5 可以看出，高温后试样的过滤效率基本上是逐渐增大的，而3号试样的高温试样几乎能够100%过滤掉气溶胶微粒，滤效达到最佳。

由图 6 可以得出，高温后试样的过滤阻力仍呈递增态势，并与克重成正比。

2.3 耐高温性分析

通过电镜图可以看出，PPS针刺材料在高温后纤维的表观无明显凹槽，内部结构并无明显变化（图 7、图 8）。因此，PPS纤维具有耐高温性，PPS针刺材料也是耐高温的。

2.4 耐酸性分析

耐酸性是从PPS纤维浸酸前后的断裂强力（表 3）、PPS针刺材料浸酸前后断裂强力和重量等方面进行对比，从而分析PPS纤维的耐酸性。

从表 3 可以看出，酸处理前后PPS纤维的断裂强力变化不大，断裂伸长有些减小，酸处理后PPS纤维的断裂强力保持在90%以上。这是由于PPS分子中存在苯环，其分子结构很稳定，因此PPS纤维是耐酸的。

从图 7、图 9 可以看出，经过硝酸处理后的试样中纤维排列分布没有太大变化，纤维的结构也没有明显变化，只是图中每根纤维都显得偏饱和，可能是吸收了硝酸溶液的缘故。

本文对PPS针刺过滤材料的耐酸性进行了初步研究，有助于提高PPS针刺过滤材料的性能，丰富PPS针刺过滤材料的种类，开拓PPS针刺过滤材料的市场，并对研究其他针刺过滤材料的耐酸性有一定的借鉴作用。但是高温尾气中含有的多种酸性成分会对PPS纤维形成腐蚀，不同种类的酸进行混合后对纤维的腐蚀作用往往变大，因此需要研究混合酸对PPS针刺过滤材料的腐蚀影响。

3 后整理工藝及分析

3.1 后整理工艺

在室温22 ℃、湿度60%下，将不同克重的PPS针刺材料标记好后放入真空压缩袋，倒入PTFE乳液进行真空浸渍，手动轧压，以便试样表面更加平整；浸渍后的试样放入鼓风干燥箱进行常温聚合，然后测试一份浸渍后试样的过滤性能，另一份放入电热恒温鼓风干燥箱中，在160 ℃下进行 2 h的恒温干燥；最后，测试浸渍乳液的试样、浸渍乳液高温干燥后试样的过滤效率和过滤阻力，并观察其表面形态结构。

3.2 后整理分析

图10所示为经乳液浸渍后试样的结构，纤维上缠结了大量的乳液块，且分布不均匀；而图11中高温处理后的产品，其纤维上均匀分布着乳液，表观形态较良好，表明PTFE乳液浸渍毡经高温处理后能更好地进行高温聚合以及定形。

从表 4、表 5 得出，经后整理的试样过滤效率明显比未经后整理的试样要好（对同等大小的微粒尺寸，微粒尺寸<2.00 μm），尤其是在气溶胶微粒尺寸为2.00 ～ 3.00 μm、3.00 ～ 4.50 μm时其过滤效率达到100%，过滤阻力也是均匀稳定地增加。经过后整理的试样滤效和滤阻均有效提高，且经过高温干燥的试样比未经高温的试样过滤效果要好。

4 结语

经过本文的研究，可以利用实验得出的结论来生产制备性能更加优化的PPS针刺材料，环保、土工布相关产业和企业可以最大效益化地生产并投入使用。

（1）试样的透气率随着克重增加先上升后减小，克重在500 g/m2左右的织物透气率最佳。织物越厚透气率越低。

（2）PPS针刺材料在高温后纤维的宏观表面并无明显变化，可以得出PPS纤维是耐高温的，因此，所制得的针刺材料也是耐高温的。

（3）随着气溶胶微粒尺寸增大，过滤效率都是先缓慢增加，在微粒尺寸较小时滤效较小，微粒尺寸较大时过滤效果逐渐变好。原试样滤阻直线递增。高温后试样的滤效基本上逐渐增大，而600 g/m2的高温试样几乎能够100%过滤掉气溶胶微粒，滤效达到最佳。

（4）PTFE乳液浸渍毡经过高温后能更好地高温聚合以及定形；经过后整理的PPS针刺过滤材料过滤性能更加优化，气溶胶微粒尺寸在2.00 ～ 3.00 μm、3.00 ～ 4.50 μm之间时其过虑效率可达到100%。

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