幾種可用于高溫過濾纖維的對比分析

張建偉,張　瑩,趙　帆，賈哲昆

(陜西省紡織科學研究所，陜西西安 710038)

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幾種可用于高溫過濾纖維的對比分析

張建偉,張瑩,趙帆，賈哲昆

(陜西省紡織科學研究所，陜西西安 710038)

摘要：對聚苯硫醚、芳綸、芳砜綸、LOTAN等幾種可用于高溫過濾的纖維的極限氧指數、熱分解溫度、斷裂強度、體積比電阻和回潮率等進行了測試分析。結果表明：聚苯硫醚纖維具有良好的阻燃效果，較高的熱分解溫度，優良的電絕緣性能，適中的斷裂強度，回潮率較低，適用于針刺非織造技術，是一種理想的煙氣過濾材料。

關鍵詞：過濾材料阻燃聚苯硫醚耐高溫

0前言

近年來，隨著石油、冶金、電力、鋼鐵和建材等行業的發展，產生的粉塵污染問題較為嚴重，是導致大氣污染和空氣質量下降的主要因素，直接影響人們的身體健康。這些工業粉塵溫度高、含塵量大、成分復雜、除塵困難，已成為我國一個亟待解決的問題[1]。而高效除塵裝備的制造和推廣使用是解決此類問題的有效途徑之一。統計表明，安裝更換袋式除塵器是高溫煙氣除塵領域中減少大氣污染物的重要方法之一。濾袋選用的過濾材料是袋式除塵器的關鍵部件[2]，其性能的好壞直接影響到袋式除塵器的過濾效果及使用壽命。因此研發高性能的過濾材料是十分必要的。

目前適合制備高溫過濾材料的有玻璃纖維、芳香族聚酰胺纖維、聚苯硫醚(PPS)纖維、聚四氟乙烯、碳纖維等。聚四氟乙烯和碳纖維由于價格高，制成的針刺氈價格也較高[3]；玻璃纖維盡管價格較低，但耐磨、耐折性能差，不能滿足要求；而PPS目前已國產化，性價比較高。本文對幾種可用于高溫過濾的纖維進行了分析對比。

1實驗部分

1.1材料

LOTAN纖維(2.5D×51mm，吉林吉盟腈綸有限公司)，芳砜綸(2.0D×51mm，上海特氨綸纖維有限公司)，芳綸(2.0D×51mm，煙臺泰和新材料股份有限公司)，P84(2.0D×51mm，奧地利INSPEC FIBERS公司)PPS(2.0D×51mm,江蘇瑞泰科技有限公司)

1.2主要儀器

YG747C型通風式快速八籃烘箱(南通宏大實驗儀器有限公司)；YG321型纖維比電阻儀(南通宏大實驗儀器有限公司)；YG001A型纖維電子強力儀(太倉紡織儀器廠)；ON-1型燃燒性試驗器(スガ試驗機株式會社)

1.3測試方法

1.3.1極限氧指數的測定

參考GB/T 5454-1997 《紡織品 燃燒性能試驗 氧指數法》測試纖維的極限氧指數。

1.3.2回潮率的測定

參考GB/T 9995-1997 《紡織材料含水率和回潮率的測定 烘箱干燥法》。將試樣放入烘箱的稱重容器內，當連續兩次的稱重差異小于后一次稱重的0.1%時，計算試樣的烘前質量與烘干質量的差數，并求出對烘干質量的百分率，即為回潮率。

1.3.3體積比電阻

參考GB/T 14342-1993《合成短纖維比電阻試驗方法》。測試過程中以通電1min的讀數作為被測纖維的電阻值。試驗結果以2次平行試驗結果的算術平均值表示。

1.3.4纖維斷裂強度

參考GB/T14337-2008《化學纖維 短纖維拉伸性能試驗方法》。結果以測試50次的平均值表示。

2結果與討論

2.1極限氧指數

芳砜綸等幾種阻燃纖維的LOI值對比如表1。

表1　幾種阻燃纖維的LOI值對比

極限氧指數是纖維材料在氧—氮混合氣體中點燃后維持燃燒所需要的最低含氧量體積百分比。極限氧指數越大，燃燒所需要的氧氣濃度越高，材料的阻燃性越好。從表1可以看出，PPS的極限氧指數高達44%，其原因可能是PPS的分子鏈由苯環和硫原子交替排列組成，從而具有良好的阻燃效果，可用于發電、冶金、鋼鐵、碳黑、水泥等行業的高溫煙氣過濾領域。

2.2熱分解溫度

芳砜綸等幾種阻燃纖維的熱分解溫度對比如表2所示。

表2　幾種阻燃纖維的熱分解溫度

表2給出了幾種阻燃纖維的熱分解溫度。從表中可以看出，PPS的熱分解溫度高達522℃，其原因有可能是PPS大分子主鏈上苯環與硫原子形成了共軛，且硫原子尚未處于飽和，經氧化后可使硫醚鍵變為亞砜基和砜基，或者是苯環和相鄰大分子形成氧橋支化或交聯，但并沒使主鏈斷裂，因此其熱穩定性較為突出。

2.3斷裂強度

芳砜綸等幾種阻燃纖維的斷裂強度對比如表3所示。

表3　幾種阻燃纖維的斷裂強度對比

纖維的斷裂強度是指纖維具有能隨一定外力的拉伸作用而不致斷裂的性能。在標準狀態下，當試驗條件不變的情況下，影響纖維拉伸斷裂強度的主要因素有：(1)大分子聚合度，聚合度越高，強度越高；(2)大分子取向度，纖維中大分子取向度越高，在拉伸中受力的基原纖和大分子的根數就越多，纖維強度也就越高；(3)纖維結晶度，纖維大分子排列越規整，結晶度越高，大分子間的結合力越強，斷裂強度越高。從表3中可以看出，幾種阻燃纖維的斷裂強度中LOTAN纖維的強度最低，其原因可能是LOTAN大分子中沿纖維軸的排列是無規則的，由于晶體的不完整性導致了纖維分子鏈不能形成規則排列[8～9]，因此在受到外力拉伸后纖維斷裂，呈現出纖維強度較低。

2.4體積比電阻

芳砜綸等幾種阻燃纖維的體積比電阻對比如表4所示。

表4　幾種阻燃纖維的體積比電阻對比

從表4中可以看出，在幾種阻燃纖維中PPS具有較高的體積比電阻，其原因可能是PPS大分子中的硫原子的極性被苯環共軛，同時由于高結晶度的束縛，使得整個聚合物呈現出非極性或弱極性的特點，因此其電絕緣性和介電性突出，是一種優良的電絕緣材料。

2.5回潮率

芳砜綸等幾種阻燃纖維的回潮率對比如表5所示。

表5　幾種阻燃纖維的回潮率測試

回潮率是指纖維材料中所含水分的質量占纖維干質量的百分數，是纖維吸濕性能的指標之一。從表5中可以看出，LOTAN的回潮率最大，為13.45；PPS的回潮率最低，僅為0.6%，其原因可能是因為LOTAN纖維大分子中含有氰基(-CN-)可以吸附水分子，同時由于纖維的改性可能引入了更多的極性基團，因此LOTAN纖維的吸濕性較高，回潮率較大；而PPS主鏈由苯環和硫原子交替排列組成，結構中沒有親水基團，因此，纖維的回潮率低，不利于服用但可以制作針刺非織造布，用于熱的化學品過濾。

3結論

1) 通過對比分析可以得出，聚苯硫醚纖維具有較高的極限氧指數和熱分解溫度，絕緣性突出，可用于高溫過濾領域。

2)聚苯硫醚纖維斷裂強度適中，回潮率較低，適用于針刺非織造成型技術。

參考文獻

[1]朱冰. PPS耐高溫針刺過濾材料的工藝與性能研究[D].上海:東華大學,2010.

[2]劉延波,王振,張澤茹.耐高溫針刺過濾材料性能的研究[J].產業用紡織品,2012(7):16-20.

[3]劉克杰,楊琴,朱華蘭，等.有機特種纖維介紹[J].合成纖維,2013,42(4):1-4.

[4]國家技術監督局.GB/T 5454-1997紡織品 燃燒性能試驗 氧指數法[S]. 北京：中國標準出版社，1997.

[5]國家技術監督局.GB/T9995-1997紡織材料含水率和回潮率的測定烘箱干燥法[S]. 北京：中國標準出版社，1997.

[6]國家技術監督局.GB/T14342-1993 合成短纖維比電阻試驗方法[S]. 北京：中國標準出版社，1993.

[7]中國國家標準化管理委員會.GB/T14337-2008化學纖維短纖維拉伸性能試驗方法[S].北京：中國標準出版社，2008.

[8]崔淑玲，胡雪敏.纖維化學與物理[M].河北：河北科技大學，2003：135.

[9]姚穆等.紡織材料學(第三版)[M].北京：中國紡織出版社，2009：233～234.

中圖分類號：TS156

文獻標識碼：A

文章編號：1008-5580(2016)01-0119-03

通訊作者：賈哲昆(1985-)，男，碩士，助理工程師。

基金項目：陜西省科學技術研究發展計劃項目(2014K08-07)

收稿日期：2015-09-14

第一作者：張建偉(1983-)，男，碩士，工程師，研究方向：功能性紡織品和產業用紡織品。