聚苯硫醚纖維的性能綜述

文/申霄曉

隨著社會(huì)的進(jìn)步，特殊工作環(huán)境下衣著的安全性和舒適性受到越來越多的重視，特殊的工作環(huán)境包括具有有毒化學(xué)藥品、高溫高寒、戰(zhàn)斗環(huán)境、腐蝕性液體環(huán)境等。這些環(huán)境中普通纖維衣物難以保障工作人員的健康和安全。因此在這些特殊環(huán)境下工作人員必須穿著防護(hù)服，以此來減少人身傷害和火災(zāi)造成的財(cái)產(chǎn)損失，把損失降至最低。而聚苯硫醚纖維作為一種新型的高性能纖維，由于其耐化學(xué)品腐蝕性能優(yōu)異、熱穩(wěn)定性優(yōu)良、自身阻燃性可達(dá)阻燃一級(jí)、無熔滴現(xiàn)象及優(yōu)異的物理機(jī)械性能，非常適合制作特種防護(hù)服。為了更好地了解聚苯硫醚纖維，本文對(duì)其的結(jié)構(gòu)和性能做了詳細(xì)的概括綜述。

1 聚苯硫醚纖維的結(jié)構(gòu)

聚苯硫醚纖維是一種主鏈上苯與硫交替連接的半結(jié)晶性高聚物，圖1為聚苯硫醚的結(jié)構(gòu)單元：

圖1 聚苯硫醚結(jié)構(gòu)單元

由上圖可以看出聚苯硫醚主鏈?zhǔn)怯杀江h(huán)和硫原子組成，結(jié)構(gòu)中無親水性官能團(tuán)，這就導(dǎo)致聚苯硫醚纖維大分子鏈剛性較強(qiáng)、回潮率較低等特性。

2 聚苯硫醚纖維的物理性能

2.1 力學(xué)性能

聚苯硫醚纖維由于其大分子結(jié)構(gòu)和聚集態(tài)結(jié)構(gòu)的規(guī)整性，賦予其較好的力學(xué)性能，通常聚苯硫醚纖維的斷裂伸長率大于等于20%，其斷裂強(qiáng)度可達(dá)到4.0cN/dtex，在204℃下經(jīng)歷2h后其收縮率為5%[1]，具有較好的加工性能。

2.2 尺寸穩(wěn)定性

由于聚苯硫醚結(jié)構(gòu)大分子剛性和柔性鏈并存且規(guī)整，致使聚苯硫醚制品在潮濕和腐蝕性氣體環(huán)境中仍然具有優(yōu)良的尺寸穩(wěn)定性。成型收縮率及線性膨脹系數(shù)較小，成型收縮率為0.15%~0.3%，最低可達(dá)0.01%[2]。

2.3 電絕緣性能

聚苯硫醚纖維的介電常數(shù)一般高于5.1，介電強(qiáng)度（擊穿電壓強(qiáng)度）高達(dá)1.7kV/mm，介電損耗相當(dāng)?shù)停以诖箢l率范圍內(nèi)變化不大，其電導(dǎo)率一般在10-18S/cm～10-15S/cm[3]，在高真空（1.33×10-3Pa）條件下，電導(dǎo)率甚至可低于10-20S/cm，因而聚苯硫醚在高溫、高濕、高頻環(huán)境下仍能保持良好的電絕緣性能。

3 聚苯硫醚纖維的化學(xué)性能

3.1 耐化學(xué)品性

聚苯硫醚纖維具有優(yōu)異的耐化學(xué)品腐蝕性能，其耐腐蝕性僅僅低于聚四氟乙烯（PTFE）。對(duì)于酮、乙醚、酸、堿、氧化漂白劑等化學(xué)品的侵蝕有較強(qiáng)的抵抗性。此外，在200℃下聚苯硫醚纖維不溶于任何化學(xué)溶劑，只有強(qiáng)氧化劑（如鉻酸、濃硫酸和濃硝酸）才能使纖維部分發(fā)生溶解。在較高的溫度下，放在不同的無機(jī)試劑中一周后，纖維的拉伸強(qiáng)度基本保持不變。在水泥廠、火力發(fā)電廠等酸性和高溫的環(huán)境下，聚苯硫醚纖維織物可以長期使用[4]。因此，聚苯硫醚纖維織物可以長期在惡劣環(huán)境中使用。

表1 聚苯硫醚纖維在不同試劑中的強(qiáng)度保持率[5]

3.2 自身阻燃性能

聚苯硫醚分子結(jié)構(gòu)中含有大量的阻燃元素（硫），因此，聚苯硫醚纖維無需添加任何阻燃材料便具有很好的阻燃性能，它的極限氧指數(shù)大于38%，達(dá)到了UL-94V-0級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，這是安全燃燒系數(shù)的最高級(jí)別，因而聚苯硫醚制品很難燃燒。聚苯硫醚纖維自燃的溫度最高可達(dá)590℃[6]，通常如果把它放置在火焰上時(shí)會(huì)發(fā)生燃燒，但一旦從火焰上拿開，燃燒便會(huì)馬上停止，而且燃燒時(shí)具有黃橙色火焰，表現(xiàn)出較低的煙密度和延燃性，其發(fā)煙率低于鹵化聚合物。同時(shí)生成少量的黑色煙灰，其燃燒物不易脫落，在其制品上形成殘留焦炭，由于沒有熔滴現(xiàn)象，而不會(huì)灼傷人體皮膚。

4 聚苯硫醚纖維的熱性能

聚苯硫醚纖維的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度在90℃左右，熔點(diǎn)在285℃左右，在氬氣中分解溫度為500℃左右，高于目前任何一種工業(yè)化生產(chǎn)的熔紡纖維，能在較高的溫度下（如180℃左右）保持優(yōu)良的強(qiáng)度、剛性及耐疲勞性，耐熱性能良好。在氮?dú)饧翱諝猓?00℃）中聚苯硫醚纖維基本無重量損失；聚苯硫醚的失重在溫度為500℃以上的空氣中才開始加劇，當(dāng)其質(zhì)量為其起始質(zhì)量的60 %時(shí)，質(zhì)量又呈穩(wěn)定態(tài)勢(shì)，直至溫度達(dá)到1000℃時(shí)質(zhì)量又逐漸下降。但是在1000℃的惰性氣體中[7]，仍能保持其原有重量的40%。聚苯硫醚纖維耐熱性能和長期使用的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過尼龍、聚酯纖維、芳綸1313等其他化學(xué)纖維。

5 聚苯硫醚纖維的耐輻射性能

聚苯硫醚對(duì)紫外線和60Co射線穩(wěn)定，尤其是聚苯硫醚經(jīng)過熱和化學(xué)交聯(lián)之后可耐107Gy（109rad）劑量的輻射。

6 結(jié)論與建議

聚苯硫醚纖維用于防護(hù)服具有強(qiáng)度高、耐化學(xué)品腐蝕、阻燃性好、耐熱性好、防紫外線和防輻射等優(yōu)異特性，然而聚苯硫醚纖維的回潮率低，穿著舒適性差，限制了其在服裝上的開發(fā)和應(yīng)用，因此有必要對(duì)其做進(jìn)一步的研究與開發(fā)，對(duì)聚苯硫醚纖維進(jìn)行吸濕性改性處理，制作出更具服適性能的聚苯硫醚纖維服裝，以此來更好地保護(hù)特殊環(huán)境下工作人員的人身安全。

參考文獻(xiàn)：

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[7]廖正福,許東穎,陳用烈.離聚體在聚合物共混中的特殊作用[J].塑料，2002(1):49-52.