聚苯硫醚纖維在產(chǎn)業(yè)用紡織品中的應(yīng)用

近年來，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，以能源和資源消耗為主的重工業(yè)也迅速發(fā)展。目前，中國(guó)是世界上最重要的鋼鐵、能源、水泥、煤炭、化肥、化工和有色金屬生產(chǎn)國(guó)。報(bào)告顯示在2016年,我國(guó)鐵、鋼材年產(chǎn)量分別為7.01億噸和8.08億噸。與此同時(shí)這種高能耗、高污染產(chǎn)業(yè)的發(fā)展給我國(guó)帶來了嚴(yán)重的環(huán)境污染問題,大多數(shù)重工業(yè)排放的大氣污染物以高溫?zé)煔鉃橹?高溫?zé)煔庵械臒焿m類顆粒物作為主要抵制對(duì)象之一,對(duì)環(huán)境影響極大。國(guó)家已經(jīng)對(duì)工業(yè)領(lǐng)域的各類鍋爐、爐窯制定的排放值進(jìn)行修訂,并嚴(yán)格要求降低排放量。目前高溫?zé)煔馀欧趴刂萍夹g(shù)已由電除塵技術(shù)逐步轉(zhuǎn)變到以袋式除塵技術(shù)為主,袋式除塵技術(shù)能使煙氣出口煙塵濃度小于30mg/m我國(guó)目前煙塵排放指標(biāo)正與發(fā)達(dá)國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)相接軌,而袋式除塵器為一種高效的除塵方式收塵率可達(dá)99%,并且被廣泛應(yīng)用于垃圾焚燒、發(fā)電廠、水泥行業(yè)、紡織印染行業(yè)等煙氣治理系統(tǒng),近些年,袋式除塵技術(shù)迅速發(fā)展,一些過去應(yīng)用中遇到的耐高溫、耐腐蝕、耐腐蝕、抗靜電等技術(shù)問題逐漸得到有效解決,使得高溫過濾材料得以飛速發(fā)展聚苯硫醚纖維主要用于特種功能的過濾材料,如水泥廠煙氣過濾、熱電廠的高溫袋式除塵、垃圾焚燒的煙氣過濾、電絕緣材料、耐輻射材料、阻燃材料、復(fù)合材料等領(lǐng)域。發(fā)展高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)已成為我國(guó)未來重點(diǎn)發(fā)展戰(zhàn)略,早在2005年國(guó)家將聚苯硫醚列入“十一五”規(guī)劃重點(diǎn)項(xiàng)目;《產(chǎn)業(yè)用紡織品“十二五”發(fā)展規(guī)劃》又將聚苯硫醚列為發(fā)展目標(biāo)里,重點(diǎn)提出對(duì)聚苯硫醚樹脂及纖維的結(jié)構(gòu)和性能、加工工藝、纖維及制品設(shè)計(jì)等方面開展研究,在高溫過濾袋材料生產(chǎn)方面取得階段性突破,并解決了聚苯硫醚纖維規(guī)模化生產(chǎn)問題;《紡織工業(yè)“十三五”發(fā)展規(guī)劃》中進(jìn)一步提出,提升聚苯硫醚纖維高品質(zhì)與差別化開發(fā)應(yīng)用水平,以滿足我國(guó)高溫過濾材料日益增長(zhǎng)的需求1聚苯硫醚纖維性能聚苯硫醚纖維(PPS),全稱為聚亞苯基硫醚1.1耐有機(jī)溶劑性能聚苯硫醚纖維具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性,可以在惡劣的條件下保持原有的性能:高溫條件下,放置在除強(qiáng)氧化劑以外的酸、堿和鹽中一周,仍可以保持其原有的抗拉強(qiáng)度;低于200℃不溶于任何溶劑,聚苯硫醚纖維具有良好的耐有機(jī)溶劑性能,與聚四氟乙烯(PTFE)性能相近,不會(huì)與酸、堿、酮、醇、酯、氯烴、烴類等化學(xué)品發(fā)生作用;在250℃以上僅溶于聯(lián)苯、聯(lián)苯醚及其鹵代物。1.2高溫爐斷裂強(qiáng)度聚苯硫醚纖維的熔點(diǎn)高達(dá)285℃,高于任何一種工業(yè)化生產(chǎn)的熔紡纖維;在氮?dú)猸h(huán)境下,500℃以下基本無質(zhì)量損失;在高溫條件下仍具有較高的強(qiáng)度保持率;將復(fù)絲置于200℃的高溫爐,54天后斷裂強(qiáng)度基本保持不變。聚苯硫醚纖維在高溫下具有優(yōu)良剛性、強(qiáng)度和耐疲勞性等特點(diǎn),可在200~240℃下連續(xù)使用,并且在204℃高溫空氣2000h后可保留90%的強(qiáng)度、5000h后保留70%、8000h后保留60%,在260℃高溫空氣1000h后保留60%的強(qiáng)度。耐汽蒸性良好,160℃高壓釜汽蒸160h,強(qiáng)度保持率90%以上。目前只有聚酰亞胺(PI)和聚四氟乙烯(PTFE)可以在承受高溫方面與之相提并論。1.3聚苯硫醚纖維的絕緣性聚苯硫醚纖維的介電常數(shù)為3.9~5.1,介電強(qiáng)度(擊穿電壓強(qiáng)度)為13~17kV/mm,絕緣性能優(yōu)良,在高溫、變頻、高濕等條件下,聚苯硫醚纖維仍能保持良好的絕緣性。1.4《能標(biāo)準(zhǔn)》燃燒特性聚苯硫醚本身為結(jié)構(gòu)型材料,按UL-94《塑料材料可燃性能標(biāo)準(zhǔn)》屬于不燃;自身阻燃,極限氧指數(shù)可達(dá)34%~45%;在火焰上能燃燒,呈黃橙色火焰,離火自熄,發(fā)煙率較低;無須添加任何阻燃劑就可以達(dá)到UL-94V-0等級(jí)。1.5使用加標(biāo)系統(tǒng)完全滿足使用要求聚苯硫醚纖維相對(duì)其他幾種高性能纖維,力學(xué)性能最優(yōu),性價(jià)比最高,完全滿足使用要求;聚苯硫醚纖維耐磨性能優(yōu)異,1000r/min時(shí)的磨耗量?jī)H為0.04g,并且具有一定的自潤(rùn)性;聚苯硫醚纖維吸濕率極低,僅為0.2%~0.3%。2袋式過濾器集塵機(jī)的燃燒溫度目前聚苯硫醚纖維主要應(yīng)用于火力發(fā)電廠高溫氣體集塵所使用的耐熱袋式過濾器袋式過濾器集塵機(jī)中的燃燒氣體溫度在140~170℃左右,聚苯硫醚纖維可長(zhǎng)時(shí)間適用于這個(gè)溫度范圍。對(duì)于燃燒產(chǎn)生的SO2.1應(yīng)用最廣泛的方法紡粘法非織造布是非織造布生產(chǎn)技術(shù)中最成熟,產(chǎn)品應(yīng)用最廣泛的一種方法。紡粘法由于生產(chǎn)流程簡(jiǎn)單、效率高、性能優(yōu)良和應(yīng)用廣泛的特點(diǎn),符合了當(dāng)今世界非織造產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì),在非織造布生產(chǎn)技術(shù)中占有主要地位2.2復(fù)合型高溫過濾材料的制備由于普通過濾材料存在自身性能的限制,在高溫條件下對(duì)超微粒子的過濾性能很難得到保證,所以采用特殊技術(shù)制備出復(fù)合型高溫過濾材料,主要有以下幾種。2.2.1聚苯硫醚纖維在玄武巖纖維濾料和濾料之間的分布不同質(zhì)量比的聚苯硫醚纖維與玄武巖纖維(BF)混合、開松后,針刺加固制成復(fù)合過濾材料,具體工藝流程如圖3所示。由于玄武巖纖維呈直線狀,彎曲剛度高,分布均勻性較差,所以添加彎曲剛度較低的聚苯硫醚纖維后,提高濾料纖維的單纖化程度,改善濾料均勻性。聚苯硫醚纖維在玄武巖纖維的周圍形成纏結(jié),增強(qiáng)了表層纖維網(wǎng)的抱合強(qiáng)度,而且纖維貫穿濾料上下,有利于纖維與纖維、纖維與基材間的纏結(jié);而且添加聚苯硫醚纖維可以有效減少濾料表層被刺斷的纖維數(shù),增加了基材中纖維纏結(jié)數(shù)目,改善了纖維與基材的纏結(jié)性能2.2.2高效過濾材料高壓靜電紡絲技術(shù)制備納米芳綸纖維氈,與聚苯硫醚針刺非織造布復(fù)合后得到的高溫高效過濾材料,對(duì)粒徑低于1μm的超微粉塵具有良好的過濾性能。這種過濾材料對(duì)粒徑在0.1~0.6μm之間超微粒子過濾效率達(dá)到99.9%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通聚苯硫醚纖維氈的過濾效率2.2.3高溫過濾材料芳砜綸和聚苯硫醚纖維具有優(yōu)異的耐熱、耐腐蝕性能,同時(shí)具有良好的力學(xué)性能,非常適合用于高溫過濾材料,并且價(jià)格相對(duì)低廉。將聚苯硫醚纖維和PSA纖維按照一定比例共混,之后采用加工工藝為:纖維開松、混合→梳理成網(wǎng)→交叉鋪網(wǎng)→預(yù)針刺→主針刺的方法,這種方法制得的聚苯硫醚芳砜綸非織造過濾材料具有耐高溫、強(qiáng)度高、透氣性好等特性,是一種優(yōu)質(zhì)過濾材料2.2.4質(zhì)量配比共混紡絲聚苯硫醚樹脂具有良好的成形性,但韌性和耐磨性相對(duì)較差,氟樹脂有較好的耐磨性和韌性,所以將其按照一定的質(zhì)量百分比共混紡絲(含氟樹脂的質(zhì)量百分比在0.05%~0.50%)后,可以得到理想產(chǎn)品。分子間層狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)在受到摩擦力和剪切力時(shí),會(huì)剝離形成薄片狀結(jié)晶,進(jìn)一步在纖維表面形成一層薄膜,這層薄膜在纖維與對(duì)摩面之間起到一定的潤(rùn)滑作用,使得聚苯硫醚纖維的耐疲勞性和耐摩擦大大增強(qiáng),纖維摩擦因素及磨耗量得到明顯改善2.2.5復(fù)合濾料對(duì)過濾性能的影響聚苯硫醚纖維在反復(fù)針刺后經(jīng)過聚四氟乙烯乳液涂層處理,有利于過濾性能的改善,經(jīng)過涂層處理后的濾料纖維之間形成纏結(jié),復(fù)合濾料表面附著物明顯增加,纖維間空隙變小,提高了過濾性能。由于PTFE幾乎不與任何化學(xué)試劑發(fā)生反應(yīng),因此提高了濾料的抗腐蝕性2.2.6聚苯硫醚熔融紡絲工藝聚苯硫醚纖維本身流動(dòng)性較差,無法應(yīng)用于熔融紡絲技術(shù),但聚苯硫醚與炭黑共混熔融擠出后,改善了聚苯硫醚的流動(dòng)性能,使聚苯硫醚熔融紡絲成為可能,同時(shí)在紡絲加工生產(chǎn)過程中減少了毛絲和斷頭率,表現(xiàn)出良好的紡絲性能,并使纖維獲得良好的導(dǎo)電性能。聚苯硫醚纖維的共混改性在保持原來優(yōu)良性能的基礎(chǔ)上,克服缺點(diǎn),改善性能,使聚苯硫醚得到更廣泛的應(yīng)用2.3空氣過濾材料采用空氣變形技術(shù)研制出的一種強(qiáng)度較高、表面同時(shí)又具有剛?cè)嵝缘拿?、毛羽的仿天然纖維聚苯硫醚空氣變形絲,如圖4所示,由此制得具有較高強(qiáng)度,對(duì)空氣中的粉塵具有良好的捕捉性、吸附性、剝離性,能基本滿足鍋爐、發(fā)電等重工業(yè)尾氣處理用濾袋需求的過濾材料。該產(chǎn)品表面有細(xì)密穩(wěn)定的絲圈和毛羽,如圖5所示,這種線圈和毛羽可形成較大的粉塵粒子儲(chǔ)存室來吸附容納粉塵,粗糙的表面更易于捕集大量的微細(xì)粉塵粒子,同時(shí),紗線表面的絲圈使纖維間產(chǎn)生微小得距離,也可容納一定量的微細(xì)粉塵粒子,兩者結(jié)合增加了過濾面,提高了過濾效率2.4網(wǎng)預(yù)針刺主針刺熱風(fēng)采用針刺工藝制備的聚苯硫醚針刺氈過濾材料,其工藝流程為:開松→梳理→鋪網(wǎng)→預(yù)針刺→主針刺→熱軋。這種工藝生產(chǎn)的聚苯硫醚針刺氈,耐高溫性能優(yōu)良,同時(shí)還有獨(dú)特的抗腐蝕性能。聚苯硫醚針刺氈濾料耐溫性良好,瞬時(shí)耐溫240℃,長(zhǎng)期耐溫190℃,是一種耐酸堿、耐高溫、抗水解性能極好的高溫濾料2.5布長(zhǎng)絲損傷問題針刺水刺復(fù)合工藝是先將聚苯硫醚短纖鋪在聚苯硫醚長(zhǎng)絲基布兩側(cè),經(jīng)過預(yù)針刺機(jī)后,再經(jīng)過水刺加固,利用高速水流的沖擊作用帶動(dòng)纖維形成纏結(jié),最終得到具有高過濾精度和高強(qiáng)力的濾料。采用更現(xiàn)代化的針刺水刺復(fù)合工藝代替現(xiàn)在普遍使用的針刺工藝生產(chǎn)聚苯硫醚濾料。水刺技術(shù)形成的柔性纏結(jié)可以解決普通針刺工藝中帶鉤的刺針對(duì)聚苯硫醚基布長(zhǎng)絲造成的損傷問題,克服了針刺復(fù)合過程中大量長(zhǎng)絲被切斷而造成濾袋強(qiáng)度下降的難題;克服由于剛性刺針上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)與柔性纖網(wǎng)的連續(xù)水平運(yùn)動(dòng)給產(chǎn)品表面留下針痕等難題。與傳統(tǒng)針刺聚苯硫醚濾料相比,這種工藝制作的聚苯硫醚濾料過濾精度和過濾效率都大幅提高,對(duì)粒徑在2.5μm以下的微細(xì)粒子的過濾效率更是達(dá)到了100%,同時(shí)力學(xué)性能和透氣性也更為出色,完全可以滿足燃煤電廠對(duì)粉塵排放濃度限制的要求。針刺水刺復(fù)合聚苯硫醚濾料的生產(chǎn)工藝流程如圖6所示。針刺水刺復(fù)合的聚苯硫醚濾料的過濾效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通的聚苯硫醚濾料,這主要是因?yàn)槭褂玫乃槾鎰傂缘拇提槙?huì)使濾料表面孔隙的孔徑變小,同時(shí)不會(huì)對(duì)纖維產(chǎn)生嚴(yán)重?fù)p傷,而普通針刺針柄直徑大于水針,靠剛性刺針對(duì)纖維層進(jìn)行上下反復(fù)穿刺,對(duì)纖網(wǎng)損傷較大,水刺濾料表面孔隙的孔徑在20μm,而針刺濾料孔隙的孔徑則在40μm,孔隙的孔徑越小,捕捉微細(xì)顆粒的能力就越強(qiáng)。與目前普遍采用的針刺濾料相比厚度較低,透氣性更低過濾精度更高。因此,復(fù)合水刺濾料厚度較低針刺水刺復(fù)合聚苯硫醚濾料更適用于治理目前日益嚴(yán)重的環(huán)境問題2.6拉伸、熱定形覆膜濾料是將PTFE微孔薄膜貼合于聚苯硫醚針刺氈表面而制成的。PTFE微孔薄膜是以分散的PTFE樹脂粉為原料,經(jīng)過擠出、壓延、縱橫向拉伸、熱定形后制得的。而聚苯硫醚針刺氈作為結(jié)構(gòu)支撐,利用針刺工藝制作成氈,再經(jīng)熱定形、燒毛軋光,最后與PTFE微孔薄膜利用拉力和高溫復(fù)合,所得覆膜濾料表面光滑,清灰效果好,壓力損失穩(wěn)定,其薄膜的致密性大大地降低了粉塵排放濃度,更適用于對(duì)粉塵排放要求較高的場(chǎng)合3聚苯硫醚纖維用于印刷廢水和廢水的應(yīng)用3.1含硫化合物的煙氣排放嚴(yán)重影響人體的正常生活目前,我國(guó)最主要的大氣污染物是煙塵及二氧化硫,而空氣中的煙塵和二氧化硫主要來源是工業(yè)鍋爐的廢氣排放。在鍋爐使用過程中,含有大量含硫化合物的煙氣排放到空中,使我國(guó)酸雨覆蓋率達(dá)到近30%,嚴(yán)重影響人們身體健康和日常生活。如何解決這一難題,是我國(guó)工業(yè)化發(fā)展路上的一大挑戰(zhàn),而隨著耐高溫防酸過濾材料的研發(fā),這一問題逐漸得到解決對(duì)印染鍋爐排放的高溫?zé)煔膺M(jìn)行成分分析,煙氣氣體成分主要為HCl、SO3.2超細(xì)過濾材料目前,紡織業(yè)是我國(guó)用水量最大的產(chǎn)業(yè)之一用于處理印染廢水的非織造濾料,是一種由三維隨機(jī)雜亂排列的纖維組成的緊密黏合的材料,其具有的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),加強(qiáng)了廢水過濾時(shí)的分散效應(yīng),使廢水中的懸浮顆粒物有更多的機(jī)會(huì)與單纖維碰撞和被黏附,因此能更高效分離顆粒物,同時(shí)也能進(jìn)一步提高載體相的流動(dòng)速度,加快了過濾速度熔噴法制得的非織造布,纖維超細(xì),能有效降低過濾阻力,同時(shí)具有超高過濾精度,是精細(xì)過濾的理想材料。用熔噴法制得的濾芯形式的聚苯硫醚非織造布,孔隙結(jié)構(gòu)可控,孔隙率高,耐腐蝕,