聚苯硫醚纤维的化学稳定性探索

张德明

摘 要：本文研究了不同种类的酸（盐酸、硫酸、磷酸）、碱（氢氧化钠）及强氧化性物质（高锰酸钾），在处理时间93℃，不同的浓度及处理时间（24h、48h、72h）对聚苯硫醚纤维化学稳定性的影响。实验结果表明，随着酸碱及强氧化性物质的浓度及时间的增加，聚苯硫醚纤维断裂强力与断裂伸长保持率基本呈现减小的趋势，但硫酸与氢氧化钠对聚苯硫醚纤维化学稳定性影响较小，而盐酸、磷酸、高锰酸钾对聚苯硫醚纤维化学稳定性影响较大，但聚苯硫醚纤维断裂强力与断裂伸长保持率均在90%以上，具有良好的化学稳定性。

关键词：聚苯硫醚纤维;实验;化学稳定性

聚苯硫醚纤维是高性能半结晶纤维，具有耐化学性，耐热性，低吸湿性，以及在暴露于酸，碱和有机（腐蚀性）溶剂时具有高抗水解性等优点，因此可以作为阻燃织物、烟道气过滤材料和航空航天热塑性复合材料等用途[1]。工厂烟道气一般含有氮氧化物、硫化物、氨气和氯化氢等酸性碱性气体，需要对聚苯硫醚纤维的化学稳定性进一步探索[2-3]。

PPS纤维在极其恶劣的条件下仍能保持原有的性能：高温下，放置于除强氧化剂以外的酸、碱和盐中一周后仍能保持原有的抗拉强度，在200C以下不溶于任何溶剂，具有极好的耐有机溶剂性能，与号称“塑料之王”的聚四氟乙烯（PTFE）相近，能抵抗酸、碱、氯烃、烃类、酮、醇、酯等化学品的腐蚀，在200C以下不溶解于任何化学药剂，在250C以上仅溶于联苯、联苯醚及其卤代物，且抗蠕变性能极好，冷流动性为零，吸水率为0.008%。PPS纤维吸湿率低，在相对湿度为65%时，吸湿率为0.2%～0.3%，几乎全部是表面水分的作用，因而纤维的回潮率极低。PPS纤维还具有良好的耐磨性，在添加了一些填充氟树脂和碳纤维的润滑剂，更可大幅提高它的耐摩擦磨损特性。表现出优良的纺织加工性能可用于高温烟道或特殊热介质的过滤。

PPS纤维熔点达到285C，高于目前任何一种工业化生产的熔纺纤维;在氮气环境中，500C以下时基本无失重;在高温下具有高的强度保持率，在10000惰性气体中仍能保持40%的质量;将复丝置于200C的高温炉中，54d后断裂：强度基本保持不变。PPS纤维在高温下具有优良的强度、刚性及耐疲劳性，可在200～240C下连续使用，且在204C高温空气2000h后可保留90%的强度、5000h后保留70%、8000h后保留近60%的强度，在260C高温空气1000h后，保留60%的原强度。目前在承受高温作用方面，只有聚酰亚胺（PI）和PTFE可與之相提并论，而PI、FTFE在加工成型过程中往往会引起耐热性能的下降。本文主要是通过不同种类及浓度的酸、碱和强氧化物质，对聚苯硫醚纤维进行处理，并通过测定其力学性能的变化表征其化学稳定性，为后续聚苯硫醚纤维工业化应用及研究提供一定的参考。

1 实验部分

1.1 实验药品及仪器

聚苯硫醚纤维购买至于本地，实验过程中需要的浓盐酸、浓硫酸、浓磷酸、氢氧化钠和高锰酸钾等试剂均购于上海麦克林生化科技有限公司，实验过程中使用的蒸馏水均为去离子水。

实验需要用的表征仪器为YG004A/N型电子单纤维强力仪，加热仪器ZNCL-TS智能数显磁力搅拌电热套为上海越众仪器设备有限公司购置。

1.2 实验方法

每次实验取等量的聚苯硫醚纤维放入93℃不同浓度的酸性、碱性及强氧化性溶液中，处理一定的时间取出，用去离子水洗净常温风干待测。

聚苯硫醚纤维的力学性能按照国家标准GB/T14337-2008《化学纤维、短纤维拉伸性能试验方法》表征聚苯硫醚纤维化学处理前后的力学性能，以力学性能来表示聚苯硫醚纤维的化学稳定性。

2 结果与讨论

2.1 酸对聚苯硫醚纤维力学性能的影响

由表1可以看出，在93℃时不同浓度，随着盐酸和磷酸浓度及处理时间的增加，聚苯硫醚纤维断裂强力与断裂伸长保持率逐渐减小，尤其是在浓盐酸断裂强力保持率为95.68%，虽然有明显的降低，说明浓盐酸对聚苯硫醚纤维产生了明显的腐蚀作用，但断裂强力与断裂伸长保持率均保持在90%以上。随着硫酸浓度及处理时间的增加，聚苯硫醚纤维断裂强力与断裂伸长保持率虽然也逐渐减小，但影响较小，这与贺湘兵等[4]研究结果一致。

2.2 氢氧化钠对聚苯硫醚纤维力学性能的影响

根据表2氢氧化钠浓度（1%、10%、50%）及对聚苯硫醚纤维力学性能的影响，不难看出，氢氧化钠对聚苯硫醚纤维力学性能的影响并不大。

2.3 强氧化性物质对聚苯硫醚纤维力学性能的影响

在本次实验中，聚苯硫醚纤维力学性能随着高锰酸钾的浓度及处理时间的增大而减小，当高锰酸钾的质量分数为30%时，断裂强力保持率为90.12%，断裂伸长保持率91.54%，随着处理时间的增大断裂强力保持率和断裂伸长保持率均大幅度的降低，但均在90%以上，表明该聚苯硫醚纤维耐氧化性较好。

3 结论

实验探讨了93℃不同浓度及种类的酸性、碱性及强氧化性物质对聚苯硫醚纤维化学稳定性的影响，结果表明，硫酸与氢氧化钠，均不会对聚苯硫醚纤维化学力学性能有明显影响，但是磷酸、盐酸和高锰酸钾则较大，在实际应用过程中需要加以注意。

参考文献：

[1]叶光斗，唐国强.高性能聚苯硫醚（PPS）纤维的发展与应用[J].化工新型材料，2007（S1）：79-82.

[2]孙航，李志迎，贾曌.聚苯硫醚纤维的化学稳定性研究[J].化工新型材料，2016，44（03）：187-189+195.

[3]张振方，孔楠.聚苯硫醚纤维的研究现状与应用[J].成都纺织高等专科学校学报，2016，33（02）：170-173.

[4]贺湘兵，于斌，韩建，张琦，徐国平，丁新波.酸碱条件对聚苯硫醚纤维力学性能的影响[J].浙江理工大学学报，2011，28（02）：178-181.