張建偉,張　瑩,趙　帆，賈哲昆

(陜西省紡織科學(xué)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(xué)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(shù)、熱分解溫度、斷裂強(qiáng)度、體積比電阻和回潮率等進(jìn)行了測試分析。結(jié)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(yōu)良的電絕緣性能，適中的斷裂強(qiáng)度，回潮率較低，適用于針刺非織造技術(shù)，是一種理想的煙氣過濾材料。

關(guān)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(yè)的發(fā)展，產(chǎn)生的粉塵污染問題較為嚴(yán)重，是導(dǎo)致大氣污染和空氣質(zhì)量下降的主要因素，直接影響人們的身體健康。這些工業(yè)粉塵溫度高、含塵量大、成分復(fù)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(tǒng)計(jì)表明，安裝更換袋式除塵器是高溫?zé)煔獬龎m領(lǐng)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(guān)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(fā)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(jià)格高，制成的針刺氈價(jià)格也較高[3]；玻璃纖維盡管價(jià)格較低，但耐磨、耐折性能差，不能滿足要求；而PPS目前已國產(chǎn)化，性價(jià)比較高。本文對幾種可用于高溫過濾的纖維進(jìn)行了分析對比。

1實(shí)驗(yàn)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(fēng)式快速八籃烘箱(南通宏大實(shí)驗(yàn)儀器有限公司)；YG321型纖維比電阻儀(南通宏大實(shí)驗(yàn)儀器有限公司)；YG001A型纖維電子強(qiáng)力儀(太倉紡織儀器廠)；ON-1型燃燒性試驗(yàn)器(スガ試驗(yàn)機(jī)株式會社)

1.3測試方法

1.3.1極限氧指數(shù)的測定

參考GB/T 5454-1997 《紡織品 燃燒性能試驗(yàn) 氧指數(shù)法》測試?yán)w維的極限氧指數(shù)。

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(nèi)，當(dāng)連續(xù)兩次的稱重差異小于后一次稱重的0.1%時，計(jì)算試樣的烘前質(zhì)量與烘干質(zhì)量的差數(shù)，并求出對烘干質(zhì)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(yàn)方法》。測試過程中以通電1min的讀數(shù)作為被測纖維的電阻值。試驗(yàn)結(jié)果以2次平行試驗(yàn)結(jié)果的算術(shù)平均值表示。

1.3.4纖維斷裂強(qiáng)度

參考GB/T14337-2008《化學(xué)纖維 短纖維拉伸性能試驗(yàn)方法》。結(jié)果以測試50次的平均值表示。

2結(jié)果與討論

2.1極限氧指數(shù)

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(shù)是纖維材料在氧—氮混合氣體中點(diǎn)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(shù)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(shù)高達(dá)44%，其原因可能是PPS的分子鏈由苯環(huán)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(fā)電、冶金、鋼鐵、碳黑、水泥等行業(yè)的高溫?zé)煔膺^濾領(lǐng)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(dá)522℃，其原因有可能是PPS大分子主鏈上苯環(huán)與硫原子形成了共軛，且硫原子尚未處于飽和，經(jīng)氧化后可使硫醚鍵變?yōu)閬嗧炕晚炕?，或者是苯環(huán)和相鄰大分子形成氧橋支化或交聯(lián)，但并沒使主鏈斷裂，因此其熱穩(wěn)定性較為突出。

2.3斷裂強(qiáng)度

芳砜綸等幾種阻燃纖維的斷裂強(qiáng)度對比如表3所示。

表3　幾種阻燃纖維的斷裂強(qiáng)度對比

纖維的斷裂強(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，當(dāng)試驗(yàn)條件不變的情況下，影響纖維拉伸斷裂強(qiáng)度的主要因素有：(1)大分子聚合度，聚合度越高，強(qiáng)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(shù)就越多，纖維強(qiáng)度也就越高；(3)纖維結(jié)晶度，纖維大分子排列越規(guī)整，結(jié)晶度越高，大分子間的結(jié)合力越強(qiáng)，斷裂強(qiáng)度越高。從表3中可以看出，幾種阻燃纖維的斷裂強(qiáng)度中LOTAN纖維的強(qiáng)度最低，其原因可能是LOTAN大分子中沿纖維軸的排列是無規(guī)則的，由于晶體的不完整性導(dǎo)致了纖維分子鏈不能形成規(guī)則排列[8～9]，因此在受到外力拉伸后纖維斷裂，呈現(xiàn)出纖維強(qiáng)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(huán)共軛，同時由于高結(jié)晶度的束縛，使得整個聚合物呈現(xiàn)出非極性或弱極性的特點(diǎn)，因此其電絕緣性和介電性突出，是一種優(yōu)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(zhì)量占纖維干質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)，是纖維吸濕性能的指標(biāo)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?yàn)長OTAN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(tuán)，因此LOTAN纖維的吸濕性較高，回潮率較大；而PPS主鏈由苯環(huán)和硫原子交替排列組成，結(jié)構(gòu)中沒有親水基團(tuán)，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(xué)品過濾。

3結(jié)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(shù)和熱分解溫度，絕緣性突出，可用于高溫過濾領(lǐng)域。

2)聚苯硫醚纖維斷裂強(qiáng)度適中，回潮率較低，適用于針刺非織造成型技術(shù)。

參考文獻(xiàn)

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

中圖分類號：TS156

文獻(xiàn)標(biāo)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(xiàng)目：陜西省科學(xué)技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)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(chǎn)業(yè)用紡織品。