彭梓航，吳鵬飛，黃 慶

(1.東華大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，上海 201600；2.中國(guó)紡織科學(xué)研究院有限公司 生物源纖維制造技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100025)

聚苯硫醚(PPS)纖維是一種耐高溫、耐腐蝕的高性能纖維材料，其主要用于燃煤電廠的除塵過濾袋，在凈化空氣、治理大氣污染方面發(fā)揮了很大作用。我國(guó)PPS纖維的制備及應(yīng)用技術(shù)研究起步較晚，目前的應(yīng)用也僅限于袋式除塵領(lǐng)域。近年來，我國(guó)在PPS樹脂聚合技術(shù)方面取得了較大進(jìn)展，PPS樹脂的產(chǎn)能逐漸增大，但其應(yīng)用技術(shù)則亟待深入開發(fā)，纖維領(lǐng)域作為其應(yīng)用的一個(gè)重要分支也越來越引起行業(yè)的重視。作者在簡(jiǎn)要介紹PPS纖維發(fā)展概況的基礎(chǔ)上，對(duì)PPS纖維的制備方法、改性技術(shù)做了詳細(xì)的綜述，并總結(jié)歸納了PPS纖維的應(yīng)用前景。

1 PPS纖維的發(fā)展概況

PPS首次被發(fā)現(xiàn)于19世紀(jì)80年代西方化學(xué)家弗里德耳-克拉夫茨的一次化學(xué)實(shí)驗(yàn)副產(chǎn)物中，此后，PPS引起了科學(xué)界的廣泛關(guān)注[1-3]。PPS是一種由苯與硫交替連接形成主鏈的半結(jié)晶型高性能熱塑性樹脂(化學(xué)結(jié)構(gòu)式見圖1)，呈白色或近白色，結(jié)晶度最高可達(dá)70%，是一種可以熔融紡絲的成纖材料。

20世紀(jì)60年代，美國(guó)菲利普斯石油公司首次成功研制出纖維級(jí)別PPS樹脂，并實(shí)現(xiàn)了PPS短纖維的量產(chǎn)，注冊(cè)商品名為“Ryton”。20世紀(jì)80年代，日本的東洋紡公司、東麗公司等相繼開始研發(fā)出自己的PPS纖維產(chǎn)品，分別注冊(cè)商品名“Procon” 、“Torcon”[4-5]；21世紀(jì)初, 日本東麗工業(yè)公司收購(gòu)美國(guó)菲利浦公司的PPS短纖維事業(yè)部, 使日本東麗公司成為目前世界上PPS短纖維的最大生產(chǎn)廠商。國(guó)內(nèi)對(duì)PPS纖維的研究始于20世紀(jì)90年代，主要是針對(duì)PPS纖維紡絲工藝和性能開展了系列研究。2006年江蘇瑞泰科技有限公司成功引進(jìn)PPS短纖維生產(chǎn)的相關(guān)專利技術(shù),并建成了國(guó)內(nèi)首條4 kt/a PPS短纖維生產(chǎn)線，標(biāo)志著我國(guó)PPS短纖維工業(yè)化生產(chǎn)的開始。2007年，由中國(guó)紡織科學(xué)研究院與四川德陽科技股份有限公司合作的5 kt/a PPS纖維生產(chǎn)裝置建成投產(chǎn)，標(biāo)志著我國(guó)PPS纖維產(chǎn)業(yè)進(jìn)入快車道[6]。

國(guó)外PPS短纖維生產(chǎn)廠商雖多, 但因生產(chǎn)工藝難度高, 相關(guān)廠商或幾經(jīng)合并或退出市場(chǎng)。 美國(guó)菲利浦公司在20世紀(jì)90年代將PPS短纖維生產(chǎn)技術(shù)轉(zhuǎn)讓給日本東麗公司后就不再生產(chǎn)PPS短纖維。奧地利蘭精公司有1套PPS短纖維生產(chǎn)線，但由于日本東麗公司同蘭精公司簽署了歐洲市場(chǎng)分銷合同，蘭精公司承諾不再生產(chǎn)PPS短纖維。此外，日本帝人公司、德國(guó)拜耳公司都有類似產(chǎn)品銷售。因此，目前PPS短纖維生產(chǎn)技術(shù)幾乎全部掌握在日本幾家公司手中，壟斷了PPS短纖維的全球市場(chǎng)，產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的80%以上。而國(guó)內(nèi)在江蘇瑞泰科技有限公司、四川德陽科技股份有限公司等企業(yè)相繼停產(chǎn)停業(yè)后，PPS短纖維的產(chǎn)能有所降低，以四川安費(fèi)爾高分子材料科技有限公司、浙江新和成股份有限公司為代表的PPS短纖維生產(chǎn)企業(yè)成為目前我國(guó)PPS短纖維的主要供應(yīng)商。全球PPS短纖維主要生產(chǎn)廠家和生產(chǎn)能力見表1。

表1 全球PPS纖維主要生產(chǎn)廠家及生產(chǎn)能力Tab.1 Major global PPS fiber manufacturers and production capacity

目前由常規(guī)PPS短纖維為原料經(jīng)針刺(也可水刺或針刺加水刺)法和紡黏法制備PPS過濾材料，僅能夠滿足一般工業(yè)除塵的過濾要求，對(duì)于5 mg/m3的超凈排放標(biāo)準(zhǔn)，常規(guī)纖維濾料已無法滿足要求。一方面，纖維的細(xì)旦化可以有效解決過濾精度不足的難題，日本東麗公司、東洋紡公司等國(guó)外PPS生產(chǎn)企業(yè)早已開始進(jìn)行細(xì)旦PPS纖維制備技術(shù)及應(yīng)用技術(shù)開發(fā)，據(jù)公開資料顯示，日本東麗公司已有1.0 dtex的細(xì)旦PPS纖維產(chǎn)品公開銷售。另一方面，高強(qiáng)度PPS纖維作為提升除塵濾袋使用壽命的主要手段也是當(dāng)前PPS纖維的重要研究方向，以日本東麗公司PPS纖維產(chǎn)品特康?為例，其斷裂強(qiáng)度可達(dá)5.5 cN/dtex，大大提升了以其為原材料的濾袋產(chǎn)品的使用壽命。作為我國(guó)工業(yè)煙塵治理的主流技術(shù)，PPS纖維袋式除塵技術(shù)為我國(guó)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展提供了應(yīng)有的支撐。為更好地保護(hù)國(guó)內(nèi)PPS行業(yè)的持續(xù)正常發(fā)展，2020年10月，我國(guó)商務(wù)部決定對(duì)原產(chǎn)于日本、美國(guó)、韓國(guó)和馬拉西亞的進(jìn)口PPS實(shí)施保證金形式的臨時(shí)反傾銷措施，這對(duì)我國(guó)PPS行業(yè)的發(fā)展提供了短暫的緩沖期。面對(duì)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的PPS纖維行業(yè)，應(yīng)用于超凈排放領(lǐng)域的細(xì)旦PPS纖維產(chǎn)品及提高濾袋使用壽命的高強(qiáng)度PPS纖維產(chǎn)品的開發(fā)，將是我國(guó)PPS纖維生產(chǎn)企業(yè)提升產(chǎn)品水平、提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵。

2 PPS纖維的制備方法

2.1 常規(guī)熔融紡絲法

常規(guī)PPS纖維是采用纖維級(jí)PPS樹脂在300 ℃以上經(jīng)過熔融紡絲、熱拉伸和定型而獲得，工藝流程見圖2。

圖2 PPS熔融紡絲工藝流程Fig.2 PPS melt spinning process1—料斗；2—螺桿擠出機(jī);3—計(jì)量泵；4—紡絲組件；5—上油裝置；6，7，8—導(dǎo)絲盤；9—導(dǎo)絲裝置；10—卷繞裝置

PPS樹脂具有良好的可紡性必須要具備以下條件：(1) PPS樹脂為線性高相對(duì)分子質(zhì)量聚合物，由低相對(duì)分子質(zhì)量經(jīng)交聯(lián)提高黏度的PPS樹脂形成了支鏈結(jié)構(gòu)，破壞了高分子的線性狀態(tài)，不能用于紡絲；(2) 紡絲熔體熔融指數(shù)為每10 min 200～250 g,可紡性較好，若熔融指數(shù)太低，熔體黏度太大，流動(dòng)性差，黏彈性高，紡絲比較困難，若熔融指數(shù)太高，即相對(duì)分子質(zhì)量很低，成絲性能差，纖維力學(xué)性能較差；(3) 纖維級(jí)的PPS樹脂對(duì)雜質(zhì)的含量也有很高的要求，雜質(zhì)含量太高的PPS 樹脂在高溫紡絲過程中易形成交聯(lián)，給紡絲帶來困難，甚至?xí)袛嗉徑z，還會(huì)嚴(yán)重影響纖維的性能[7]，表征雜質(zhì)含量要求的指標(biāo)通常為灼燒殘?jiān)皳]發(fā)物，質(zhì)量較好的纖維級(jí)PPS樹脂灼燒殘?jiān)|(zhì)量分?jǐn)?shù)及揮發(fā)物質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.1%～0.3%[8]。

在PPS熔融紡絲過程中，在紡絲噴絲板下方采用環(huán)吹風(fēng)冷卻技術(shù)，可使熔體冷卻、絲條拉伸細(xì)化，延長(zhǎng)PPS熔體絲條冷卻固化時(shí)間，提高紡絲性能和纖維機(jī)械性能。在拉伸后處理工藝技術(shù)中，采用在高于PPS玻璃化轉(zhuǎn)變溫度條件下對(duì)PPS纖維實(shí)施高溫水/油浴、多級(jí)拉伸，以及多級(jí)、多溫區(qū)加熱松弛/緊張熱定型技術(shù)，可使PPS大分子鏈取向趨于完善，提高PPS纖維的取向、結(jié)晶度。P.L.CARR等[9]研究了PPS的紡絲行為，揭示了PPS纖維的結(jié)構(gòu)形態(tài)，發(fā)現(xiàn)PPS纖維的網(wǎng)格密度高，剛性鏈少。近年來，N.KATSUO等[10]從紡絲溫度、噴絲孔長(zhǎng)徑比的角度研究了PPS短纖維的紡絲條件，認(rèn)為PPS纖維的紡絲溫度一般可控制在310～340 ℃。K.TOMOTAKA等[11]通過多級(jí)拉伸探索了PPS 纖維拉伸條件,發(fā)現(xiàn)纖維結(jié)晶度隨拉伸倍數(shù)的增大而升高，認(rèn)為這主要是由拉伸的熱誘導(dǎo)結(jié)晶、拉伸熱效應(yīng)和應(yīng)力取向誘導(dǎo)共同促成的。S.TAKESHI等[12]研究了PPS纖維后加工過程中的熱處理?xiàng)l件,發(fā)現(xiàn)在一定溫度范圍內(nèi),隨著熱定型溫度的升高,結(jié)晶度增加,纖維抗張強(qiáng)度也會(huì)提高。T.YASUSHI等[13]通過在200 ℃下對(duì)加載一定預(yù)張力的PPS纖維進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間熱定型，明顯改善了纖維的力學(xué)性能。

纖維的結(jié)構(gòu)決定了纖維性能，對(duì)纖維的制備工藝、結(jié)構(gòu)及性能關(guān)系的研究是PPS纖維制備技術(shù)的研究重點(diǎn)，也是提升PPS纖維制備技術(shù)、改善產(chǎn)品性能的關(guān)鍵。肖為維等[14]研究發(fā)現(xiàn)，隨PPS熔體在305 ℃下停留時(shí)間增長(zhǎng)，大分子會(huì)發(fā)生交聯(lián)，擠出細(xì)流的黏彈性增大，拉伸性能下降，可紡性逐漸變差；PPS樹脂熔融真空處理和控制熔體在紡絲溫度下的停留時(shí)間是關(guān)鍵因素。吳樂等[15]采用國(guó)產(chǎn)PPS樹脂制備了PPS纖維，研究發(fā)現(xiàn)拉伸溫度為90℃時(shí)獲得的纖維性能最佳，纖維強(qiáng)度在熔點(diǎn)之下隨定型溫度的升高而提高。黃慶等[16]通過熔融紡絲法制備出具有不同結(jié)晶度的各向同性PPS纖維，分析了PPS纖維拉伸強(qiáng)度與拉伸定型工藝參數(shù)、結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，結(jié)果表明，適合于PPS纖維的拉伸溫度為90 ℃左右，適合于其熱定型的溫度為190 ℃左右。李文剛等[17]通過高速紡絲制得PPS全拉伸絲(FDY)，探索了紡絲溫度、拉伸溫度、紡絲速度等工藝參數(shù)對(duì)纖維結(jié)構(gòu)、性能的影響，發(fā)現(xiàn)在90～110 ℃時(shí)，隨著拉伸溫度的提高，F(xiàn)DY的相對(duì)強(qiáng)度逐漸降低；隨著拉伸倍數(shù)的增大或紡絲速度的增大，PPS 纖維相對(duì)強(qiáng)度增大。

常規(guī)熔融紡絲法是目前PPS纖維工業(yè)化生產(chǎn)的主流技術(shù)，目前市場(chǎng)上的PPS纖維產(chǎn)品主要是采用該技術(shù)生產(chǎn)。在生產(chǎn)過程中，需要注意的事項(xiàng)主要有：(1)PPS熔體的流動(dòng)性能；(2)噴絲板孔的尺寸(孔徑、長(zhǎng)徑比)；(3)紡絲(溫度、速度)對(duì)初生纖維的影響；(4)后拉伸、熱定型中溫度及速度的控制。常規(guī)熔融紡絲制備的PPS纖維主要為FDY及短纖維產(chǎn)品，其中市場(chǎng)上主要以短纖維產(chǎn)品為主。以PPS短纖維制備的無紡布過濾氈產(chǎn)品主要用于燃煤電廠的袋式除塵器；而PPS長(zhǎng)絲產(chǎn)品這些年也一直處于開發(fā)階段，其主要用于PPS過濾氈的基布等，但市場(chǎng)尚未得到普及。另外，采用常規(guī)熔融紡絲法制備的PPS纖維經(jīng)短切后得到的產(chǎn)品可用于制備PPS紙，其在電池隔膜領(lǐng)域具有一定的應(yīng)用前景。

2.2 熔噴紡絲法

PPS超細(xì)纖維的制備方法主要有熔噴紡絲法、靜電紡絲法、復(fù)合紡絲法等。

熔噴紡絲法是通過高溫高速氣流的噴射將聚合物熔體拉伸成纖維，該工藝的主要原理是聚合物放入擠出機(jī)并在擠出機(jī)內(nèi)熔融，熔體通過計(jì)量泵到達(dá)熔噴模頭，計(jì)量泵測(cè)量輸出到噴嘴的熔體流量，噴絲嘴是一排間距不到1 mm、直徑在0.2～0.4 mm的毛細(xì)管，在毛細(xì)管的兩側(cè)是進(jìn)氣孔，由此孔加入250～300 ℃的壓縮空氣，熔體在高壓熱氣流的噴射和拉伸作用下被高速細(xì)化成超細(xì)纖維，最終形成細(xì)小的纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)[18-20]。熔噴紡絲法的主要工藝原理見圖3。

圖3 PPS熔噴紡絲主要工藝原理Fig.3 Main process principle of PPS melt-blown spinning1—料斗；2—螺桿擠出機(jī);3—計(jì)量泵；4—紡絲組件；5—熱空氣；6—收集裝置；7—接收裝置

與其他紡絲方法相比，熔噴紡絲法由于具有成本低、纖維直徑細(xì)、工藝流程短、可以直接紡制成無紡織物等優(yōu)點(diǎn)，受到了國(guó)內(nèi)外極大的關(guān)注。YU Y等[21]通過熔噴紡絲法制備了超細(xì)PPS纖維，纖維細(xì)度為2～6 μm。胡寶繼等[22]對(duì)4種不同性能的PPS原料進(jìn)行篩選，發(fā)現(xiàn)熔融指數(shù)為每10 min 258 g的PPS具有較好的熔噴可紡性，并通過對(duì)紡絲工藝參數(shù)的優(yōu)化，得到PPS纖維直徑在2～5 μm。熊思維[23]通過熔噴紡絲法制備了直徑2 μm左右的超細(xì)PPS纖維，并通過熱軋和定長(zhǎng)熱定型提高纖維的力學(xué)性能及熱性能，最終得到的纖維拉伸強(qiáng)度達(dá)到34.5 MPa，且能在200 ℃高溫下長(zhǎng)時(shí)間保持尺寸穩(wěn)定。

熔噴紡絲法制備的PPS無紡布具有纖維細(xì)度小、無紡布孔隙率小的優(yōu)點(diǎn)，因此可以用于高精度的高溫腐蝕類氣、液體過濾領(lǐng)域。但熔噴紡絲法制備的PPS纖維斷裂強(qiáng)度較低，無紡布的耐沖擊性能較差，因此需與其他無紡布復(fù)合使用，這增加了產(chǎn)品加工流程，也限制了其應(yīng)用的擴(kuò)展。

2.3 靜電紡絲法

靜電紡絲法是無溶劑條件下制備超細(xì)纖維的新興技術(shù)。聚合物靜電紡絲的原理見圖4。

圖4 聚合物靜電紡絲工藝原理Fig.4 Polymer electrospinning process principle1—計(jì)量泵；2—高壓電源；3—注射器；4—毛細(xì)管；5—接收裝置(平板或圓筒)

聚合物在高溫下熔融，然后在高壓電產(chǎn)生的巨大靜電力作用下，聚合物熔體被極度拉伸，在拉伸過程中聚合物熔體同時(shí)固化成納米纖維[24-26]。相較于熔噴紡絲法，靜電紡絲法有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)易制備超細(xì)纖維，可實(shí)現(xiàn)非織造布高效過濾，而且直徑分布更加均一；(2)纖維尺寸可控，纖維直徑可以更細(xì)，纖維連續(xù)性好，其制備的材料具有更高的過濾精度。但靜電紡絲也有一定的局限性，也就是生產(chǎn)效率問題，要使靜電紡絲完全替代熔噴紡絲，關(guān)鍵技術(shù)就是提高靜電紡絲的生產(chǎn)效率，至少要提高一個(gè)數(shù)量級(jí)。

FAN Z Z等[27]利用自己設(shè)計(jì)的熔融靜電紡絲設(shè)備制備了超細(xì)PPS纖維，得到的纖維直徑小于8 μm，該超細(xì)纖維比市售的PPS短纖具有更高的儲(chǔ)能模量，可提供更好的拉伸強(qiáng)度和超過400%的斷裂伸長(zhǎng)率。AN Y等[28]采用靜電紡絲法制備了PPS超細(xì)纖維，通過向PPS中加入聚丙烯(PP)，在適合的紡絲電壓、紡絲溫度及適合的紡絲距離下制得了平均直徑為4.12 μm的PPS超細(xì)纖維，纖維的過濾效率提高了12.66%。

相比熔噴紡絲法，靜電紡絲法制備的PPS纖維直徑可以更細(xì)，其制備的材料具有更高的過濾精度，用于更高端的電子器件、精密過濾器材等領(lǐng)域。目前，靜電紡絲法制備PPS纖維尚處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，對(duì)相關(guān)原料、工藝、應(yīng)用技術(shù)的開發(fā)不足，距離實(shí)際應(yīng)用尚有不小差距。

2.4 復(fù)合紡絲法

復(fù)合紡絲法是由兩組分或多組分高聚物熔體分別通過同一噴絲組件，在組件內(nèi)的特定部位以一定方式匯合，從同一噴絲孔擠出成形得到復(fù)合纖維的方法。復(fù)合纖維按照纖維截面形狀分類可以分為共紡型(一塊噴絲板上有兩種獨(dú)立的品種絲)、并列型、皮芯型、裂片型、海島型等。其中，以兩組分紡絲為主，又稱雙組分復(fù)合纖維，兩組分可以是聚酯、聚酰胺、聚丙烯及各自的共聚物。由于兩組分復(fù)合形式不同，可賦予復(fù)合纖維不同的性能，并兼有兩種原料的優(yōu)點(diǎn)，提升制品性能及應(yīng)用范圍。

針對(duì)PPS復(fù)合紡絲技術(shù)的研究主要集中在兩個(gè)方面：一是提高纖維性能，降低生產(chǎn)成本；二是擴(kuò)展產(chǎn)品線，增加新品種。提高纖維性能主要通過皮芯復(fù)合紡絲，在芯層引入強(qiáng)度較高的聚酯、聚酰胺等原料，利用聚酯、聚酰胺等可以在拉伸后獲得較高強(qiáng)度的特點(diǎn)，通過紡絲拉伸達(dá)到提高PPS纖維強(qiáng)度的目標(biāo)；降低生產(chǎn)成本是通過引入價(jià)格較低的第二組分，有效降低纖維成本，提升產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。崔華帥等[29]采用PPS與高黏聚酯復(fù)合紡絲制備了皮芯型的PPS復(fù)合纖維，并研究了復(fù)合纖維的耐紫外、耐溫、耐腐蝕性能，結(jié)果表明，引入聚酯為芯層后的復(fù)合纖維斷裂強(qiáng)度可達(dá)6.0 cN/dtex，相比純PPS纖維，其耐溫耐酸堿等性能未下降。在擴(kuò)展產(chǎn)品線、增加新品種方面，如采用海島、裂片等方式制備PPS細(xì)旦纖維，擴(kuò)展纖維應(yīng)用領(lǐng)域。馬文娟等[30]通過復(fù)合紡絲制備PPS/聚酰胺6(PA 6)海島纖維，并用甲酸溶解PA 6基質(zhì)，所得的PPS超細(xì)纖維的直徑約為150 nm，結(jié)晶度為22%，高于純PPS纖維。萬艷霞等[31]通過復(fù)合紡絲制備PPS/PP海島復(fù)合纖維，利用二甲苯從混紡纖維中去除PP基體相來制備PPS超細(xì)纖維，結(jié)果表明，當(dāng)PPS/PP的質(zhì)量比從30/70增加到60/40時(shí)，PPS超細(xì)纖維的平均直徑從2 28 nm增加到408 nm，由于引入了PP，PPS的結(jié)晶能力得到提高，并且纖維線密度變大。

通過皮芯復(fù)合紡絲法、海島復(fù)合紡絲法等制備的PPS纖維在強(qiáng)度、細(xì)度等方面有了一定提升，可有效改善PPS纖維在應(yīng)用中遇到的使用壽命短、過濾精度低等問題，提升產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域。然而，PPS纖維制備中由于紡絲溫度較高，復(fù)合紡絲時(shí)對(duì)于第二組分原料選擇和設(shè)備有較高要求，生產(chǎn)技術(shù)難度較大，同時(shí)存在細(xì)旦纖維制備中需使用大量揮發(fā)性溶劑才能去除“海”組分，后續(xù)產(chǎn)品加工工序增加，甚至造成環(huán)境污染的不足。因此，目前相關(guān)產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用尚未見報(bào)道。

3 PPS纖維的改性技術(shù)

PPS纖維在耐紫外性能及抗氧化性能方面性能不足，耐溫方面在同類高性能纖維中處于弱勢(shì)，因此，通過原料改性或復(fù)合紡絲等方法，改進(jìn)不足，提高性能，增加功能性，可以較好地提升PPS纖維產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力，擴(kuò)展PPS纖維的應(yīng)用領(lǐng)域。目前，對(duì)于PPS纖維的改性研究主要在兩個(gè)方面即共混改性、結(jié)構(gòu)改性。

3.1 共混改性

共混改性即將兩種或兩種以上的高聚物材料、無機(jī)材料及助劑等在一定的實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行共混，形成共混物，并進(jìn)行紡絲得到共混纖維。共混纖維的性能是幾種復(fù)合材料的集合，如通過向PPS纖維中加入抗紫外光老化劑或加入多壁碳納米管(MWCNTs)、抗氧化劑等材料的方法來提高PPS纖維的光穩(wěn)定性、抗氧化性。

(1)光穩(wěn)定性

王升等[32]向PPS纖維中加入少量炭黑，研究炭黑的加入量對(duì)PPS纖維紫外光老化前后力學(xué)性能的變化，發(fā)現(xiàn)加入炭黑后，PPS纖維取向度降低、結(jié)晶度提高；加入炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%的改性PPS纖維耐熱性較好；經(jīng)紫外光照射192 h后, 與純PPS纖維相比, 其斷裂強(qiáng)度保留率提高30.3%,斷裂伸長(zhǎng)保留率提高41.4%，纖維抗紫外光老化性能得到改善。HU Z X等[33]研究了PPS/MWCNTs共混纖維的光穩(wěn)定性，與純PPS纖維相比，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的MWCNTs，PPS/MWCNTs共混纖維的光穩(wěn)定性顯著提高，其強(qiáng)度保持率從純PPS纖維的57.8%提高到77.3%。

(2)抗氧化性

由于PPS大分子的硫醚鍵能量相對(duì)較弱[34]，并且在高溫環(huán)境下，硫醚鍵易受到強(qiáng)氧化劑氣體的攻擊[35-36]，產(chǎn)生氧化、大分子交聯(lián)和鍵斷裂甚至降解，PPS纖維會(huì)變黃、變脆，從而降低其宏觀性能。針對(duì)以上缺點(diǎn)，LIAN D D等[37]將PPS與二氧化鈦(TiO2)、二氧化硅(SiO2)共混，利用熔融紡絲制備PPS/TiO2-SiO2共混纖維，并對(duì)其抗氧化性等性能進(jìn)行表征，發(fā)現(xiàn)共混纖維抗氧化性能得到了提高，并且可紡性、熱穩(wěn)定性和力學(xué)性能得到改善，拉伸強(qiáng)度保留率保持在80%以上。

3.2 結(jié)構(gòu)改性

結(jié)構(gòu)改性即在分子結(jié)構(gòu)上通過引入其他基團(tuán)，改變?cè)胁牧系男阅?。常見的PPS結(jié)構(gòu)改性方法如在PPS主鏈上引入其他基團(tuán)，或者在其側(cè)基上引入其他基團(tuán)，從而達(dá)到改性的目的。主鏈改性的主要產(chǎn)品如聚苯硫醚酰胺(PPSA)，側(cè)基改性的主要產(chǎn)品如聚苯腈硫醚(PPCS)。

(1)PPSA

PPSA是在PPS的主鏈上引入酰胺基團(tuán)(—CONH—)，通過引入該極性基團(tuán)，增加了材料的溶解性[38]。PPSA的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和熔點(diǎn)分別為103 ℃和305 ℃，熱分解溫度在420 ℃以上[39]，相較于純PPS都有很大的提高。周祚萬等[40]用硫脲為硫源，與4-氯-N-(4′-氯亞苯基)苯甲酰胺在極性有機(jī)溶劑中常壓縮聚，成功合成了PPSA，通過測(cè)試表明其為結(jié)晶性聚合物，具有良好的熱穩(wěn)定性。

(2)PPCS

PPCS則是在苯環(huán)的間位引入腈基(—CN)，由于新引入的基團(tuán)未在PPS主鏈上，因此PPS的眾多優(yōu)異性能得以保留，同時(shí)PPCS的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度從純PPS的85 ℃提高到167 ℃，熔點(diǎn)從285 ℃提高到400 ℃，熱分解溫度保持在500 ℃以上，纖維的熱穩(wěn)定性有了很大的提升[38]。同時(shí)，由于PPCS苯環(huán)上含有的重鍵極性基團(tuán)(—CN)，使其在耐高溫多功能高聚物材料方面可能存在優(yōu)異的性能[41]。

4 結(jié)語

隨著國(guó)家“十四五”規(guī)劃及2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要的推出，可以預(yù)見未來十幾年內(nèi)，創(chuàng)新研究是國(guó)家重點(diǎn)關(guān)注的領(lǐng)域。就PPS纖維而言，應(yīng)在原材料研發(fā)、紡絲工藝的優(yōu)化、產(chǎn)品的實(shí)際應(yīng)用方面進(jìn)行創(chuàng)新。一是拓展PPS纖維的應(yīng)用領(lǐng)域。目前PPS纖維的應(yīng)用仍集中在燃煤電廠的濾袋產(chǎn)品中，而在其他領(lǐng)域，雖然也了解到其優(yōu)異性能，但由于缺乏產(chǎn)品應(yīng)用技術(shù)的對(duì)口開發(fā)，產(chǎn)品與下游應(yīng)用脫節(jié)，因此，有針對(duì)性的開發(fā)系列PPS產(chǎn)品及其應(yīng)用技術(shù)，將是提升我國(guó)PPS纖維技術(shù)水平的重點(diǎn)方向。二是PPS纖維細(xì)旦化、高強(qiáng)化。由于我國(guó)PPS纖維企業(yè)起步較晚，對(duì)PPS纖維基礎(chǔ)研究跟進(jìn)不足，對(duì)細(xì)旦、高強(qiáng)化PPS樹脂、紡絲工藝及關(guān)鍵設(shè)備的研究投入不夠，而且企業(yè)本身的研發(fā)能力不足以支撐，因此，需要相關(guān)的原料生產(chǎn)企業(yè)、科研院所、生產(chǎn)企業(yè)等進(jìn)行聯(lián)合攻關(guān)，提升我國(guó)PPS纖維行業(yè)的整體實(shí)力。