聚苯硫醚纤维与聚醚砜纤维的结构与性能

聚苯硫醚纤维与聚醚砜纤维的结构与性能

姜细思1，林荣2，吴成燕1，占海华1＊

（1.绍兴文理学院，浙江绍兴312000；

2.烟台泰和新材料股份有限公司，山东烟台264000）

摘要：分别以聚苯硫醚（PPS）、聚醚砜（PES）切片为原料，在一位4头的熔融纺丝实验机上，制备了PPS及PES纤维，并对两者结构与性能的差异进行比较。结果表明：PPS和PES的初生纤维都具有光滑的表面，PES的流动性能比PPS差，表观黏度也比PPS要大；PPS纤维的玻璃化转变温度为90~ 100℃，结晶温度为130.09℃，熔融温度为279.56℃，初始热分解温度为500℃，半寿温度为625℃；PES纤维的玻璃化转变温度为225℃，初始热分解温度为460℃，半寿温度为600℃，没有结晶温度和熔融温度；PPS纤维为半结晶聚合物，结晶速率为0.045s-1，而PES纤维属于无定形或极低结晶度材料；PES纤维和PPS纤维都具有优异的热稳定性和阻燃性，都非常适合应用在阻燃及耐高温场合。

关键词：聚苯硫醚纤维；聚醚砜纤维；结构与性能

中图分类号：TQ342.793文献标志码：A文章编号：1001-7054（2013）11-0033-05

随着现代工业的不断发展，高温含尘废热烟气通常直接排放到大气中，这一大气污染对生态环境以及人们的健康造成了严重威胁，而研究如何去除这些高温含尘气体具有很大的现实意义。耐高温过滤材料也因此成为相关研究中的关键，在现实应用中，对这种材料也提出了越来越高的热性能以及力学性能的要求[1]。聚苯硫醚（PPS）纤维和近几年来刚刚兴起的聚醚砜（PES）纤维凭借耐热、不易燃、耐腐蚀和较强的力学性能成为该领域中被应用较多的两种高性能纤维。目前，已有关于PPS和PES纤维作为耐高温过滤材料的相关报道[2]，但对两者的微观结构及性能的研究还较少。

本文采用熔融纺丝法制得PPS、PES初生纤维，通过电子显微镜、热形变实验仪、热失重分析仪、DSC分析仪和结晶速度测量仪进行测试，研究了PPS纤维和PES纤维的形态结构和热性能，整理出相关试验数据，分析比较两种纤维的结构性能，得出这两种纤维的异同点，从而为其在不同领域的应用提供理论依据。

1试验

1.1材料

PPS树脂切片，四川德阳科吉高新材料有限公司产，密度1.35g/cm3，熔融黏度187Pa·s。PES 树脂切片，德国巴斯夫公司产，密度1.37g/cm3，熔体体积流动速率15mL/min。

1.2设备

张家港保税区万盛机械工业有限公司产真空干燥装置，干燥能力50kg/h。浙江舟山金湖机械有限公司产螺杆挤出机，直径为30mm，卧式，L/D＝28，交流变频调速控制方式。无锡兰华纺机公司产纺丝机。上海二纺机SW4S型卷绕头。

1.3工艺流程

切片干燥→熔融挤压→过滤→箱体→计量纺丝→上油→卷绕→成品。

1.4工艺条件

PPS纤维制备工艺条件：干燥温度150℃，干

收稿日期：2013-07-25修回日期：2013-10-30

作者简介：姜细思（1991—），女，在读本科生，主要从事化学纤维新材料的开发与研究。

*通讯联系人。

燥时间10~15h，真空度-1.5Pa；纺丝温度300~ 330℃；冷却风速度0.8m/s，温度20℃，湿度78%；卷绕速度800m/min。

PES纤维制备工艺条件：干燥温度150℃，干燥时间10~15h，真空度-1.5Pa；纺丝温度350~ 380℃；冷却风速度0.8m/s，温度20℃，湿度78%；卷绕速度800m/min。

1.5测试

1.5.1截面测试

采用SNG-3000型扫描电子显微镜，在温度为20℃、湿度为65%的恒温恒湿实验室进行纤维横截面和纵向表面的观察。测试方法是用Y172型纤维切片器分别切出各种单丝的横截面，制成切片（纵向可直接做成切片），然后用MCM-100溅射镀膜仪进行镀金，完成切片的最终制作，进行观察。

1.5.2取向度测试

采用SCY-Ⅲ型声速取向测量仪，测定每个试样在20cm和40cm处声音传播所需的时间。每个试样分别测试5次，得到声速取向因子、声模量和声波传播速度，计算取向度。

1.5.3热形变性能测试

采用GTS-Ⅲ型热形变性能测量仪进行测试。

1.5.4热失重（TG）曲线测试

采用TG/DTA6300型差动热分析仪，在氮气保护下，以10℃/min的速率从室温升至700℃。

1.5.5差示扫描（DSC）测试

采用Diamond DSC差式扫描量热仪，在250℃下退火60min，以10℃/min的速率冷却至室温；然后以10℃/min从室温加热到350℃，得到DSC 曲线，最后根据DSC曲线进行分析。

1.5.6结晶速率测试

采用GJY-Ⅲ型结晶速度测量仪，设置结晶温

度和熔融温度分别为110℃和360℃，接着取两个载玻片，把剪好的样品夹到载玻片中间，然后放在熔融台上融化。待样品完全融化后快速地将样品导入到测试炉内开始测试。

2结果与讨论

2.1截面形态

PPS纤维与PES纤维的横截面和纵向表面形态分别见图1~4。

由图1~4可知：PES纤维和PPS纤维的纵向都比较光滑，横截面都表现为规整的圆形；纤维的整体外观效果较好，表现为毛羽很少，粗细均匀，表面比较光滑，说明两种树脂具有较好的可纺性能。另外，上述两个图都是在同样的放大倍数下观察到的，但明显表现出PES的直径大很多，而在纺丝工艺控制中，PES的纺丝温度要比PPS高近50℃，这充分说明PES的表观黏度比PPS大得多。因为表观黏度大，从喷丝板出来的熔体丝束膨化效应图1放大1000倍下PPS纤维的横截面

图3放大1000倍下PPS纤维的纵向表面

图2放大1000倍下PES纤维的横截面

图4放大1000倍下PES纤维的纵向表面