纖維改性原理及產(chǎn)品設(shè)計(jì)（怎樣增強(qiáng)PPS纖維的抗氧化性）

聚苯硫醚纖維(PPS)纖維具有較好的耐腐蝕、耐溫、耐氧化、耐水解性能，其在袋式除塵領(lǐng)域，特別是在燃煤電廠的除塵技術(shù)中得到了廣泛的使用。然而，相對(duì)國(guó)外使用PPS過濾材料比較穩(wěn)定，濾袋壽命一般超過3萬小時(shí)的實(shí)踐，國(guó)內(nèi)燃煤電廠袋式除塵技術(shù)應(yīng)用中的PPS材質(zhì)濾料卻時(shí)常出現(xiàn)使用周期短、濾袋更換頻繁等問題。究其原因，一方面是由于我國(guó)發(fā)電設(shè)備新舊不一，所用煤質(zhì)良莠不齊，硫分高，致使煙道氣體成分復(fù)雜，含氧量、溫度高低不等原因所致。另一方面，是由于該纖維的抗氧化、耐腐蝕性能在高溫狀態(tài)下呈現(xiàn)耐化學(xué)性能下降，導(dǎo)致濾料纖維層因氧化或腐蝕而碳化失強(qiáng)，進(jìn)而碎化、剝落導(dǎo)致濾袋失效。因此，業(yè)內(nèi)實(shí)踐證實(shí)，PPS材質(zhì)的濾袋使用條件是較為嚴(yán)苛的：煙氣中含氧量低于8%，煙氣溫度低于160℃；在160-190℃工況中，整個(gè)壽命期限內(nèi)不得超過200小時(shí)，瞬時(shí)(≤5分鐘/次)溫度200℃，且在整個(gè)壽命期內(nèi)不得超過3次。此外，PPS材質(zhì)濾袋的使用對(duì)系統(tǒng)的漏風(fēng)率及開停機(jī)次數(shù)也有嚴(yán)格的要求。也正因如此，相比燃煤鍋爐工況更加復(fù)雜的垃圾焚燒、高爐煤氣、水泥窯頭等除塵領(lǐng)域，PPS材質(zhì)濾料的應(yīng)用受到了限制。

我們從纖維的分子結(jié)構(gòu)上分析，PPS纖維的劣化失效主要因其高分子鏈在高溫和強(qiáng)氧化劑作用下發(fā)生了斷裂和降解，這種氧化作用主要發(fā)生在PPS分子結(jié)構(gòu)中相對(duì)較為活潑的硫原子，其易被氧及氧化性物質(zhì)氧化，使纖維分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，產(chǎn)生扭曲變形甚至斷裂，從而使纖維強(qiáng)力下降、劣化失效。

為增強(qiáng)PPS纖維的抗氧化性，我們?cè)O(shè)計(jì)了以硼及其化合物為催化劑的氧化性有機(jī)酸液相改性體系，使PPS纖維分子中硫原子失去活性，分子鏈發(fā)生交聯(lián)，賦予纖維優(yōu)異的抗氧化性、耐溫性及耐化學(xué)性。

2017年，我們將PPS纖維改性工藝定性后投入規(guī)?；a(chǎn)，并注冊(cè)商品名稱“岱綸＠”。為進(jìn)一步推廣使用這種性能優(yōu)異的纖維材料，作者作為本技術(shù)項(xiàng)目的實(shí)踐者，將深入淺出地揭開所謂“改性PPS”的面紗，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行詮釋。

纖維改性原理及產(chǎn)品設(shè)計(jì)

提高PPS纖維的抗氧化性能，使其在高溫、高含氧量及含氧化性物質(zhì)的煙道氣除塵工況長(zhǎng)期穩(wěn)定使用，關(guān)鍵在于需使其分子結(jié)構(gòu)中相對(duì)活潑的硫原子失去活性。山東飛薄新材料科技有限公司經(jīng)大量實(shí)驗(yàn)及研究發(fā)現(xiàn)：氧化性有機(jī)酸體系中，硼及其硼化物與PPS分子中硫原子進(jìn)行反應(yīng)后，可使PPS分子中硫原子外層電子得到飽和失去活性，與此同時(shí)，PPS分子鏈中苯撐基的2，3，5，6位的一個(gè)或多個(gè)與其他分子鏈中的苯撐基交聯(lián)，使PPS纖維由線性分子轉(zhuǎn)變成三維立體網(wǎng)狀分子(圖1)，由熱塑性材料改性成為尺寸穩(wěn)定、耐溫性更高的熱固性材料。

在上述原理的基礎(chǔ)上，我們?cè)O(shè)計(jì)了基于硼及其化合物的氧化性有機(jī)酸溶液的液相改性體系，通過液相擴(kuò)散方式實(shí)現(xiàn)PPS中長(zhǎng)纖維的分子結(jié)構(gòu)改變及高分子鏈間的交聯(lián)，賦予纖維優(yōu)異的抗氧化性及耐化學(xué)性，提高其耐熱性能和尺寸穩(wěn)定性的PPS纖維改性工藝。

具體工藝實(shí)施分為三個(gè)部分，即纖維溶脹、硼元素滲透改性、高溫交聯(lián)。纖維溶脹：通過有效溶劑，在液相體系中將PPS中長(zhǎng)纖維溶脹，分子鏈間距增大，分子鏈排列發(fā)生松動(dòng)；滲透改性：在上述體系中投入硼及其化合物的氧化性溶液，在保持一定溫度、壓力條件下進(jìn)行液相強(qiáng)制循環(huán)，確保體系物料改性均一性，在此過程中PPS高分子鏈中硫醚鍵變化為砜基或亞砜基，同時(shí)分子鏈間進(jìn)行了一定程度的交聯(lián)；高溫交聯(lián)：上述物料經(jīng)清洗噴加防靜電劑等處理后，經(jīng)加熱器升溫，完成纖維的進(jìn)一步交聯(lián)。