聚苯硫醚纤维在产业用纺织品中的应用

聚苯硫醚纤维在产业用纺织品中的应用

近年来，随着我国经济的快速发展，以能源和资源消耗为主的重工业也迅速发展。目前，中国是世界上最重要的钢铁、能源、水泥、煤炭、化肥、化工和有色金属生产国。报告显示在2016年,我国铁、钢材年产量分别为7.01亿吨和8.08亿吨。与此同时这种高能耗、高污染产业的发展给我国带来了严重的环境污染问题,大多数重工业排放的大气污染物以高温烟气为主,高温烟气中的烟尘类颗粒物作为主要抵制对象之一,对环境影响极大。国家已经对工业领域的各类锅炉、炉窑制定的排放值进行修订,并严格要求降低排放量。目前高温烟气排放控制技术已由电除尘技术逐步转变到以袋式除尘技术为主,袋式除尘技术能使烟气出口烟尘浓度小于30mg/m我国目前烟尘排放指标正与发达国家环保标准相接轨,而袋式除尘器为一种高效的除尘方式收尘率可达99%,并且被广泛应用于垃圾焚烧、发电厂、水泥行业、纺织印染行业等烟气治理系统,近些年,袋式除尘技术迅速发展,一些过去应用中遇到的耐高温、耐腐蚀、耐腐蚀、抗静电等技术问题逐渐得到有效解决,使得高温过滤材料得以飞速发展聚苯硫醚纤维主要用于特种功能的过滤材料,如水泥厂烟气过滤、热电厂的高温袋式除尘、垃圾焚烧的烟气过滤、电绝缘材料、耐辐射材料、阻燃材料、复合材料等领域。发展高新技术产业已成为我国未来重点发展战略,早在2005年国家将聚苯硫醚列入“十一五”规划重点项目;《产业用纺织品“十二五”发展规划》又将聚苯硫醚列为发展目标里,重点提出对聚苯硫醚树脂及纤维的结构和性能、加工工艺、纤维及制品设计等方面开展研究,在高温过滤袋材料生产方面取得阶段性突破,并解决了聚苯硫醚纤维规模化生产问题;《纺织工业“十三五”发展规划》中进一步提出,提升聚苯硫醚纤维高品质与差别化开发应用水平,以满足我国高温过滤材料日益增长的需求1聚苯硫醚纤维性能聚苯硫醚纤维(PPS),全称为聚亚苯基硫醚1.1耐有机溶剂性能聚苯硫醚纤维具有优良的化学稳定性,可以在恶劣的条件下保持原有的性能:高温条件下,放置在除强氧化剂以外的酸、碱和盐中一周,仍可以保持其原有的抗拉强度;低于200℃不溶于任何溶剂,聚苯硫醚纤维具有良好的耐有机溶剂性能,与聚四氟乙烯(PTFE)性能相近,不会与酸、碱、酮、醇、酯、氯烃、烃类等化学品发生作用;在250℃以上仅溶于联苯、联苯醚及其卤代物。1.2高温炉断裂强度聚苯硫醚纤维的熔点高达285℃,高于任何一种工业化生产的熔纺纤维;在氮气环境下,500℃以下基本无质量损失;在高温条件下仍具有较高的强度保持率;将复丝置于200℃的高温炉,54天后断裂强度基本保持不变。聚苯硫醚纤维在高温下具有优良刚性、强度和耐疲劳性等特点,可在200~240℃下连续使用,并且在204℃高温空气2000h后可保留90%的强度、5000h后保留70%、8000h后保留60%,在260℃高温空气1000h后保留60%的强度。耐汽蒸性良好,160℃高压釜汽蒸160h,强度保持率90%以上。目前只有聚酰亚胺(PI)和聚四氟乙烯(PTFE)可以在承受高温方面与之相提并论。1.3聚苯硫醚纤维的绝缘性聚苯硫醚纤维的介电常数为3.9~5.1,介电强度(击穿电压强度)为13~17kV/mm,绝缘性能优良,在高温、变频、高湿等条件下,聚苯硫醚纤维仍能保持良好的绝缘性。1.4《能标准》燃烧特性聚苯硫醚本身为结构型材料,按UL-94《塑料材料可燃性能标准》属于不燃;自身阻燃,极限氧指数可达34%~45%;在火焰上能燃烧,呈黄橙色火焰,离火自熄,发烟率较低;无须添加任何阻燃剂就可以达到UL-94V-0等级。1.5使用加标系统完全满足使用要求聚苯硫醚纤维相对其他几种高性能纤维,力学性能最优,性价比最高,完全满足使用要求;聚苯硫醚纤维耐磨性能优异,1000r/min时的磨耗量仅为0.04g,并且具有一定的自润性;聚苯硫醚纤维吸湿率极低,仅为0.2%~0.3%。2袋式过滤器集尘机的燃烧温度目前聚苯硫醚纤维主要应用于火力发电厂高温气体集尘所使用的耐热袋式过滤器袋式过滤器集尘机中的燃烧气体温度在140~170℃左右,聚苯硫醚纤维可长时间适用于这个温度范围。对于燃烧产生的SO2.1应用最广泛的方法纺粘法非织造布是非织造布生产技术中最成熟,产品应用最广泛的一种方法。纺粘法由于生产流程简单、效率高、性能优良和应用广泛的特点,符合了当今世界非织造产业发展趋势,在非织造布生产技术中占有主要地位2.2复合型高温过滤材料的制备由于普通过滤材料存在自身性能的限制,在高温条件下对超微粒子的过滤性能很难得到保证,所以采用特殊技术制备出复合型高温过滤材料,主要有以下几种。2.2.1聚苯硫醚纤维在玄武岩纤维滤料和滤料之间的分布不同质量比的聚苯硫醚纤维与玄武岩纤维(BF)混合、开松后,针刺加固制成复合过滤材料,具体工艺流程如图3所示。由于玄武岩纤维呈直线状,弯曲刚度高,分布均匀性较差,所以添加弯曲刚度较低的聚苯硫醚纤维后,提高滤料纤维的单纤化程度,改善滤料均匀性。聚苯硫醚纤维在玄武岩纤维的周围形成缠结,增强了表层纤维网的抱合强度,而且纤维贯穿滤料上下,有利于纤维与纤维、纤维与基材间的缠结;而且添加聚苯硫醚纤维可以有效减少滤料表层被刺断的纤维数,增加了基材中纤维缠结数目,改善了纤维与基材的缠结性能2.2.2高效过滤材料高压静电纺丝技术制备纳米芳纶纤维毡,与聚苯硫醚针刺非织造布复合后得到的高温高效过滤材料,对粒径低于1μm的超微粉尘具有良好的过滤性能。这种过滤材料对粒径在0.1~0.6μm之间超微粒子过滤效率达到99.9%,远远高于普通聚苯硫醚纤维毡的过滤效率2.2.3高温过滤材料芳砜纶和聚苯硫醚纤维具有优异的耐热、耐腐蚀性能,同时具有良好的力学性能,非常适合用于高温过滤材料,并且价格相对低廉。将聚苯硫醚纤维和PSA纤维按照一定比例共混,之后采用加工工艺为:纤维开松、混合→梳理成网→交叉铺网→预针刺→主针刺的方法,这种方法制得的聚苯硫醚芳砜纶非织造过滤材料具有耐高温、强度高、透气性好等特性,是一种优质过滤材料2.2.4质量配比共混纺丝聚苯硫醚树脂具有良好的成形性,但韧性和耐磨性相对较差,氟树脂有较好的耐磨性和韧性,所以将其按照一定的质量百分比共混纺丝(含氟树脂的质量百分比在0.05%~0.50%)后,可以得到理想产品。分子间层状结晶结构在受到摩擦力和剪切力时,会剥离形成薄片状结晶,进一步在纤维表面形成一层薄膜,这层薄膜在纤维与对摩面之间起到一定的润滑作用,使得聚苯硫醚纤维的耐疲劳性和耐摩擦大大增强,纤维摩擦因素及磨耗量得到明显改善2.2.5复合滤料对过滤性能的影响聚苯硫醚纤维在反复针刺后经过聚四氟乙烯乳液涂层处理,有利于过滤性能的改善,经过涂层处理后的滤料纤维之间形成缠结,复合滤料表面附着物明显增加,纤维间空隙变小,提高了过滤性能。由于PTFE几乎不与任何化学试剂发生反应,因此提高了滤料的抗腐蚀性2.2.6聚苯硫醚熔融纺丝工艺聚苯硫醚纤维本身流动性较差,无法应用于熔融纺丝技术,但聚苯硫醚与炭黑共混熔融挤出后,改善了聚苯硫醚的流动性能,使聚苯硫醚熔融纺丝成为可能,同时在纺丝加工生产过程中减少了毛丝和断头率,表现出良好的纺丝性能,并使纤维获得良好的导电性能。聚苯硫醚纤维的共混改性在保持原来优良性能的基础上,克服缺点,改善性能,使聚苯硫醚得到更广泛的应用2.3空气过滤材料采用空气变形技术研制出的一种强度较高、表面同时又具有刚柔性的毛圈、毛羽的仿天然纤维聚苯硫醚空气变形丝,如图4所示,由此制得具有较高强度,对空气中的粉尘具有良好的捕捉性、吸附性、剥离性,能基本满足锅炉、发电等重工业尾气处理用滤袋需求的过滤材料。该产品表面有细密稳定的丝圈和毛羽,如图5所示,这种线圈和毛羽可形成较大的粉尘粒子储存室来吸附容纳粉尘,粗糙的表面更易于捕集大量的微细粉尘粒子,同时,纱线表面的丝圈使纤维间产生微小得距离,也可容纳一定量的微细粉尘粒子,两者结合增加了过滤面,提高了过滤效率2.4网预针刺主针刺热风采用针刺工艺制备的聚苯硫醚针刺毡过滤材料,其工艺流程为:开松→梳理→铺网→预针刺→主针刺→热轧。这种工艺生产的聚苯硫醚针刺毡,耐高温性能优良,同时还有独特的抗腐蚀性能。聚苯硫醚针刺毡滤料耐温性良好,瞬时耐温240℃,长期耐温190℃,是一种耐酸碱、耐高温、抗水解性能极好的高温滤料2.5布长丝损伤问题针刺水刺复合工艺是先将聚苯硫醚短纤铺在聚苯硫醚长丝基布两侧,经过预针刺机后,再经过水刺加固,利用高速水流的冲击作用带动纤维形成缠结,最终得到具有高过滤精度和高强力的滤料。采用更现代化的针刺水刺复合工艺代替现在普遍使用的针刺工艺生产聚苯硫醚滤料。水刺技术形成的柔性缠结可以解决普通针刺工艺中带钩的刺针对聚苯硫醚基布长丝造成的损伤问题,克服了针刺复合过程中大量长丝被切断而造成滤袋强度下降的难题;克服由于刚性刺针上下往复运动与柔性纤网的连续水平运动给产品表面留下针痕等难题。与传统针刺聚苯硫醚滤料相比,这种工艺制作的聚苯硫醚滤料过滤精度和过滤效率都大幅提高,对粒径在2.5μm以下的微细粒子的过滤效率更是达到了100%,同时力学性能和透气性也更为出色,完全可以满足燃煤电厂对粉尘排放浓度限制的要求。针刺水刺复合聚苯硫醚滤料的生产工艺流程如图6所示。针刺水刺复合的聚苯硫醚滤料的过滤效率远远高于普通的聚苯硫醚滤料,这主要是因为使用的水针代替刚性的刺针会使滤料表面孔隙的孔径变小,同时不会对纤维产生严重损伤,而普通针刺针柄直径大于水针,靠刚性刺针对纤维层进行上下反复穿刺,对纤网损伤较大,水刺滤料表面孔隙的孔径在20μm,而针刺滤料孔隙的孔径则在40μm,孔隙的孔径越小,捕捉微细颗粒的能力就越强。与目前普遍采用的针刺滤料相比厚度较低,透气性更低过滤精度更高。因此,复合水刺滤料厚度较低针刺水刺复合聚苯硫醚滤料更适用于治理目前日益严重的环境问题2.6拉伸、热定形覆膜滤料是将PTFE微孔薄膜贴合于聚苯硫醚针刺毡表面而制成的。PTFE微孔薄膜是以分散的PTFE树脂粉为原料,经过挤出、压延、纵横向拉伸、热定形后制得的。而聚苯硫醚针刺毡作为结构支撑,利用针刺工艺制作成毡,再经热定形、烧毛轧光,最后与PTFE微孔薄膜利用拉力和高温复合,所得覆膜滤料表面光滑,清灰效果好,压力损失稳定,其薄膜的致密性大大地降低了粉尘排放浓度,更适用于对粉尘排放要求较高的场合3聚苯硫醚纤维用于印刷废水和废水的应用3.1含硫化合物的烟气排放严重影响人体的正常生活目前,我国最主要的大气污染物是烟尘及二氧化硫,而空气中的烟尘和二氧化硫主要来源是工业锅炉的废气排放。在锅炉使用过程中,含有大量含硫化合物的烟气排放到空中,使我国酸雨覆盖率达到近30%,严重影响人们身体健康和日常生活。如何解决这一难题,是我国工业化发展路上的一大挑战,而随着耐高温防酸过滤材料的研发,这一问题逐渐得到解决对印染锅炉排放的高温烟气进行成分分析,烟气气体成分主要为HCl、SO3.2超细过滤材料目前,纺织业是我国用水量最大的产业之一用于处理印染废水的非织造滤料,是一种由三维随机杂乱排列的纤维组成的紧密黏合的材料,其具有的网状结构,加强了废水过滤时的分散效应,使废水中的悬浮颗粒物有更多的机会与单纤维碰撞和被黏附,因此能更高效分离颗粒物,同时也能进一步提高载体相的流动速度,加快了过滤速度熔喷法制得的非织造布,纤维超细,能有效降低过滤阻力,同时具有超高过滤精度,是精细过滤的理想材料。用熔喷法制得的滤芯形式的聚苯硫醚非织造布,孔隙结构可控,孔隙率高,耐腐蚀,