聚苯硫醚(PPS)纤维具有优异的耐热性,耐化学性,阻燃性,电绝缘性和机械性能,可广泛应用于各种过滤器,电绝缘材料以及纸、帆、布等领域。随着近些年来对可纺材料的需求越来越大,对其各种性能也提出了更高的要求。
虽然 PPS 纤维是公认的具有较好耐腐蚀性的材料, 但由于在垂直于纤维轴的方向上只有较弱的分子间力起作用, 因此纤维经过摩擦后容易产生原纤维, 导致纤维强度降低并引起诸如破裂之类的问题。 另外,由于屈服作用可能会产生扭结带,因此它们的抗疲劳性也较差。 为了克服上述问题,全球各大企业从结构改性角度进行了深入研究。
自从 1965 年日本钟纺研制出了并列型自卷曲复合纤维以后,其它各种形式的复合纤维不断涌现,大致可分为芯鞘型、海岛型和等结构改性方式。结构的不同可赋予聚苯硫醚纤维不同的特性, 在生产过程中通常可根据需要进行各种结构的复合以提高聚苯硫醚纤维的性能。JP特开平1-229815率先公开了芯鞘型的聚苯硫醚纤维,芯成分A是能够形成各向异性熔融相的芳香族聚酯,皮成分B是含有80%重量以上的聚苯硫醚的复合纤维。
其保持了高强度,高弹性模量,尺寸稳定性,耐热性和耐化学性,这是由作为核心组分的熔融液晶聚合物制成的纤维的最重要特征。耐疲劳性得到了显著的改善,这是因为皮组分的存在使核组分压缩软化导致的。然而,作为皮组分的柔性热塑性聚合物的聚苯硫醚即使经过各种改性,与熔融液晶形成的聚酯亲和性也没有得到较大的提高。当进行热处理以使形成熔融液晶的聚酯固化以进一步增强聚苯硫醚时,聚苯硫醚则易结晶变脆,经常引起诸如在芯-皮组分界面处剥离的问题。为了提高复合纤维的耐剥离性,JP 特开2003-239137公开了一种海岛复合纤维,其中岛组分是熔融液晶形成聚酯,海组分是柔性热塑性聚合物聚苯硫醚,纤维截面中的纤维直径(R)与岛成分直径(r)满足r/R≤0.3,岛成分分散在整个纤维横截面中。本发明的复合纤维仅通过纺丝已具有足够的强度和弹性模量,并且显着改善抗原纤化性,耐磨性和抗疲劳性。
它可广泛用于一般工业材料,土木工程/建筑材料,运动应用,防护服,橡胶增强材料,电气材料(尤其是拉伸构件),声学材料,一般服装等领域。JP特开平9-310245A进一步介绍了制备芯鞘-海岛结构的复合纤维,其包括含有熔融液晶聚酯(A聚合物)的芯组分和含有柔性热塑性聚合物(B聚合物)的皮组分,使用芯鞘复合纤维,其中A聚合物和B聚合物在芯-鞘界面混合。B聚合物即可为聚苯硫醚。为了改善纤维的力学性能和耐磨性,在芯鞘结构的复合纤维中通过使用柔性热塑性聚合物(C)作为海岛组分。本发明中的海岛结构是指在纤维横截面中的基质海组分中存在数十至数百个岛的状态。 岛数可以通过改变 B聚合物和C聚合物的混合比、熔体粘度等来确定。 此种结构的复合纤维具有强度高,可纺性好,耐久性和尺寸稳定性优异等特点。
为了进一步改善PPS复合纤维在的耐磨性和耐化学性,JP特开2015-74853公开了一种具有特殊结构的海岛复合纤维。在海-岛状复合纤维中,两种或多种纤维截面不同的聚合物形成海岛结构,岛组分之间的距离 S 与岛组分直径 R 的比值为 0.02≤S/R≤0.10 ,其变化为岛成分之间距离的 1.0%~20.0%。 基于重量比,岛为 85%~95%,岛成分直径为0.2~10.0μm。 海岛纤维的一部分由液晶聚酯和/或聚苯硫醚构成。
其中岛成分密集排列,海成分层以网状形式均匀排列。 通过控制岛组分的排列增加岛组分和海组分的接触面积,以利于通过均匀的结构有效分散施加到界面的冲击力,实现诸如抑制海组分和岛组分之间的界面处的分离的效果。该结垢可以极大地提高耐用性,并且岛组分均匀地设置在纤维横截面中,从而使纺丝过程中纤维横截面中的应力分布均匀化。该复合纤维的单纤维纤度可达 1.0~15.0dtex,复合纤维的强度为 3.0cN /dtex 或更高。
经过近 40 年的快速发展,聚苯硫醚纤维制备工艺技术已经比较成熟,结构改性逐步成为研发的热点,而随着从节能、环保等对材料要求的不断提高,更高要求耐热、耐腐蚀的聚苯硫醚纤维将成为主要的发展方向。
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