纤维改性原理及产品设计（怎样增强PPS纤维的抗氧化性）

聚苯硫醚纤维(PPS)纤维具有较好的耐腐蚀、耐温、耐氧化、耐水解性能，其在袋式除尘领域，特别是在燃煤电厂的除尘技术中得到了广泛的使用。然而，相对国外使用PPS过滤材料比较稳定，滤袋寿命一般超过3万小时的实践，国内燃煤电厂袋式除尘技术应用中的PPS材质滤料却时常出现使用周期短、滤袋更换频繁等问题。究其原因，一方面是由于我国发电设备新旧不一，所用煤质良莠不齐，硫分高，致使烟道气体成分复杂，含氧量、温度高低不等原因所致。另一方面，是由于该纤维的抗氧化、耐腐蚀性能在高温状态下呈现耐化学性能下降，导致滤料纤维层因氧化或腐蚀而碳化失强，进而碎化、剥落导致滤袋失效。因此，业内实践证实，PPS材质的滤袋使用条件是较为严苛的：烟气中含氧量低于8%，烟气温度低于160℃；在160-190℃工况中，整个寿命期限内不得超过200小时，瞬时(≤5分钟/次)温度200℃，且在整个寿命期内不得超过3次。此外，PPS材质滤袋的使用对系统的漏风率及开停机次数也有严格的要求。也正因如此，相比燃煤锅炉工况更加复杂的垃圾焚烧、高炉煤气、水泥窑头等除尘领域，PPS材质滤料的应用受到了限制。

我们从纤维的分子结构上分析，PPS纤维的劣化失效主要因其高分子链在高温和强氧化剂作用下发生了断裂和降解，这种氧化作用主要发生在PPS分子结构中相对较为活泼的硫原子，其易被氧及氧化性物质氧化，使纤维分子结构发生变化，产生扭曲变形甚至断裂，从而使纤维强力下降、劣化失效。

为增强PPS纤维的抗氧化性，我们设计了以硼及其化合物为催化剂的氧化性有机酸液相改性体系，使PPS纤维分子中硫原子失去活性，分子链发生交联，赋予纤维优异的抗氧化性、耐温性及耐化学性。

2017年，我们将PPS纤维改性工艺定性后投入规模化生产，并注册商品名称“岱纶＠”。为进一步推广使用这种性能优异的纤维材料，作者作为本技术项目的实践者，将深入浅出地揭开所谓“改性PPS”的面纱，对产品进行诠释。

纤维改性原理及产品设计

提高PPS纤维的抗氧化性能，使其在高温、高含氧量及含氧化性物质的烟道气除尘工况长期稳定使用，关键在于需使其分子结构中相对活泼的硫原子失去活性。山东飞薄新材料科技有限公司经大量实验及研究发现：氧化性有机酸体系中，硼及其硼化物与PPS分子中硫原子进行反应后，可使PPS分子中硫原子外层电子得到饱和失去活性，与此同时，PPS分子链中苯撑基的2，3，5，6位的一个或多个与其他分子链中的苯撑基交联，使PPS纤维由线性分子转变成三维立体网状分子(图1)，由热塑性材料改性成为尺寸稳定、耐温性更高的热固性材料。

在上述原理的基础上，我们设计了基于硼及其化合物的氧化性有机酸溶液的液相改性体系，通过液相扩散方式实现PPS中长纤维的分子结构改变及高分子链间的交联，赋予纤维优异的抗氧化性及耐化学性，提高其耐热性能和尺寸稳定性的PPS纤维改性工艺。

具体工艺实施分为三个部分，即纤维溶胀、硼元素渗透改性、高温交联。纤维溶胀：通过有效溶剂，在液相体系中将PPS中长纤维溶胀，分子链间距增大，分子链排列发生松动；渗透改性：在上述体系中投入硼及其化合物的氧化性溶液，在保持一定温度、压力条件下进行液相强制循环，确保体系物料改性均一性，在此过程中PPS高分子链中硫醚键变化为砜基或亚砜基，同时分子链间进行了一定程度的交联；高温交联：上述物料经清洗喷加防静电剂等处理后，经加热器升温，完成纤维的进一步交联。