芳砜纶的市场开发与应用

　2007年第5期　　　　　　　　　　　　产业用纺织品　　　　　　　　　　　　　　　　　综述

芳砜纶的市场开发与应用

任加荣　汪晓峰　张玉华　　(上海特安纶纤维有限公司, 上海, 200336)

摘　要:介绍了耐高温芳砜纶的一些主要性能, 、阻燃性、电绝缘性等, 并

从防护制品、摩擦密封材料等角度诠释了芳砜纶的应用领域。

关键词:, 应用

中图分类号:152719　　　文献标识码:A 　　　文章编号:1004-7093(2007) 05-0001-06

　　上海特安纶纤维有限公司是上海纺织(集团) 有限公司的全资企业, 其主要产品为芳砜纶(商品名T ANLON ) 。芳砜纶是上海市纺织科学研究院和上海市合成纤维研究所经多年研制开发的拥有独立自主知识产权的有机耐高温纤维。芳砜纶属于芳香族聚酰胺类耐高温材料, 芳砜纶的问世填补了我国耐250℃等级合成纤维的空白。芳砜纶在国防军工和现代工业上有着重要的用途, 是我国急需的高科技纤维。目前类似的纤维只有少数几个发达国家才能生产, 是国家科技水平和实力的象征。

从重要战略物资和产业新材料核心技术的角度出发, 发展有机耐高温纤维迫在眉睫并已列入国家“十一五”科技产业重点领域指南。在国家有关部门的支持下, 上千吨级的芳砜纶的生产线正在建设并即将建成投产。芳砜纶将作为高科技的基础材料进行产业化, 最终形成并推动以芳砜纶原料为龙头的从原料到复合高性能材料的高科技产业链的发展。

二甲酰胺纤维, 具有优良的耐热性、热稳定性、高温尺寸稳定性、阻燃性、电绝缘性及抗辐射性, 同时具有良好的物理机械性能、化学稳定性和染色性。1. 1　耐热性能和热稳定性

我国科技人员在研制芳砜纶时, 改变了国际上

　　　　　表1　芳砜纶的耐热性能及其与同类

产品的比较项　　目

强度保持率(热稳定性) /%　　250℃热空气处理100h 　　300℃热空气处理100h 　　350℃热空气处理50h 　　400℃热空气处理50h 强度保持率(耐热性) /%　　200℃　　250℃　　300℃　　350℃分解温度/℃失重率/%　　分解温度下　　400℃　　500℃长期使用温度/℃热收缩率/%　　沸水　　300℃空气

[1**********]1. 00. 312. 42500. 5～1. 02. 0

906540

90805515

7850～60

芳砜纶芳纶1313

破坏破坏

破坏

4141. 5015. 752103. 08. 0

1　芳砜纶的性能

芳砜纶属于对位芳纶系列, 学名为聚苯砜对苯

收稿日期:2007-03-29

作者简介:任加荣, 男, 1950年生, 工程师。从事特种纺织品的开发研究。

—1—

综述　　　　　　　　　　　　　　　　　产业用纺织品　　　　　　　　　　　　　　总第200期　其他公司所采用的以间苯二胺为第二单体的传统工艺路线, 创造性地引入了对苯结构和砜基, 使酰胺基和砜基相互连接对位苯基和间位苯基构成线性大分子。由于大分子链上存在强吸电子的砜基基团, 通过苯环的双键共轭作用, 使其分子结构比间位芳香族聚酰胺纤维(芳纶1313) 具有更优异的耐热性、热稳定性与抗热氧化性能(表1) 。芳纶1313在全球有机耐高温纤维市场上占垄断地位。

率高达8%, 而芳砜纶在相同条件下的热收缩率分别仅为0. 5%～1. 0%和2. 0%, 其高温尺寸稳定性比芳纶1313好得多。在采用DuPont 公司No mex 制备消防服和特种军服时, 往往要加入另一种价格更贵的低收缩纤维, 以保持受热时服装平整, 而若使用芳砜纶则无须添加其他组分。1. 3　阻燃性

。纤维在燃烧时不, , 极少有阴燃, (2) 。通常情况下, 芳砜纶织物的阴燃和续燃时

由表1可见, 芳砜纶可在250℃的温度下长期使用, 其耐热性和热稳定性优于芳纶1313。1. 2　高温尺寸稳定性

芳纶1313差, , 棉

18

间、损毁长度等指标, 均能满足各种不同热防护服对于阻燃的要求。

湿纺酚醛

28～30

表2　芳砜纶的限氧指数(LO I) 及与其他纤维的比较

粘胶

19

聚酯

20

羊毛

25

Kevlar 26

Kevlar 24924. 5

熔纺酚醛

36

芳纶1313

25～28

芳砜纶

33

　　芳砜纶和芳纶1313都属难燃纤维, 但芳砜纶的LO I 值高达33, 比芳纶1313高5个百分点, 阻燃性更佳。1. 4　电绝缘性能

1. 7　染色性能

与芳纶1313相比, 芳砜纶具有良好的染色性能。一般情况下芳纶1313不可染, 只有在加入一种有毒载体后可勉强上色, DuPont 公司为此开发了有色纤维, 不但色彩较少, 而且价格非常昂贵, 因而严重制约了其在防护服上的应用。而芳砜纶在常用的高温高压条件下即可染色, 面料的后整理成本较低, 在防护服领域应用十分适合。

芳砜纶具有良好的电绝缘性能。01143mm 芳

13砜纶绝缘纸的绝缘电阻ρ=4. 49×10Ω・c m , V 12ρ=6. 04×10Ω・c m; 击穿电压2. 9kV; 击穿电压S

强度19. 59k V /mm;铜管击穿电压2. 12k V; 介电常数ε=1. 79, 介电损失正切tg δ=0. 18。1. 5　化学稳定性

2　芳砜纶的应用

芳砜纶的加工性能良好, 可用普通设备加工成纱线、机织布、针织布、非织造布和绝缘纸等。其产品主要用于防护制品、过滤材料、电绝缘材料、摩擦密封材料和其他工业织物。2. 1　防护制品

芳砜纶具有较强的耐酸性和较好的稳定性。该纤维经80℃、30%浓度的硫酸、盐酸、硝酸处理后, 除硝酸使纤维强力稍有下降外, 其余均无明显影响。在同样温度下, 以20%浓度的Na OH 水溶液处理后, 其纤维强力损失60%以上。除了几种强极性有机溶剂(如DMAc 、DMF 、DMS O 、六磷胺、N 2甲基砒咯烷酮) 以及浓硫酸以外, 一般在常温下

采用芳砜纶特种纤维加工而成的面料和服装具有永久的防火隔热功能, 在高温高湿等恶劣气候条件下始终能保持足够的强度和服用性能; 遇火及

对各种化学品均能保持良好的稳定性。1. 6　耐辐射性能

芳砜纶具有较好的耐辐射稳定性。在Co 丙种射线照射下, 纤维经5×10～1×10rad 的剂量辐照后, 强力和伸长均无明显变化; 在1×10rad 时, 强力稍有下降; 而在1×10rad 时, 纤维强力显著下降, 且纤维色泽也发生明显变化。—2—

9

8

6

7

60

高温下不会产生融滴, 面料尺寸稳定, 不会强烈收缩或破裂; 具有耐磨损、抗撕裂、重量轻和穿着舒适等综合特性。因此, 芳砜纶新型防护制品不仅可作为特种军服被大量使用, 更被广泛使用于各类宇航服、消防服、警用镇暴服、赛车服、石油化工防火工

　2007年第5期　　　　　　　　　　　　产业用纺织品　　　　　　　　　　　　　　　　　综述作服、森林工作服和电工服等众多行业的专业服装及其配套产品, 同时也在宾馆用纺织品及救生通道材料、防火毯、防火手套、儿童睡衣及床上用品等一般民用市场上占据一席之地。2. 1. 1　特种军服

员用的其他物品, 如内衣、头盔、鞋靴、手套。除阻燃性外, 所有消防服装还应具有抗切割、抗穿刺、不妨碍行动自由、防水、合身、质轻和耐用等性能, 芳砜纶利用其本身的优良性质, 再适当与其他纤维混纺或后整理即可满足以上提及的各种需要。

在热防护服的使用过程中, 一般是织物的某一面去迎接火焰, , 在消防员进出火, , , 这就要求织物能, 即需要考。对芳砜纶织物进行TPP (Ther mal Pr otective Perf or mance ) 的测试, 其结

在我国的军需装备中, 有机耐高温纤维的用量很大, 主要用于特种作战部队的耐高温阻燃迷彩作战服、防护服、空军抗荷服、代偿服、抗浸服等。军队制服, 如坦克等战车制服、飞行制服、舰艇制服等, 都需大量采用有机耐高温纤维。

自从芳砜纶诞生后, 织物, 空代偿服等。, 认, , 保证飞行安全; 穿着舒适, 适体性好; 具有透气性能; 可减少飞行员的体力消耗。

随着我国经济的不断发展和我军装备能力的不断提高, 高性能阻燃纤维的需求亦不断增加, 芳砜纶在军队防护服中的成功应用展现了其广阔的市场前景。

2. 1. 2　专业服装及其配套产品

(1) 消防服

果与No mex 织物的防热性能相当。芳砜纶的烧透实验结果说明, 正面与背面存在很大的差异(正面是指织物与火焰接触的一面, 背面则是不与火焰接触的一面) 。在火焰对织物的一面进行灼烧时, 没有使织物点燃或烧破, 且由于芳砜纶的熔点比较高, 灼烧没有使织物熔化, 所有的烧透长度都为0, 这说明芳砜纶织物抵挡烧透性能比较好, 是制作消防服的理想材料。

消防服采用芳砜纶后, 可大大提高阻燃隔热材料的国产化程度; 集阻燃、隔热、防水、透气和舒适等多种功能为一体, 使消防战士穿着后倍感舒适、轻软和贴身; 可减轻消防服的整体重量(每套小于3. 5kg ) , 保障广大消防战士的生命安全。

(2) 电弧防护服

在各类阻燃防护制品中, 消防人员的成套防护服理所当然地受到特别重视。根据美国NFP A 21971～2000标准、欧洲EN 2469标准和我国国家消

防灭火防护服新标准, 消防服由表面层、防水透气层、阻燃隔热层和舒适层4层组成(图1)

。

电弧虽然可能只有几分之一秒的时间, 但其危害性却非常严重, 除造成人员触电而死亡外, 电弧还会引起严重灼伤。大多数实例显示, 许多和电弧有关的受伤事故都是由衣服燃烧所引起的。在发达国家, 电弧防护服一般采用Nomex ШA 织物。Nomex ШA 防护服能抵抗高热和火焰, 可避免因

电弧爆炸而震裂, 可减少纤维摩擦产生静电和起火的危险。芳砜纶混纺织物也可提供如Nomex ШA

1———表面层; 　　　2———防水透气层; 3———阻燃隔热层; 　4———舒适层

一般的防护特性, 且具有更佳的性价比, 是新型高效电弧防护服的理想面料。

(3) 耐高温工作服

图1　消防服的面料结构

由于芳砜纶没有熔点, 在400℃以上高温下分解, 但不熔融、不收缩或仅呈微小收缩; 离焰后立即自熄, 无阴燃或余燃现象, 适于耐温要求最高的防火外层布以及成毡后做隔热层, 也可制作成消防人

在现代工作环境中, 如钢铁厂、炼焦厂等高温作业人员, 面对极高温的工作条件, 如果没有工作防护服, 根本无法工作。据报道, 在丙烷瓦斯大火的实验条件下, 穿着纯棉织物的人, 只要4～5s 人

—3—

综述　　　　　　　　　　　　　　　　　产业用纺织品　　　　　　　　　　　　　　总第200期　体皮肤的受伤面积就高达97%, 几乎没有存活的可能性。应用芳砜纶试制的防护工作服, 在试验中耐用时间大大增加, 初步的应用试验取得了满意的结果。

2. 1. 3　一般民用产品

(1) 防火毯

资少, 适应性强, 不受比电阻等性能的影响, 不会造成二次污染, 便于直接回收干料且管理方便, 占地面积小, 是一种很有发展前途的除尘方法。

芳砜纶是制作袋式除尘器配套滤袋的优良材料, 具有良好的耐热性和抗热氧老化的稳定性, 在270℃以内能保持良好的尺寸稳定性, 且有良好的

现代城市娱乐场所和高层建筑飞速增长, 房内的防火安全设置及防火材料的开发已经提到议事日程上来。用芳砜纶非织造布做的一块约2m 的紧急逃生防火毯折叠后尺寸只有22c m ×29平时挂在厨房、客厅、过道等处, , 。芳砜纶防中争取到可贵的数秒钟时间, 不致于受到高温和火焰的侵袭, 以避免受到灼烧或将受伤的程度降到最低。

(2) 轻型防火材料

2

耐酸性能等, 。

, 如正在崛起的城市。近6%～8%速, 大中城市将兴建垃圾焚烧炉。由于烟气中有S O x 、NO x 等腐蚀性化学物质, 需要开发符合焚烧炉使用要求的耐高温过滤材料, 芳砜纶耐化学性能稳定, 正适合制作焚烧炉滤尘袋; 我国火力发电有2亿k W 装机容量, 按1k W 装机容量使用过滤材料0. 8m 计算, 如有50%机组采用袋式除尘器, 其配套过滤材料需用量将达8000万m , 仅此项用量就相当可观。

芳砜纶除了不耐几种强极性溶剂以外, 一般在常温下对各种化学品均能保持良好的稳定性, 因此可以将其制成各种过滤织物, 在化工生产中用来过滤各种液体。经初步试验表明, 在合成氨生产中, 可用其制作反应釜垫圈、密封圈等。2. 3　电绝缘材料

2

2

在需面对局部的高温环境的某些工作场合, 工人可进行局部防护。如某工作需用手抓住150～250℃的零件进行加工, 原采用棉手套, 但未能起到

较好的隔热保护功能, 且使用寿命极短。采用芳砜纶手套后, 很好地保护了工人的双手, 且戴上手套后手指灵活, 不影响工作, 使用寿命大大延长。芳砜纶耐热难燃非织造布估计在护腿、围裙、袖套等产品方面都可应用。2. 2　耐高温过滤材料

绝缘纸是芳砜纶材料的另一个主要应用方面。芳砜纶绝缘纸具有耐热、绝缘、高强度、耐辐射、阻燃、耐化学腐蚀和尺寸稳定等许多优点。适用于制造电机、电器用F 级(155℃) 和H 级(180℃) 长期耐高温电器绝缘纸。该纸与聚酰亚胺薄膜或电工级聚酯薄膜复合, 即成F 级或H 级复合材料。表3是芳砜纶绝缘纸的一些典型性能。

随着我国电机产品更新换代步伐加快以及电机出口数量增加, 迫切需要生产F 级、H 级电机, 因而F 级、H 级绝缘纸的需求激增。上海造纸研究所采用芳砜纶制造了F 级Ad 绝缘纸和H 级SHS 纸, 广泛应用于冶金、防爆、起重等行业使用的电机, 深受欢迎, 并且需求正在不断增长。该纤维制成的针刺毡作为F 级、H 级电机的衬垫适形材料, 可使电机达到体积小、重量轻、功率大、效率高的要求, 是现代电机的关键材料之一。上海为杜绝因变压器故障而引发的火灾事故, 打算将使用变压器油的变

我国正在实施的可持续发展战略, 要求现代企业在追求经济效益的同时, 不能损害环境效益、生态效益和社会效益, 最终实现低耗、高效、无污染的生产方式。在化学、石油、冶金、电力等工业生产中, 都会产生高温含尘气体, 如化学合成用原料气、炉窑气、反应器烧焦及煤燃烧所产生的高温烟气等, 对于温度高于200℃的烟气, 通常利用余热锅炉等方式回收余热, 使进入除尘器的烟气温度一般降至200℃左右。

对高温含尘气体除尘是一个棘手的问题。目前国内外袋式除尘器的应用越来越广泛, 已占所用除尘设备的80%, 在大气污染的治理方面做出了巨大的贡献, 袋式除尘器的除尘效率高, 对亚微米级的粉尘也有很高的除尘效率, 设备结构简单, 投—4—

　2007年第5期　　　　　　　　　　　　产业用纺织品　　　　　　　　　　　　　　　　　综述

表3　芳砜纶绝缘纸的典型性能

项　　目面密度/g・m -2厚度/mm宽度/mm

抗张强度/kN・m -1　纵

横

击穿强度/kV・mm

-1热收缩率/%伸长率/%　纵

横

54±10. 075001. 51. 0

75±10. 085001. 81. 3

H 　　级85±10. 095002. 51. 5

93±10. 105002. 81. 8

130±1155±10. 135003. 52. 0

0. 155004. 02. 5

54±10. 0710001. 00. 7

75±10. 0810001. 50. 8

F 　　级85±10. 0910001. 61. 0

93±10. 1010001. 81. 2

130±1155±10. 1310002. 51. 4

0. 1510002. 81. 6

≥18

365

≥18

365

≥18

37≥18

376

≥18

36

≥18

6

≥12

00. 8

01. 00. 8

1. 00. 8

≥12

1. 01. 00. 8

≥12

1. 01. 00. 8

≥12

1. 01. 00. 8

, , 正好满足了这一需求。美国公司对该产品的索价高达48. 5万元/t 。2. 4　蜂窝结构材料

航空领域, 如机翼的前缘和尾翼、起落架舱门、其他各种舱门和整流罩。2. 5　摩擦密封材料

芳砜纶特种摩擦密封材料具有耐高温、耐高压、耐腐蚀、摩擦系数低、自润滑、耐磨损等优良性能, 比传统的橡胶、皮革、石棉和膨胀石墨等密封材料具有更好的柔软性、压缩回弹性、可塑性和长使用寿命等优点。与国际上开发的碳纤维、聚四氟乙烯纤维等耐高温、高压特种密封材料属同一档次。

上海特安纶纤维有限公司研制了芳砜纶增强无石棉垫片密封板材。对研制材料与国外无石棉密封板材G300及国内石棉橡胶板材XB300的密

封性能进行了比较(表4) , 试验垫片尺寸(外径×内径×厚度) 92. 4mm ×54. 9mm ×3. 1mm 。可见, 芳砜纶增强的无石棉密封板材的密封性能与国外无石棉密封板材处于同一数量级, 而比国内石棉橡胶板高一个数量级, 可在某些使用场合替代石棉橡胶板。

芳砜纶的蜂窝结构材料(图2) 可在飞机夹层材料、赛艇夹层材料、隔音隔热和自熄材料、护墙材料、复合材料等方面广泛应用。蜂窝结构具有良好的经向强度和比刚度, 同时具有热交换、隔热和冲击吸收作用。在航空航天、船舶制造领域有广泛的应用。

图2芳砜纶的蜂窝结构材料

表4　几种摩擦密封材料在常温下的氮气泄漏量

(单位:m l ・m in -1)

芳砜纶蜂窝材料是由芳砜纶纸浸酚醛树脂制成, 和铝蜂窝相比, 发生局部屈曲的几率要小得多, 因为芳砜纶蜂窝的壁相对要厚一些。芳砜纶不导电, 不存在接触腐蚀的问题, 但是和其他芳纶产品一样, 不能抵抗紫外线的辐射, 使用时外部通常覆有面板, 起到一定的防护作用。

在有阻燃要求的一些场合, 也可使用酚醛泡沫填充蜂窝孔隙, 以提高材料和面材之间的粘结性能和结构隔热性能。例如, 该类芳砜纶蜂窝结构材料可使用在公共交通工具内(如地铁车厢) ; 使用在

试　验　条　件垫片应力/MPa内压/MPa

503525

4. 04. 04. 0

6. 59×101. 69×107. 17×10

-4-3-3

芳砜纶G3001. 98×106. 45×106. 57×10

-4-4-4

XB3002. 41×105. 95×108. 95×10

-3-3-3

216　复合材料

根据前期的一些实验表明, 芳砜纶对部分耐高温树脂具有较好的亲和性, 结合较好, 在复合材料的运用上具有自己独特的优势。

—5—

综述　　　　　　　　　　　　　　　　　产业用纺织品　　　　　　　　　　　　　　总第200期　2. 7　其他工业织物

21711　造纸毛毯和转移印花毛毯

带和牵引绳、扬声器的音膜片、复印机清洁毡、体育用品、装饰材料、缆绳与涂层织物等。

随着造纸工艺的不断发展, 必须同步提高造纸毛毯的性能才能生产出高质量和低成本的纸张。随着转移印花技术日趋成熟, 转移印花的应用日益增多, 提高转移印花毛毯的性能势在必行。采用212dtex 芳砜纶为原料, 经纺纱、织布制成基布, 再

3　结语

上海特安纶纤维有限公司正在努力扩大芳砜纶的产业化生产规模, 场, 。, 耐热性, 易染, 舒适。目前我国对耐, 芳砜纶在防护、过滤、电绝缘、摩擦密封等领域有很大的潜在市场。凭借芳砜纶的中国原创高科技纤维技术, 可为我国耐高温纤维产业链终端如防护服、成套过滤袋、绝缘复合制品和摩擦密封材料等产业群提供更优质的原材料, 成为企业的利润增长点。

用515dtex 粗旦纤维制成厚毯用作耐高温造纸毛毯和转移毛毯, 能满足目前造纸行业和转移印花的要求。

21712　熨烫台布

作为防热材料, , 使用效果良好。21713　其他

芳砜纶还可应用于200～250℃高温下的输送

Devel opment f or market and applicati on of

poly phenylene sul phona mide fiber

R en J iarong, W ang X iaofeng and Z hang Yuhua 　　(Shanghai Tanl on Fiber Co . L td . )

Abstract:Main perf or mances of high te mperature resistant polyphenylene sul phona m ide fiber were p resented in

the paper, such as heat resistance, ther mal stability, size stability with high te mperature, fla me retar 2dance, electric insulati on, etc . The app licati on sect ors of ara m id fiber were de monstrated, including p r otective p r oducts, high te mperature resistant filter media, electric insulative material, honeycomb structure material and fricti onal sealant .

Keywords:polyphenylene sul phona m ide fiber, high te mperature resistant fiber, perf or mance, app licati on (上接第34页)

Lo w pressure plas ma treat m ent on non wovens

f or filtrati on applicati on

L egin F ilip 　　(Eur op las ma Co . )

Abstract:Low p ressure p las ma technol ogy and the device f or surface treat m ent were intr oduced in the article . The

filter media treated by p las ma technique could be used for air and liquid filtrati on, including air filtra 2ti on f or aut omobile, diesel oil filtrati on and bl ood filtrati on . They could be manufactured int o mask with 99%per meability efficiency and battery separat or with per manent hydr ophility .

Keywords:filter media, p las ma, coating treat m ent

—6—