聚苯硫醚纤维发展概况及应用前景

发布时间：2024-08-27

第３２卷第４期２００９年４月

化工科技市场

ＣＨＥＭＩＣＡＬＴＥＣＨＮＯＩ．０ＧＹＭＡＲＫＥＴ

聚苯硫醚纤维发展概况及应用前景

汪家铭１。于长水２

（１．川化集团有限责任公司，四川成都６１０３０１；２．辽宁首钢硼铁有限责任公司）

摘要：聚苯硫醚纤维是一种新型高性能合成纤维，由聚苯硫醚纤维级树脂采用常规的熔融纺丝方法，在高温下进行拉伸、卷曲和切断后制得，具有优异的热稳定性、耐化学腐蚀性、阻燃性等物化性能，在环保、电子、机械、汽车、纺织、航空航天等领域中得到了广泛应用。介绍了聚苯硫醚纤维的物化性能、制造工艺、技术进展、应用前景方面的一些情况，并对目前国内聚苯硫醚纤维产业的发展提出了一些建议。

关键词：聚苯硫醚纤维；性能；制造；技术进展；应用；发展建议中图分类号：ＴＱ３４

文献标识码：Ａ

文章编号：１００９—４７２５（２００９）０４－ＯＯＯｌ一０５

Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓｕｒｖｅｙａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｓｐｅｃｔｏｆｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅｓｕｌｆｉｄｅｆｉｂｅｒ

ＷａｎｇＪｉａｍｉｎ９１．ＹｕＣｈａｎｇｓｈｕｉ２

（１．Ｓｉｃｈｕａｎ

ＣｈｅｍｉｃａｌＷｏｒｋｓＧｒｏｕｐｌａｄ．，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１０３０１－Ｃｈｉｎａ；２．ＬｉａｏＮｉｎｇＳｈｏｕｇａｎｇｉｒｏｎ

Ｌｉｍｉｔｅｄ厶曲矗毋ｃｏｍｐａｎｙ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅｓｕｌｆｉｄｅｆｉｂｅｒｉｓ

ｐｈｅｎｙｌｅｎｅｓｕｌｆｉｄｅ

ｏｎｅ

ｋｉｎｄｏｆｎｅｗｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓｙｎｔｈｅｔｉｃ

ｃｕｔ

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ｔｈａｔｂｅｉｎｇｓｔｒｅｔｃｈｅｄ，ｃｕｒｌｅｄ，ａｎｄｏｆｆｕｎｄｅｒｔｈｅｈｉ【ｓｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｂｙ

ｔｉｏｎａｌｍｅｌｔｉｎｇｓｐｉｎｎｉｎｇｍｅｔｈｏｄ．Ｉｔｏｎ．Ｉｔｈａｓ

ｈａｓｏｕｔｓｔａｎｄｉｎｇｔｈｅｒｍｏｓｔａｂｉｌｉｔｙ。ｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｒｒｏｓｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ｆｌａｍｅｒｅｔａｒｄａｎｃｅａｎｄ

８０

ｂｅｅｎ

ｕｓｅｄｗｉｄｅｌｙｉｎｄｏｍａｉｎｓｓｕｃｈ

ａｓｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，ｅｌｅｃｔｒｏｎ，ｍａｃｈｉｎｅｒｙ，ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ，ｓｐｉｎｎｉｎｇ，ｗｅａ－

ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．ｔｅｃｈｎｉｃａｌｐｒｏｇｒｅｓｓ，ａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｓｐｅｃｔｏｆ

Ｃｈｉｎｅｓｅｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅｓｕｌｆｉｄｅ

ｖｉｎｇ，ａｎｄ

ａｅｒｏｓｐａｃｅ．Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ

ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅｓｕｌｆｉｄｅｗａｓｐｕｔｆｏｒｗａｒｄ．

ｆｉｂｅｒ

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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅｓｕｌｆｉｄｅｇｅｓｔｉｏｎ

ｆｉｂｅｒ；ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ；ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ；ｔｅｃｈｎｉｃａｌｐｒｏｇｒｅｓｓ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ；ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ

ｓｕｇ－

聚苯硫醚（ＰＰＳ），全称为聚亚苯基硫醚。ＰＰＳ的分子结构比较简单，分子主链由苯环和硫原子交替排列，大量的苯环赋予ＰＰＳ以刚性，大量的硫醚

膜和纺丝制成纤维，还可以通过填充增强制成复合

材料‘２｜。近年来除了直链高分子量ＰＰｓ树脂可直接用来制造薄膜和以熔融纺丝法做成纤维外，化学

键又提供柔顺性，使其分子结构对称，易于结晶，无

极性，电性能好，不吸水。ＰＰＳ亦是一种高性能特种

改性级ＰＰＳ树脂一般都要和玻璃纤维、矿物填充料或碳纤维等配混成复合材料后才能成为商品。

１

纤维原料，其纤维具有优异的耐化学性和耐高温的

热稳定性以及抗恶劣环境、阻燃、绝缘、防辐射等功能，在高温、化学腐蚀等环境中得到了广泛应用…。

ＰＰｓ树脂结构有线型、交联型和直链型３种，目

物化性能

ＰＰＳ纤维是一种线型、高分子质量、结晶性高聚

物，具有很高的热稳定性、耐化学腐蚀性、阻燃性及良好的加工性能∞Ｊ。其优异的综合性能表现在如下几方面。

１．１热稳定性

ＰＰＳ纤维在高温下具有优良的强度、刚性及耐疲劳性，在低于４００℃的空气或氮气中性能较稳定，

前世界ＰＰＳ树脂生产技术已由交联改性的低分子

量向直接合成直链高分子量发展，根据ＰＰＳ树脂分子量的不同，可以分为涂料级、注塑级、纤维级和化学改性级，适合于不同的需求，可以通过注塑或挤出成型加工成塑料制品，也可以经过双向拉伸制成薄

万方数据

２

化工科技市场

第３２卷第４期

基本无重量损失。在２０４ｏＣ高温空气中２０００

ｈ后仍有９０％的强度保持率，５０００

ｈ后有７０％的强度

保持率，８

０００

ｈ后有近６０％的强度保持率。在

２６０℃高温空气中１０００

ｈ后有６０％的强度保持率。

在空气中，当温度达到７００℃时才发生完全降解，但

ＰＰｓ纤维熔点约２８５℃，与常规合成纤维相近，不能用作耐高温纤维。１．２耐化学腐蚀性

ＰＰＳ纤维具有优异的耐化学腐蚀性，特别是耐

非氧化性酸和热碱液的性能突出，与号称“塑料之

王”的聚四氟乙烯（ＰＴＦＥ）相近，能抵抗酸、碱、氯烃、烃类、酮、醇、酯等化学品的侵蚀，在２００ｏＣ下不溶于

任何化学溶剂，在四氯化碳、氯仿等有机溶剂中一周

后仍能保持原有的抗拉强度。只有浓硫酸和浓硝酸等强氧化剂才能使ＰＰＳ纤维发生剧烈的降级。尽

管ＰＰｓ纤维的极限氧指数约３４，但因大分子中硫原

子容易被氧化，所以ＰＰＳ纤维对氧化剂比较敏感，耐光性也较差。１．３阻燃性

ＰＰＳ纤维加工成的制品很难燃烧，不需添加阻

燃剂就可以达到ＵＬ一９４Ｖ一０标准。置于火焰中时虽会发生燃烧，但不会滴落，且离火自熄。燃烧时呈

黄橙色火焰，并生成微量的黑烟灰，发烟率低于卤化聚合物，燃烧物不脱落，形成残留焦炭，表现出较低的烟密度和良好的延燃性。ＰＰＳ纤维的介电常数为３．９～５．１，介电强度（击穿电压强度）为１３～

１７

ｋＶ／ｍｍ，在高温、高湿、变频等条件下仍能保持良

好的绝缘性。１．４其他性能

ＰＰＳ纤维强度、伸度和弹性等机械性能与聚酯

相当，对ｙ射线和中子放射的隔绝性比尼龙和聚酯纤维好。同时还具有良好的纺织加工性能，可用于

在燃煤锅炉中处理１５０—２００℃含硫酸性气体以及造纸工业中干燥带、电缆包胶层、复合材料等的制作。日本东丽工业公司利用ＰＰＳ纤维传热系数小的特点，开发保温衣料，其保暖性较常规ＰＥＴ纤维可提高３０％～４０％，且可减弱穿衣时约１６％冷触感。美国Ｃｒａｎｅ公司开发的ＰＰＳ纤维毡可在２００℃左右的条件下连续使用ＨＪ。

２制造工艺

ＰＰＳ树脂是硫化钠和对二氯苯在Ｎ一甲基吡咯

烷酮溶剂中缩合而成，平均分子质量为４．５万一

６万。用ＰＰＳ树脂制造出ＰＰＳ纤维，采用常规的生产

万方数据

方法，则要求ＰＰＳ树脂的直链度要高，特别是对网状物（凝胶团）有严格的要求。但由于直链ＰＰＳ易于氧化降解，在高温下有明显的氧化现象，影响ＰＰＳ纤维的使用效果。

用于生产的ＰＰＳ树脂线性度较好，而且分子质量分布较窄。作为纤维级的ＰＰＳ树脂原料，对水质

的线型强度、相对分子质量、多分散系数、熔融指数

和含增值率等与注塑级的ＰＰＳ相比均有更高的要求【５Ｊ。由于纤维级的ＰＰＳ树脂是热塑性材料，熔点为２８５℃左右，且ＰＰＳ在２００℃以下几乎不溶于任何溶剂，难以进行湿法纺丝，因此选择熔融纺丝一拉伸定型的工艺技术，制得的网状结构的ＰＰＳ纤维，才是理想的、多功能的、可以应用于各个领域的纤维之王。

在ＰＰｓ熔融纺丝过程中，需选用合适的高温纺丝、渐冷、固化成形、牵伸、定型等技术。采用浅黄色

的纤维级ＰＰＳ树脂切片为原料，纺丝前在１１０℃下真空干燥４ｈ，通过干燥可减少ＰＰＳ树脂的含水量，改善含水的均匀性，提高树脂的结晶度和软化性。然后在喷丝孑Ｌ直径为０．７ｍｉｌｌ的柱塞式小型单孔熔融纺丝机上熔融纺丝，纺丝温度３１０—３４０℃。纺丝

参数主要根据不同规格的纤维来确定，单丝纺丝速

度５０～５００

ｍ／ｒａｉｎ，短纤纺丝速度４００—

１５００

ｍ／ｍｉｎ，初生纤维在９０—１２０℃、在拉伸定型

机上进行拉伸，拉伸倍数为３—６倍，拉伸速度为

５０～３００

ｍ／ｒａｉｎ。在拉伸过程中，ＰＰＳ纤维会产生部

分结晶，同时纤维的大分子取向度增加，从而可提高

纤维的强度。将ＰＰＳ拉伸纤维在１６０～２６０℃进行

５

ｒａｉｎ的热定型处理Ｌ６ｊ，可使结晶度增加６０％～

８０％，并获得具有良好物理机械性能的ＰＰＳ纤维。制造工艺流程见图，；。

ＰＰ￥树脂切片一圃一医ｉｉ王因一匾ｉｉ！ｉ翌一匾ｉｉｉ圆

匦噩ｊｉ訇一匿亟ｉｉ困＋－匡垂圃一匿亟圈＋一囤

匿圃一医ｊｉｉｉ圃一匪歪鲴一匿圃一匦ｊｉ！圃

匝圈一匡圈一匪豳一圃

ｌ

ＰＰ￥纤维（成品）图１

ＰＰＳ纤维制造工艺流程

国内目前开发出的一种专利申请号为

ＣＮ２００７１００１９５６７．３的生产ＰＰＳ纤维的方法，主要是通过选用性能优良的线性ＰＰＳ原料，在２８０—３５０℃进行熔融纺丝，在纺丝过程中通过２５０—３２０℃的加

２００９年４月汪家铭等：聚苯硫醚纤维发展概况及应用前景

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热装置，并合理控制保温及冷却温度，纤维卷绕速度控制在３００一ｌ

２８０

５００

产＂。。１９８５年Ｐｈｉｌｌｉｐｓ公司专利保护失效后，美国、日本及西欧一些发达国家也相继研究和开发ＰＰＳ纤维，纷纷建设ＰＰＳ树脂生产装置，并进行了ＰＰＳ纤维的开发，同时日本东洋纺的Ｐｒｏｃｏｎ、东丽的Ｔｏｔ－ＣＯＩｌ和Ｃｅｌａｎｅｓｅ的Ｆｏｒｔｒｏｎ等ＰＰＳ纤维产品相继问世。２ｌ世纪初，日本东丽工业公司收购了美国Ｐｈｉｌ—ｌｉｐｓ公司的ＰＰＳ，纤维事业部，使日本公司成为世界ＰＰＳ纤维的最大生产厂【８Ｊ。国外ＰＰＳ纤维生产厂商虽多，但因生产工艺难度高，相关厂商几经合并或退出市场后，整个ＰＰＳ纤维的生产技术几乎掌握在美国ＡＦＹ和ＡｍｏｃｏＦ＆Ｆ、日本东丽和东洋纺等少数几家厂商手中。国外一些公司ＰＰＳ纤维的生产开发及应用概况见表ｌ。

ｍ／ｒａｉｎ，所卷取的纤维在８０—

ｏＣ进行牵伸，并在１５０～３００ｏＣ进行定型。由该

发明生产的ＰＰＳ纤维制成率高，纤维的断裂强度、断裂伸长、干热收缩等性能都较优，特别适合于ＰＰＳ长丝纤维的生产。

３技术进展

３．１国外概况

国外ＰＰＳ纤维的研究已有较长的发展历史，早

在１９７５年，Ｂａｒｔｌｅｓｖｉｌｌｅ等就开始研究ＰＰＳ的纺丝。

１９７９年，由荷兰Ｐｈｉｌｌｉｐｓ公司首次研制成功纤维级的ＰＰＳ树脂，１９８３年实现ＰＰＳ短纤维工业化生

表１国外ＰＰＳ纤维开发概况与市场应用

３．２国内概况

被国外少数集团所垄断，诸多技术难题阻碍了国内产业化、工程化技术的进程。２００４年底，中国纺织科学研究院与国内已实现规模化生产的ＰＰＳ原料

国内ＰＰＳ纤维最早于２０世纪９０年代初开始研究。１９９０－－１９９６年四川省纺织工业研究所与四川

大学等单位合作结合国家“８６３计划”研究开发ＰＰＳ纤维，先后列入四川省科委、四川省计委、原纺织工

制造商——四川得阳科技股份有限公司合作，成功

利用国产的ＰＰＳ树脂，进行纤维级ＰＰＳ树脂的研制

业部的重点技术攻关项目计划，２００４年取得中试研

究成果，并获得两项发明专利，通过验收鉴定，达到国内领先技术水平。清华大学在２０世纪９０年代对

及其纤维产品和纺丝技术的开发，批量试制出ＰＰＳ

短纤维。在中试放大过程中，成功完成了ＰＰＳ纤维

纺丝关键设备和成套技术的开发，较好地纺制出

ＰＰＳ短纤维，并加工成过滤袋，应用于烟道过滤系统，经２ａ多的生产实际运行，得到了用户好评。经

进口ＰＰＳ树脂与聚酯共混纺丝机理以及纺丝动力

学等进行了研究；天津纺织工学院的“国产聚苯硫醚纤维的开发研究”项目列入天津市自然科学基金项目，于１９９９年６月通过了天津市科委组织的验收。

长期以来，纺丝用高纯度ＰＰＳ树脂的合成技术

检测，产品在力学性能和耐热、耐腐蚀性能等方面接

近甚至超过日本进口产品。

２００６年四川省纺织工业研究所将ＰＰＳ短纤维生产技术转让到张家港江苏瑞泰科技有限公司，投

万方数据

４

化工科技市场第３２卷第４期

入１００多万元的风险资金实施ＰＰＳ短纤维工业化试

验，建立了１５００

ｔ／ａ的ＰＰＳ短纤维工业化生产装

置，并实现规模生产，当年１２月通过中国纺织协会

技术鉴定。

由中国纺织科学研究院承建，以国产聚苯硫醚

树脂为原料，国内最大规模的５

０００ｔ／ａ

ＰＰＳ纤维生

产装置，于２００８年１月１１日在四川得阳科技股份

有限公司建成投产。该项目涉及到工程设计和施工、设备的安装和调试以及纺丝工艺流程的贯通和优化等多个方面，装置生产出的ＰＰＳ短纤维，经检测性能优良，达到了国外同类产品技术水平。在实

现ＰＰＳ短纤维工业化的同时，中国纺织科学研究院

又完成了ＰＰＳ长丝的产品开发、工艺开发和中试放大，目前正在进行产业化推广工作。此外，针对ＰＰＳ

纤维长丝产品，除开发其在高温过滤领域的应用外，

也在积极拓展这种材料在绝缘隔热性能、介电性能

等其他方面的应用。

鉴于我国对ＰＰｓ纤维迫切的市场需求，高性能ＰＰＳ纤维受到了国内科技主管部门和产业界的广泛

关注，目前国内ＰＰＳ生产商也有新上ＰＰＳ纤维项目的计划。四川得阳科技股份有限公司投资１５亿元，计划新建年产２．２万ｔ纤维级聚苯硫醚和５

０００

ｔ聚

苯硫醚纺丝项目。２００８年１０月６日，苏州赛纶纤维材料科技有限公司核准建设聚苯硫醚纤维项目。该项目总投资估算６９３８万美元，建设地点位于吴江市汾湖镇。项目建设期３ａ。建成后，新增ＰＰＳ纤

维７

０００

ｔ／ａ，其中抗氧化耐高温长丝（ＰＰＳ—Ｆ）

２０００ｔ／ａ，ＰＰＳ抗氧化耐高温短纤维（ＰＰＳ—Ｓ）

５０００

ｔ／ａ。预计到２００９年，国内将形成７

５００ｔ／ａ

ＰＰＳ纤维的生产能力，２０１０年生产能力将达到

１万ｔ／ａ。

４应用前景

４．１环保领域

ＰＰＳ纤维在环保领域的主要用途是用作工业上燃煤锅炉袋滤室的过滤织物。ＰＰＳ纤维织物可长期

暴露在酸性环境之中，具有耐温性好、弹性好、防腐性能优异、阻燃性好等优势，可在２２０℃以下的高温环境中使用，过滤效率较高，是能耐磨损的少数几种纤维之一。用于工业燃煤锅炉的ＰＰＳ过滤织物，在湿态酸性环境中，在接触温度为２３２℃时，其使用寿

命可达３ａ左右。ＰＰｓ滤料独特的性价比优势、热

稳定性和耐酸性决定了其在耐高温过滤材料领域的

无可替代的地位，市场前景广阔。

万方数据

近年来，随着工业的飞速发展，工业排污日益严

重，已危害到自然环境和人们的身体健康。而ＰＰＳ纤维已广泛应用于高温烟气过滤除尘领域，是燃煤电厂烟道气除尘和城市垃圾焚烧厂尾气过滤的首选滤材。近年来国家对粉尘和尾气等污染源实行了严格控制，烟气除尘是治理污染的重要组成部分，袋式除尘就是治理烟气的重要方法。治理烟气需要耐高温、耐腐蚀的新型纤维，而ＰＰＳ纤维完全可以满足以上的要求一Ｊ。国内的高温过滤领域滤袋的生产过去一直依赖进口ＰＰＳ纤维产品，目前作为高温耐腐蚀滤袋主导制造材料的ＰＰＳ纤维在国内的市场

已经形成并逐年扩大，其需求量保持着２０％以上的

年增长速度，呈供不应求的态势。

我国近年来在高温袋式除尘的推广应用方面取得较大进展，现已在钢铁厂、热电厂、垃圾焚烧炉、炭黑厂等领域得到应用，水泥厂的常温除尘已使用了袋式除尘，高温除尘系统目前还未应用。据统计，我国几年后的火电厂总装机容量约为４０万ＭＷ，按

１

ｋＷ装机容量使用滤料Ｏ．２５ｍ２计算，约需耐高温

滤料５万ｔ，且以ＰＰＳ纤维为主。据统计，仅袋式除尘滤料用布一项就超过我国目前的工业用布的生产总量。目前国产的ＰＰＳ短纤维已用于制作国内电

厂使用的滤料，第一批试生产滤料已于２００５年５月

开始在电厂除尘装置上应用，至今运行情况良

好㈨。

当前ＰＰＳ纤维方面的需求主要将随袋式除尘技术的大规模推广而迅速增长。我国袋式除尘设备

年总销售额约３００多亿元，需要各种滤料１亿ｍ２左右，但由于高性能滤料供给不足和价格问题，大多为低档产品，使用寿命短、除尘效率低，不能适应日益严格的环保要求。在仅考虑火电厂的情况下，预计今后数年内ＰＰＳ纤维的需求量将至少新增０．８万ｔ／ａ左右，若再考虑其他锅炉烟气除尘改造和

滤袋的更换，可望达到ｌ万ｔ／ａ以上。从国内袋式

除尘设备自身发展角度看，国家积极实施燃煤锅炉

烟尘排放的强制性减排措施，必将带来除尘设备产品结构的提升、技术的进步和产量的超常规发展，未来ＰＰＳ滤料在滤料总量中的比重可望增加若干倍，需求量肯定会呈不断上升的趋势。若按２０１０年ＰＰｓ滤料市场占有率平均达到４０％计算，将形成对ＰＰＳ纤维的需求量接近２万ｔ／ａ的市场容量。按２０１５年ＰＰＳ滤料市场占有率进一步增加且每年更换２０％左右的因素考虑，对ＰＰＳ纤维的需求量有可能达到３万ｔ／ａ。ＰＰｓ纤维将有极大的市场机遇，将

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汪家铭等：聚苯硫醚纤维发展概况及应用前景

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成为未来５ａ该领域内需求增长的一大亮点。４．２其他领域

ＰＰＳ树酯近年来才应用于纤维领域，而以往该领域均以工程塑料材料为主，但目前已呈现出良好的发展势头。ＰＰＳ纤维还可在航天航空及军事等领

大上仍有很多关键性工艺技术未能突破，尚需在生

产实践中不断地加以完善。特别是在纺丝技术和产品性能方面，对工艺参数还需要作进一步的优化和调整［１１Ｉ，达到降低生产成本、提高产品质量的目的，以适应国内部分产业整体水平。５．３形成产品市场核心竞争力

域中用于绝缘、阻燃等用途。用ＰＰＳ纤维制成针刺毡带用于造纸工业的烘干，是较为理想的耐热和耐

腐蚀材料，也可用于制作电子工业的特种用纸。ＰＰＳ纤维的针刺非织造布或机织物可用于热的腐蚀性试剂的过滤，其单丝或复丝织物还可用作除雾材

根据产品的不同应用领域，对ＰＰＳ纤维进行改

性处理，选择合适的共混组分、最佳的共混配比，进而改善ＰＰＳ纤维的使用性能。除在环保领域大力

开展芳砜纶纤维产品宣传和试用工作，还要研究ＰＰＳ纤维在无纺毡、复合面料、绝缘纸、纺织面料和部分军工产品中的应用，为ＰＰＳ纤维的市场拓展提