[发明专利]一种改性酚醛树脂纤维及其制备方法和用途

说明书

本发明涉及一种改性的酚醛树脂纤维的制备方法，所述方法包括如下步骤：(1)向酚醛树脂的预聚物中加入聚合物，得到聚合物‑预聚物溶液；(2)向所述聚合物‑预聚物溶液中加入石墨烯类物质，进行热固性酚醛树脂的聚合反应，得到反应液，即为酚醛树脂纺丝原液；(3)将步骤(2)得到的酚醛树脂纺丝原液静电纺丝得到酚醛纤维原丝后，固化交联得到改性的酚醛树脂纤维。本发明实现石墨烯的均匀分散解决了单纯加入石墨烯容易团聚，分散性不好的问题，提高了酚醛纤维以及纳米炭纤维的强度和韧度等，同时可提高纳米炭纤维的导电性。

技术领域

本发明属于酚醛树脂改性领域，涉及一种改性酚醛树脂纤维及其制备方法。

背景技术

酚醛纤维是酚醛树脂经过纺丝、固化得到的一种三维网状结构的纤维，1968年，由美国金刚砂公司首次研制成功[J.Economy,R.A.Clark.Fibers from Nocolacs[P].USPat.3650102,1968]。酚醛纤维具有突出的耐高温，耐燃，耐腐蚀和抗熔融等特性，极氧指数高，并且具有自熄性；燃烧时收缩率小，烟少；基于以上优异性能，酚醛纤维的应用范围遍布大量工业领域。但由于其苯环密度高，两相邻苯环间只有亚甲基相连，因而很脆，造成酚醛纤维的韧性低、断裂伸长率小，酚羟基易氧化，使其耐热性、耐氧化性、耐碱性受到一定程度的影响，这些缺点使产品的性能降低，使用受到一定限制。

针对酚醛纤维强度低这一问题，研究人员业做了大量的工作。CN 102383216公开了一种超细酚醛纤维的制备方法是通过在合成酚醛树脂的过程中加入一定配比的聚乙烯醇溶液，并通过调节酚、醛、聚乙烯醇、催化剂的配比得到具有可纺性良好的酚醛纺丝原液，并且添加物对酚醛纤维固有性能无影响的优点。该专利通过减小纤维的直径使得纤维的强度增加，但这种方法对纤维强度的提高十分有限。

CN 103215693氧化石墨烯修饰的酚醛树脂基超细多孔炭纤维及制备方法是通过将氧化石墨烯超声分散在有机溶剂中，然后将热固性酚醛树脂以及高分子量线性聚合物加入到上述溶液中直到完全溶解，并通过静电纺丝成复合纤维，后经固化炭化得到石墨烯/酚醛树脂基炭纤维；该专利中氧化石墨烯在有机溶剂中的分散性是普遍不好的。

本领域有需求开发一种具有优异耐热性、高强度和高韧性的酚醛纤维。石墨烯的加入虽然能够改善酚醛纤维的强度等特性，但是石墨烯容易团聚，在酚醛树脂中分散不好，反而影响其在酚醛树脂中的效果。

发明内容

针对现有技术中，酚醛纤维力学性能差、力学强度不高，耐热性能不好等不足，本发明的目的之一在于提供一种改性的酚醛树脂纤维的制备方法，所述方法包括如下步骤：

(1)向酚醛树脂的预聚物中加入聚合物，得到聚合物-预聚物溶液；

(2)向所述聚合物-预聚物溶液中加入石墨烯类物质，进行热固性酚醛树脂的聚合反应，得到反应液，即为酚醛树脂纺丝原液；

(3)将步骤(2)得到的酚醛树脂纺丝原液静电纺丝得到酚醛纤维原丝后，固化交联得到改性的酚醛树脂纤维。

本发明在酚醛树脂的预聚体中加入聚合物，所述聚合物与酚醛树脂预聚体均匀分散，加入石墨烯类物质后，石墨烯类物质能够与聚合物之间产生较弱的键和作用(如范德华力等)，能够有效阻止石墨烯类物质的团聚，实现了石墨烯类物质在酚醛树脂中的均匀分散。

此外，在酚醛树脂的制备过程中，聚合物的加入还能够省略后续纺丝步骤中为了提高可纺性加入的聚合物，简化步骤。

本发明所述聚合物没有特殊限定，任何能够增加可纺性的聚合物均可用于本发明。

优选地，以醛类物质计，所述酚醛树脂的预聚物与聚合物的摩尔比为1:0.05～0.1，例如1:0.05、1:0.06、1:0.07、1:0.08、1:0.09、1:0.1等。