[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，进行热塑性酚醛树脂的聚合反应，得到反应液，纯化后得到改性的酚醛树脂；(3)将步骤(2)得到的改性的酚醛树脂纺丝成酚醛纤维原丝后，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，提高了酚醛纤维的强度、韧度和电学性能等。

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，酚醛纤维的研究受到高度的关注，并且带动了酚醛纤维的进一步研究开发；酚醛纤维纺丝工艺一般是以热塑性酚醛树脂为原料，通过熔融纺丝获得原丝，经过甲醛以及盐酸等溶液进行交联固化而成；同时，由于酚醛纤维残碳量高，有害气体逸出少，能够进一步活化成碳纤维，同样被广泛应用于各种耐热、吸附等领域。随着航天和国防等工业的发展，酚醛纤维的应用领域也在不断的扩展，纯的酚醛纤维不能满足日益扩大的市场需求。制备性能优异，应用领域广阔，尤其是具有更优异的耐热性、强度和韧性的高性能酚醛纤维已成为该领域的重点。

酚醛纤维的结构示例性的可以表示为：

由上式可以看出，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。因此对酚醛纤维本身进行改性，减少其结构的缺陷，是提高酚醛纤维高强度、韧性和耐热性好的根本方法。

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。

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，进行热塑性酚醛树脂的聚合反应，得到反应液，纯化后得到改性的酚醛树脂；

(3)将步骤(2)得到的改性的酚醛树脂纺丝成酚醛纤维原丝后，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申请。

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1:0.005～0.1，例如1:0.006、1:0.008、1:0.01、1:0.05、1:0.06、1:0.07、1:0.08、1:0.09等。