[發明專利]一種提高酚醛纖維殘碳率的處理方法

在審

• 申請號: 201610163183.8
• 申請日: 2016-03-22
• 公開（公告）號: CN107217335A
• 公開（公告）日: 2017-09-29
• 發明（設計）人: 顏笑宇
• 申請（專利權）人: 顏笑宇
• 主分類號: D01F9/24
• 分類號: D01F9/24;D01F6/76;D06M13/503;D06M11/82;D06M11/70;D06M11/55;D06M101/30
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技術領域

本發明屬于一種酚醛樹脂基纖維的制備方法，具體地說涉及一種提高酚醛樹脂基纖維殘碳率的制備方法。

背景技術

國內外，酚醛樹脂纖維的制備主要是以甲醛和苯酚熱塑性酚醛樹 脂為原料，經熔融紡絲后在鹽酸和甲醛體系中進行交聯而制得的體型 結構纖維。目前，在高科技軍工、航天和航空領域，酚醛樹脂纖維 是一種極其重要的耐燒蝕、防熱材料。隨著高科技技術領域對耐燒蝕、 防熱材料性能要求的提高，對酚醛纖維的性能，尤其是殘碳率提出了 更高的要求。目前，酚醛基炭纖維的制備一般均是采用上述酸醛交聯 固化后的纖維炭化制得，其缺點是纖維耐熱性能差，高溫下的殘碳率 低，800℃的殘炭率一般為55％-60％，1000℃下的殘炭率只有50 -55％，限制了它的應用，不能適應更高的使用溫度和更苛刻的使用 環境。

發明內容

本發明的目的是提供一種提高酚醛樹脂基纖維殘碳率的制備方法。

本發明先用甲醛水溶液和苯酚在草酸催化作用下聚合得的熱塑 性酚醛樹脂為原料，經過一系列過濾、水蒸氣蒸溜、提純、真空干燥 處理后制得可紡絲用酚醛樹脂。經熔融紡絲制得的原生絲，于80-110 ℃在鹽酸和甲醛水溶液固化體系中固化交聯，得到酚醛樹脂基固化纖 維。再將固化后的酚醛基纖維先在有機溶劑中經真空浸泡，后經B、 P、S無機酸和有機硼酸脂的乙醇有機溶液中浸漬，干燥除去溶劑后， 再經過常規的炭化處理。在保持其基本性能不變的條件下，處理后的 纖維的殘碳率大大提高，800℃和1000℃下的殘炭率都比未處理前提 高3-10％，得到一種高殘碳率酚醛樹脂基纖維。

本發明的制備方法包括如下步驟：

(1)先將固化的酚醛樹脂纖維放入有機溶劑中，在常溫、常壓 下，浸泡3-6h，然后排出溶液，常溫下，在40-50KPa真空中處理1-2h；

(2)將硼酸、磷酸、硫酸、硼酸丁酯、三乙醇胺硼酸酯和無水 乙醇按一定的比例配制浸漬處理液；

(3)常壓下，先將真空處理后的纖維放入配好的浸漬處理液中， 在常溫中浸漬處理1-2h，然后在110-140℃高溫浸漬處理3-6h；

(4)經過浸漬處理后的纖維先用去離子水沖洗，再放入真空烘箱 中，于100-110℃、真空度30-50KPa下干燥處理；

(5)干燥處理后的纖維經炭化處理，得到高殘碳率酚醛樹脂基纖 維；

所述的浸漬處理液中各組分的質量比為：

硼酸∶磷酸∶硫酸∶硼酸丁酯∶三乙醇胺硼酸酯∶無水乙醇 ＝1-1.5∶1-1.5∶0.3-0.5∶0.01-0.02∶0.01-0.02∶80-95。

如上所述的有機溶劑為乙醇、甲醇或丙酮。

本發明的優點：

1)采用本方法處理后，纖維的殘碳率比未處理的纖維提高5-10％， 大量熱分解溫度緩延30-50℃。

2)本處理方法不影響纖維的其它基本性能，產品炭收率高，成 本低，操作方便，可靠。

3)采用本方法處理后，纖維上硼和磷的元素百分比含量可以分 別達到：硼％＝0.20-3.0，磷％＝0.20-3.0。

具體實施方式

實施實例：

實施實例1：采用800℃下殘碳率為58.2％，1000℃下殘碳率為 54.3％的酚醛樹脂基固化纖維。先將5g固化后的酚醛纖維在1500ml 無水乙醇的小型浸漬釜中浸泡3h，然后排出溶液，再抽真空至 40-50KPa真空中常溫處理1h。稱取10g硼酸、10g磷酸、3g硫酸、 0.2g硼酸丁酯、0.2g三乙醇胺硼酸酯溶于1000ml的乙醇中，用超聲 波分散溶解均勻，然后吸入小型浸漬釜。常壓下，將浸泡后的纖維浸 漬在配好的硼磷浸漬處理液中，在110℃處理6h。取出纖維在100℃， 真空度40KPa的真空烘箱中處理1h，最后用去離子水沖洗。纖維在 (N₂氣氛下)800℃炭化的殘碳率可達到63.7％，1000℃殘碳率60.3％。

實施實例2：同例1采用同樣的酚醛樹脂基固化纖維。同例1將 10g固化后的酚醛纖維浸泡處理。稱取10g硼酸、15g磷酸、3g硫酸、 0.1g硼酸丁酯、0.2g三乙醇胺硼酸酯溶于1200ml的乙醇中，用超聲 波分散溶解均勻，然后吸入小型浸漬釜。常壓下，將浸泡后的纖維浸 漬在配好的硼磷浸漬處理液中，在130℃處理4h。取出纖維在110℃， 真空度30KPa的真空烘箱中處理1h，最后用去離子水沖洗。纖維在 (N₂氣氛下)800℃炭化的殘碳率可達到67.2％，1000℃殘碳率63.1％。