[發(fā)明專(zhuān)利]一種改性酚醛樹(shù)脂纖維及其制備方法和用途

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611178258.6
• 申請(qǐng)日: 2016-12-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106811822B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-05-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張金柱;盛杰;任方華;張安;張小鴿;劉頂
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 山東圣泉新材料股份有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): D01F6/94
• 分類(lèi)號(hào): D01F6/94;D01F1/10;D01F9/24;C08G8/10;C08L61/10
• 代理公司: 北京品源專(zhuān)利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟;侯桂麗

本發(fā)明涉及一種改性的酚醛樹(shù)脂纖維的制備方法，所述方法包括如下步驟：(1)向酚醛樹(shù)脂的預(yù)聚物中加入聚合物，得到聚合物?預(yù)聚物溶液；(2)向所述聚合物?預(yù)聚物溶液中加入石墨烯類(lèi)物質(zhì)，進(jìn)行熱固性酚醛樹(shù)脂的聚合反應(yīng)，得到反應(yīng)液，即為酚醛樹(shù)脂紡絲原液；(3)將步驟(2)得到的酚醛樹(shù)脂紡絲原液靜電紡絲得到酚醛纖維原絲后，固化交聯(lián)得到改性的酚醛樹(shù)脂纖維。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)石墨烯的均勻分散解決了單純加入石墨烯容易團(tuán)聚，分散性不好的問(wèn)題，提高了酚醛纖維以及納米炭纖維的強(qiáng)度和韌度等，同時(shí)可提高納米炭纖維的導(dǎo)電性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于酚醛樹(shù)脂改性領(lǐng)域，涉及一種改性酚醛樹(shù)脂纖維及其制備方法。

背景技術(shù)

酚醛纖維是酚醛樹(shù)脂經(jīng)過(guò)紡絲、固化得到的一種三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的纖維，1968年，由美國(guó)金剛砂公司首次研制成功[J.Economy,R.A.Clark.Fibers from Nocolacs[P].USPat.3650102,1968]。酚醛纖維具有突出的耐高溫，耐燃，耐腐蝕和抗熔融等特性，極氧指數(shù)高，并且具有自熄性；燃燒時(shí)收縮率小，煙少；基于以上優(yōu)異性能，酚醛纖維的應(yīng)用范圍遍布大量工業(yè)領(lǐng)域。但由于其苯環(huán)密度高，兩相鄰苯環(huán)間只有亞甲基相連，因而很脆，造成酚醛纖維的韌性低、斷裂伸長(zhǎng)率小，酚羥基易氧化，使其耐熱性、耐氧化性、耐堿性受到一定程度的影響，這些缺點(diǎn)使產(chǎn)品的性能降低，使用受到一定限制。

針對(duì)酚醛纖維強(qiáng)度低這一問(wèn)題，研究人員業(yè)做了大量的工作。CN 102383216公開(kāi)了一種超細(xì)酚醛纖維的制備方法是通過(guò)在合成酚醛樹(shù)脂的過(guò)程中加入一定配比的聚乙烯醇溶液，并通過(guò)調(diào)節(jié)酚、醛、聚乙烯醇、催化劑的配比得到具有可紡性良好的酚醛紡絲原液，并且添加物對(duì)酚醛纖維固有性能無(wú)影響的優(yōu)點(diǎn)。該專(zhuān)利通過(guò)減小纖維的直徑使得纖維的強(qiáng)度增加，但這種方法對(duì)纖維強(qiáng)度的提高十分有限。

CN 103215693氧化石墨烯修飾的酚醛樹(shù)脂基超細(xì)多孔炭纖維及制備方法是通過(guò)將氧化石墨烯超聲分散在有機(jī)溶劑中，然后將熱固性酚醛樹(shù)脂以及高分子量線性聚合物加入到上述溶液中直到完全溶解，并通過(guò)靜電紡絲成復(fù)合纖維，后經(jīng)固化炭化得到石墨烯/酚醛樹(shù)脂基炭纖維；該專(zhuān)利中氧化石墨烯在有機(jī)溶劑中的分散性是普遍不好的。

本領(lǐng)域有需求開(kāi)發(fā)一種具有優(yōu)異耐熱性、高強(qiáng)度和高韌性的酚醛纖維。石墨烯的加入雖然能夠改善酚醛纖維的強(qiáng)度等特性，但是石墨烯容易團(tuán)聚，在酚醛樹(shù)脂中分散不好，反而影響其在酚醛樹(shù)脂中的效果。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中，酚醛纖維力學(xué)性能差、力學(xué)強(qiáng)度不高，耐熱性能不好等不足，本發(fā)明的目的之一在于提供一種改性的酚醛樹(shù)脂纖維的制備方法，所述方法包括如下步驟：

(1)向酚醛樹(shù)脂的預(yù)聚物中加入聚合物，得到聚合物-預(yù)聚物溶液；

(2)向所述聚合物-預(yù)聚物溶液中加入石墨烯類(lèi)物質(zhì)，進(jìn)行熱固性酚醛樹(shù)脂的聚合反應(yīng)，得到反應(yīng)液，即為酚醛樹(shù)脂紡絲原液；

(3)將步驟(2)得到的酚醛樹(shù)脂紡絲原液靜電紡絲得到酚醛纖維原絲后，固化交聯(lián)得到改性的酚醛樹(shù)脂纖維。

本發(fā)明在酚醛樹(shù)脂的預(yù)聚體中加入聚合物，所述聚合物與酚醛樹(shù)脂預(yù)聚體均勻分散，加入石墨烯類(lèi)物質(zhì)后，石墨烯類(lèi)物質(zhì)能夠與聚合物之間產(chǎn)生較弱的鍵和作用(如范德華力等)，能夠有效阻止石墨烯類(lèi)物質(zhì)的團(tuán)聚，實(shí)現(xiàn)了石墨烯類(lèi)物質(zhì)在酚醛樹(shù)脂中的均勻分散。

此外，在酚醛樹(shù)脂的制備過(guò)程中，聚合物的加入還能夠省略后續(xù)紡絲步驟中為了提高可紡性加入的聚合物，簡(jiǎn)化步驟。

本發(fā)明所述聚合物沒(méi)有特殊限定，任何能夠增加可紡性的聚合物均可用于本發(fā)明。

優(yōu)選地，以醛類(lèi)物質(zhì)計(jì)，所述酚醛樹(shù)脂的預(yù)聚物與聚合物的摩爾比為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。