[发明专利]一种调控中空酚醛纤维中空度的方法

说明书

技术领域

本方法属于一种中空纤维中空度的调控方法，具体说涉及通过控制酚醛纤维的表皮固化层厚度来制备不同中空度的中空酚醛纤维方法。

背景技术

酚醛树脂是一种以酚类与醛类经缩聚而制成的树脂，它是合成树脂中最早被发现并最早实现工业化的，这种古老的树脂距今已有近百年的历史。因为固化后的酚醛树脂是一种以苯环为基本单元的三维交联结构，它具有较高的残炭率，优良的耐热性和良好的物理机械性能，以酚醛树脂为基体制成的烧蚀材料，其烧蚀性能和绝热性能优于其它的树脂材料，在固体火箭发动机的喷管、内衬、鼻锥等较苛刻的烧蚀环境和超高音速的热防护中，高性能的酚醛树脂材料一直被广泛使用。

酚醛纤维是一种以酚醛树脂为基础的纤维，它采用低分子量的线性酚醛树脂熔融纺丝，或借助于呈纤性聚合物溶液纺丝，然后交联成不溶不熔的纤维。酚醛纤维的三维交联结构与固化后的酚醛树脂相同，因此该纤维具有同等的绝热、耐烧蚀、防火等性能。酚醛纤维由美国金刚砂公司在研究宇航材料过程中诞生的，当时主要考虑宇宙飞船突入大气层时产生数千度的高温，而在飞船表面涂敷一层酚醛树脂便能解决这一难题。酚醛纤维研制成功后，首先被美国采用作为高级宇航隔热材料，随后酚醛纤维及其织物被广泛应用于各种防护服如耐热服、赛车服、高温炉前工作服、消防服、围裙、手套、安全罩布、耐酸服、防寒服以及潜艇、舰船内的睡袋、褥垫等保暖材料和化学品储罐和容器的衬里材料等。

中空纤维是芯部为空心的管状纤维。现在研究较多的是应用于分离领域和保暖隔热领域的中空纤维，特别是在保暖织物方面发展迅速。中空纤维因为内部的中空空腔内包裹有大量的静止空气，而静止空气在所有材料中热导率最低，所以中空纤维能大大提高原有纤维的隔热效果，北极熊之所以能够在北极圈极度寒冷的环境里生存，其高度隔热的中空结构的熊毛也是一个关键因素。现在的保暖织物为了进一步提高其隔热性能，许多都采用中空纤维，并取得良好的效果。市场上的保暖内衣采用的就是中空纤维面料，它薄薄的一层在寒冷的冬季能够达到棉袄的保暖效果，这充分说明了中空纤维的隔热效果。调控中空酚醛纤维中空度可以控制中空纤维的隔热效果，经检索未发现有调控中空酚醛纤维中空度的报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种调节控制中空酚醛纤维中空度的方法，制备出不同中空度的中空酚醛纤维。

本发明调控中空酚醛纤维中空度的方法是将熔融或溶液纺丝法纺出的酚醛树脂原丝放入醛和酸的固化体系中进行部分交联固化，然后浸入甲醇等有机液体中浸泡溶出全部未固化芯部，通过调节固化液固化的温度和固化时间改变酚醛纤维的表皮固化层的厚度，来控制中空纤维的中空度。中空度的调解范围为1-90％。

本发明的调控中空度的关键步骤：

(1)将熔融或溶液法纺出的酚醛树脂原丝放入酸和醛组成的固化液中；

(2)酚醛树脂原丝在固化液升温固化的升温速率为5-40℃/h，固化温度为50-100℃条件下固化1-20小时，得到不同表皮固化层厚度的纤维；

(3)将不同表皮固化层厚度的纤维用水冲洗干净，放入有机溶液中浸泡溶出全部未固化芯部；

(4)将溶出后的纤维取出放入固化液中进行二次固化，固化条件是固化温度为70-110℃，恒温时间为1-10小时，二次固化后进行热处理，热处理条件是惰性气体保护下温度为140-300℃，恒温时间为1-10小时，得到不同中空度的中空酚醛纤维；

上述的熔融或溶液法纺丝为通用的熔融或溶液纺制酚醛纤维的方法，如：US Patent 3650102，US Patent3808289，US Patent3996327，US Patent 2006267229，CN1358887等专利中所述的；

所述的固化液中酸和醛的质量浓度为：

醛：10-30％，酸：5-25％

所述的固化液中的酸为盐酸、硝酸、磷酸、硫酸、醋酸、甲酸、草酸、对苯磺酸、对甲苯磺酸中的一种或几种；固化液中的醛为甲醛、多聚甲醛或者其混合物；

所述的浸泡溶解用的有机溶液为甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、乙二醇、丙酮、氯仿等所有能够溶解酚醛树脂的有机液体或者其混合溶液；

所述的酚醛纤维表皮固化层的厚度通过改变在固化液中的固化温度和固化时间来控制；

本发明的这种调控中空度的方法可应用到其他中空纤维的中空度的调节。

本发明与现有技术相比具有如下优点：