[发明专利]一种提高酚醛纤维残碳率的处理方法

说明书

技术领域

本发明属于一种酚醛树脂基纤维的制备方法，具体地说涉及一种提高酚醛树脂基纤维残碳率的制备方法。

背景技术

国内外，酚醛树脂纤维的制备主要是以甲醛和苯酚热塑性酚醛树 脂为原料，经熔融纺丝后在盐酸和甲醛体系中进行交联而制得的体型 结构纤维。目前，在高科技军工、航天和航空领域，酚醛树脂纤维 是一种极其重要的耐烧蚀、防热材料。随着高科技技术领域对耐烧蚀、 防热材料性能要求的提高，对酚醛纤维的性能，尤其是残碳率提出了 更高的要求。目前，酚醛基炭纤维的制备一般均是采用上述酸醛交联 固化后的纤维炭化制得，其缺点是纤维耐热性能差，高温下的残碳率 低，800℃的残炭率一般为55％-60％，1000℃下的残炭率只有50 -55％，限制了它的应用，不能适应更高的使用温度和更苛刻的使用 环境。

发明内容

本发明的目的是提供一种提高酚醛树脂基纤维残碳率的制备方法。

本发明先用甲醛水溶液和苯酚在草酸催化作用下聚合得的热塑 性酚醛树脂为原料，经过一系列过滤、水蒸气蒸溜、提纯、真空干燥 处理后制得可纺丝用酚醛树脂。经熔融纺丝制得的原生丝，于80-110 ℃在盐酸和甲醛水溶液固化体系中固化交联，得到酚醛树脂基固化纤 维。再将固化后的酚醛基纤维先在有机溶剂中经真空浸泡，后经B、 P、S无机酸和有机硼酸脂的乙醇有机溶液中浸渍，干燥除去溶剂后， 再经过常规的炭化处理。在保持其基本性能不变的条件下，处理后的 纤维的残碳率大大提高，800℃和1000℃下的残炭率都比未处理前提 高3-10％，得到一种高残碳率酚醛树脂基纤维。

本发明的制备方法包括如下步骤：

(1)先将固化的酚醛树脂纤维放入有机溶剂中，在常温、常压 下，浸泡3-6h，然后排出溶液，常温下，在40-50KPa真空中处理1-2h；

(2)将硼酸、磷酸、硫酸、硼酸丁酯、三乙醇胺硼酸酯和无水 乙醇按一定的比例配制浸渍处理液；

(3)常压下，先将真空处理后的纤维放入配好的浸渍处理液中， 在常温中浸渍处理1-2h，然后在110-140℃高温浸渍处理3-6h；

(4)经过浸渍处理后的纤维先用去离子水冲洗，再放入真空烘箱 中，于100-110℃、真空度30-50KPa下干燥处理；

(5)干燥处理后的纤维经炭化处理，得到高残碳率酚醛树脂基纤 维；

所述的浸渍处理液中各组分的质量比为：

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

如上所述的有机溶剂为乙醇、甲醇或丙酮。

本发明的优点：

1)采用本方法处理后，纤维的残碳率比未处理的纤维提高5-10％， 大量热分解温度缓延30-50℃。

2)本处理方法不影响纤维的其它基本性能，产品炭收率高，成 本低，操作方便，可靠。

3)采用本方法处理后，纤维上硼和磷的元素百分比含量可以分 别达到：硼％＝0.20-3.0，磷％＝0.20-3.0。

具体实施方式

实施实例：

实施实例1：采用800℃下残碳率为58.2％，1000℃下残碳率为 54.3％的酚醛树脂基固化纤维。先将5g固化后的酚醛纤维在1500ml 无水乙醇的小型浸渍釜中浸泡3h，然后排出溶液，再抽真空至 40-50KPa真空中常温处理1h。称取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，用超声 波分散溶解均匀，然后吸入小型浸渍釜。常压下，将浸泡后的纤维浸 渍在配好的硼磷浸渍处理液中，在110℃处理6h。取出纤维在100℃， 真空度40KPa的真空烘箱中处理1h，最后用去离子水冲洗。纤维在 (N₂气氛下)800℃炭化的残碳率可达到63.7％，1000℃残碳率60.3％。

实施实例2：同例1采用同样的酚醛树脂基固化纤维。同例1将 10g固化后的酚醛纤维浸泡处理。称取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，用超声 波分散溶解均匀，然后吸入小型浸渍釜。常压下，将浸泡后的纤维浸 渍在配好的硼磷浸渍处理液中，在130℃处理4h。取出纤维在110℃， 真空度30KPa的真空烘箱中处理1h，最后用去离子水冲洗。纤维在 (N₂气氛下)800℃炭化的残碳率可达到67.2％，1000℃残碳率63.1％。