一种通过干法纺丝制备酚醛环氧纤维的方法技术

本发明专利技术公开了一种通过干法纺丝制备酚醛环氧纤维的方法，通过将酚类化合物醛类化合物在金属盐离子和酸性催化剂的作用下合成高邻位酚醛树脂；将高邻位酚醛树脂与环氧树脂混合加热后加入胺类固化剂进行干法纺丝，将初生纤维分别进行热固化和微波固化，可得到干法纺丝法制备的酚醛环氧纤维。本发明专利技术方法在整个制备过程中绿色环保，生产效率高，制得的酚醛环氧纤维具有阻燃、耐热、耐腐蚀、绝缘、韧性高等优点，具有广泛的应用领域。具有广泛的应用领域。

【技术实现步骤摘要】
一种通过干法纺丝制备酚醛环氧纤维的方法


[0001]本专利技术属于耐热、阻燃、绝缘特种纤维的制备领域，具体涉及一种通过干法纺丝制备酚醛环氧纤维的方法。

技术介绍

[0002]酚醛纤维是一种三维结构的阻燃纤维，由酚类化合物、醛类化合物经聚合、纺丝后再交联得到。酚醛纤维具有耐热、阻燃、耐腐蚀、电绝缘性好等优点，其组成中仅含 C、H、O三种元素，在火焰中发烟量极少，且无有毒气体产生，可用于耐热织物、摩擦材料、绝缘材料、耐热复合材料等生产制作，同时也可应用于建筑、航空航天、交通运输、石油化工等领域。
[0003]目前交联固化酚醛纤维的方法主要是热固化和溶液固化两种。纯热塑性酚醛纤维在热固化处理后会发生形变，热固性酚醛纤维在热固化过程中产生的小分子水会使纤维存在孔隙，造成力学性能下降。常用固化剂为六亚甲基四胺，但是其超过100℃就会分解，而酚醛纤维热固化温度多在120℃以上，且添加固化剂同样会影响纤维的力学性能，因此需要对酚醛纤维体系进行改性（吉康,卢禹彤,王浏浏,张伟,张德荣.固化剂对酚醛模塑料性能影响[J].工程塑料应用,2021,49(05):137
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142.）。溶液固化多采用盐酸
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甲醛溶液作为交联浴，但是这种固化方式不仅需要长时间反应而且盐酸与甲醛都属于易挥发物质，会将盐酸、甲醛及其化合物挥发至空气中造成环境污染，盐酸
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甲醛交联浴的回收与利用也是一个需要考虑的因素（王迎,谢概,刘勇.静电纺丝法制备酚醛纤维研究进展[J].高分子通报,2016(03):1
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5.）。因此需要一种既可以保持酚醛纤维各项性能又可以提高固化效率、保护环境的固化方式。
[0004]环氧树脂具有优异的耐腐蚀性、热稳定性，并且力学性能和耐热性都十分优异，在电气、电子、光学、建筑等领域都有广泛应用。环氧树脂中的环氧基团可以与酚醛纤维中的酚羟基等基团反应，在胺类固化剂的作用下可以更好地使体系充分发生交联反应。

技术实现思路

[0005]本专利技术提出了一种通过干法纺丝制备酚醛环氧纤维的方法，固化后纤维形态不变、力学性能、耐热性能以及固化效率提高且污染小、效率高，制得的高邻位酚醛环氧纤维阻燃及力学性能优良。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术首先将酚类与醛类在酸性环境中由金属盐催化反应生成热塑性高邻位酚醛树脂，并与环氧树脂混合，加入胺类固化剂进行干法纺丝，将制得的初生纤维进行微波固化处理，得到干法纺丝制备的阻燃、耐热的酚醛环氧纤维。
[0007]本专利技术提供一种通过干法纺丝制备酚醛环氧纤维的方法，步骤如下：（1）将酚类化合物与醛类化合物及金属盐催化剂混合后于三口瓶中加热，于沸腾状态保持4
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4.5h，然后加入酸性催化剂继续反应1
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1.5h，然后将其减压蒸馏至100
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130℃，冷却至室温得到高邻位酚醛树脂；
（2）将高邻位酚醛树脂与环氧树脂混合，在75
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90℃下加热使树脂完全变为熔融状态，得高邻位酚醛/环氧混合树脂，加入少量有机溶剂后升温至92
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97℃，加入胺类固化剂迅速搅匀，然后进行干法纺丝得到酚醛环氧初生纤维；（3）将获得的初生纤维分别进行微波固化处理，可得到干法纺丝制备的酚醛环氧纤维。
[0008]所述步骤（1）中的酚类化合物为苯酚、间甲酚或间苯二酚；醛类化合物为甲醛或乙醛；金属盐催化剂为醋酸钡；酸性催化剂为盐酸、草酸或硫酸。
[0009]所述步骤（1）中酚类化合物与醛类化合物的摩尔比为1:（0.7
‑
0.9）；酚类化合物与金属盐催化剂的质量比为1:（0.01
‑
0.025）；酚类化合物与酸性催化剂的质量比为1:（0.003
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0.007）。
[0010]所述步骤（1）中减压蒸馏操作时装置内的压强为0.001
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0.0017MPa；减压蒸馏操作过程中升温速率为0.08
‑
0.5℃/min。
[0011]所述步骤（2）中环氧树脂为E
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44、F
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48或F
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704。
[0012]所述步骤（2）中胺类固化剂为乙二胺、二亚乙基三胺、二乙氨基丙胺，有机溶剂为N,N
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二甲基甲酰胺、二甲基亚砜或N,N
‑
二甲基乙酰胺。
[0013]所述步骤（2）中高邻位酚醛树脂与环氧树脂质量比为1:（0.05
‑
2）；高邻位酚醛/环氧混合树脂与有机溶剂质量比为1:（0.01
‑
0.5）；高邻位酚醛/环氧混合树脂与胺类固化剂质量比为1:（0.005
‑
0.025）。
[0014]所述步骤（3）中，干法纺丝在氮气氛围，甬道温度100
‑
250℃，将获得的初生纤维在空气条件下放于微波炉中，于60
‑
1200W功率微波处理1
‑
30min。
[0015]本专利技术的有益效果为：本专利技术采用物理共混的方法对热塑性酚醛树脂进行改性，干法纺丝得到酚醛环氧纤维，与现有的改性方法相比，物理共混操作简单，只需按比例混合后加热溶液即可纺丝，大大提高了生产效率；环氧基团作为固化剂减少了反应中小分子的释放，提高了纤维的密实性，增加了纤维力学性能；共混时使用的有机溶剂有利于树脂的均匀混合，所得纤维结构均匀；采用微波固化的方式，有效避免了盐酸
‑
甲醛溶液造成的环境污染、固化效率低等问题；同时纤维内外结构均匀，消除了皮芯结构；微波固化后的酚醛环氧纤维具有耐热、阻燃、韧性强等优点，可应用于建筑、国防、交通等众多领域。
具体实施方式
[0016]下面结合具体实施例，对本专利技术做进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本专利技术而非用于限制本专利技术的范围，该领域的技术熟练人员可以根据上述专利技术的内容作出一些非本质的改进和调整。
实施例1
[0017]本实施例提供一种通过干法纺丝制备酚醛环氧纤维的方法，步骤如下：（1）将苯酚与甲醛及醋酸钡混合后于油浴加热，使其处于沸腾状态保持4h，然后加入硫酸溶液，继续反应1h，然后将其置于减压蒸馏装置中以0.08℃/min的升温速率加热蒸馏至100℃，保持装置内的压强为0.001MPa，当溶液处于粘稠可拉丝的状态时，将其倒出，冷
却至室温得到高邻位酚醛树脂。其中苯酚：甲醛的摩尔比为1:0.7，苯酚：醋酸钡的质量比为1：0.01；苯酚与硫酸的质量比为1:0.003。
[0018]（2）将高邻位酚醛树脂与环氧树脂E
‑
44混合，在75℃下进行加热，使树脂完全变为熔融状态，得高邻位酚醛/环氧混合树脂，加入少量二甲基亚砜搅匀后升温至92℃，加入乙二胺迅速搅匀，然后在氮气氛围，甬道温度100℃进行干法纺丝，得到酚醛环氧初生纤维。其中高邻位酚醛树脂与环氧树脂质量比为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种通过干法纺丝制备酚醛环氧纤维的方法，其特征在于步骤如下：（1）将酚类化合物与醛类化合物及金属盐催化剂混合后于三口瓶中加热，于沸腾状态保持4
‑
4.5h，加入酸性催化剂继续反应1
‑
1.5h，然后将其减压蒸馏至100
‑
130℃，冷却至室温得到高邻位酚醛树脂；（2）将高邻位酚醛树脂与环氧树脂混合，在75
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90℃下加热使树脂完全变为熔融状态，得高邻位酚醛/环氧混合树脂；加入少量有机溶剂后升温至92
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97℃，加入胺类固化剂迅速搅匀，然后进行干法纺丝得到酚醛环氧初生纤维；（3）将获得的初生纤维分别进行微波固化处理，可得到干法纺丝制备的酚醛环氧纤维。2.根据权利要求1所述的一种通过干法纺丝制备酚醛环氧纤维的方法，其特征在于：所述步骤（1）中的酚类化合物为苯酚、间甲酚或间苯二酚；醛类化合物为甲醛或乙醛；金属盐催化剂为醋酸钡；酸性催化剂为盐酸、草酸或硫酸。3.根据权利要求1所述的一种通过干法纺丝制备酚醛环氧纤维的方法，其特征在于：所述步骤（1）中酚类化合物与醛类化合物的摩尔比为1:（0.7
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0.9）；酚类化合物与金属盐催化剂的质量比为1:（0.01
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0.025）；酚类化合物与酸性催化剂的质量比为1:（0.003
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0.007）。4.根据权利要求1所述的一种通过干法纺丝制备酚醛环氧纤维的方法，其特征在于：所述步骤（1）中减...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨凯，焦明立，刘安斐，黄承志，刘恒，刘子豪，刘英，刘让同，
申请(专利权)人：中原工学院，
类型：发明
国别省市：