改性熱塑性酚醛樹脂的制備及其成纖性能研究.pdf

1、酚醛纖維（PF）由于具有較高的耐高溫、耐火焰、耐腐蝕等優(yōu)良性能，被廣泛應(yīng)用于阻燃、耐腐蝕織物，航空復(fù)合材料等領(lǐng)域，并可作為碳材料和活性碳纖維的前驅(qū)體材料。酚醛纖維一般是由酚醛樹脂（PR）通過熔融紡絲成形，然后在含有甲醛的酸性溶液中進(jìn)行交聯(lián)，并進(jìn)一步高溫固化而成。酚醛纖維的性能主要取決于酚醛樹脂的結(jié)構(gòu)性能和后交聯(lián)處理的交聯(lián)程度。由于酚醛樹脂中的酚羥基和亞甲基易氧化，會(huì)使其耐熱性能降低，而很大程度限制了酚醛纖維的應(yīng)用范圍。因此，需對(duì)酚醛樹脂

2、進(jìn)一步改性以滿足紡制高性能纖維材料的要求。
　　本論文主要探究了合成高鄰位的酚醛樹脂以提高酚醛纖維的交聯(lián)速度，分別采用硼酸和鉬酸銨對(duì)其進(jìn)行改性以進(jìn)一步提高酚醛纖維的耐熱性能，并探討了改性酚醛纖維的交聯(lián)后處理工藝。通過傅里葉紅外光譜（FT-IR）、X射線衍射儀（XRD）、核磁共振波譜儀（NMR）、掃描電子顯微鏡（SEM）、熱重分析儀（TGA）和單纖維強(qiáng)伸度儀表征測(cè)試了制得的改性酚醛樹脂及其纖維的結(jié)構(gòu)性能，探討了紡絲及交聯(lián)后處理工藝對(duì)

3、改性酚醛纖維耐熱性能和力學(xué)性能的影響。
　　本論文首先優(yōu)化了合成硼改性高鄰位酚醛樹脂（o-BPR）的合成工藝，制得了Mw為4973 g/mol、鄰對(duì)位o/p值為1.52的o-BPR，采用熔融紡絲制得了硼改性高鄰位酚醛纖維（o-BPF），并探討了改性纖維的交聯(lián)后處理工藝。結(jié)果表明：硼的引入和高鄰位可以有效地封鎖酚醛纖維分子支鏈上酚羥基的熱氧化和加快交聯(lián)速度，提升酚醛纖維的熱穩(wěn)定性能和力學(xué)性能；硼改性高鄰位酚醛纖維的最佳交聯(lián)浴處理升溫

4、速率為25℃/h，最佳熱處理溫度為180℃，拉伸強(qiáng)度可達(dá)到213 MPa；改性纖維在N2和空氣氣氛中的初始分解溫度分別比常規(guī)酚醛纖維提高了139℃和261℃。
　　其次，探究了合成鉬改性高鄰位酚醛樹脂（o-MoPR）的最佳制備工藝，制得了Mw為4255 g/mol、鄰對(duì)位o/p值為1.25的o-MoPR，通過熔融紡絲、后交聯(lián)處理，得到鉬改性高鄰位酚醛纖維（o-MoPF）的成形工藝。通過一系列測(cè)試，結(jié)果表明：鉬的引入和高鄰位可以有效

5、地阻止酚醛纖維分子主鏈上亞甲基的氧化和加快交聯(lián)速度，提升酚醛纖維的熱穩(wěn)定性和力學(xué)性能。鉬改性纖維的最佳交聯(lián)浴處理升溫速率為25℃/h，最佳熱處理溫度為170℃，得到的纖維拉伸強(qiáng)度可達(dá)到185 MPa；改性纖維在N2和空氣氣氛中的初始分解溫度分別比常規(guī)酚醛纖維提高了123℃和260℃。
　　最后，探究了合成硼鉬雙改性高鄰位酚醛樹脂（o-B,MoPR）的制備工藝，制得了Mw為4653 g/mol、鄰對(duì)位 o/p值為1.22的o-B,M

6、oPR，通過熔融紡絲、后交聯(lián)處理，得到了硼鉬雙改性高鄰位酚醛纖維（o-B,MoPF）的成形工藝。結(jié)果表明：硼、鉬兩元素的引入和高鄰位可以有效地阻止酚醛纖維支鏈和主鏈上酚羥基、亞甲基的熱氧化和加快交聯(lián)速度，提升酚醛纖維的熱穩(wěn)定性和力學(xué)性能。硼鉬雙改性纖維的最佳交聯(lián)浴處理升溫速率為25℃/h，最佳熱處理溫度為170℃，得到的纖維拉伸強(qiáng)度可達(dá)到216 MPa；硼鉬雙改性纖維在N2和空氣氣氛中的初始分解溫度比常規(guī)酚醛纖維提高了88℃和232℃；