酚醛纖維具有優(yōu)異的阻燃、抗燒蝕、高熱穩(wěn)定性和吸聲等特性，得到了廣泛應用。酚醛纖維是過量的苯酚與甲醛反應生成直線性酚醛樹脂，酚醛樹脂經(jīng)熔融紡絲，在酸和醛的混合液中固化形成不溶不熔纖維。紡出纖維的固化反應，就是此聚合物纖維原絲在酸催化作用下進一步同甲醛發(fā)生的加成縮合反應，生成亞甲基橋鍵-CH2-和亞甲基醚鍵-CH2OCH2-化合物。

(l)酚醛纖維的制備在草酸催化作用下，使過量苯酚與甲酸反應，合成直線形熱塑性酚醛樹脂；進一步分餾，制備出軟化點130℃、數(shù)均分子量2000和游離酚含量小于O。3%的高純可紡性熱塑性酚醛樹脂；再經(jīng)熔融紡絲，紡制成平均直徑為1Oum的纖維；將初生纖維固定在石墨夾板上，浸入盛有甲醛和鹽酸水溶液的固化液的反應器內(nèi)，按一定的升溫速率升溫至95℃，進行固化反應，得到酚醛纖維。甲醛濃度、鹽酸濃度、升溫速率等因素對固化反應產(chǎn)生影響，最終影響酚醛纖維的性能。

(2)影響酚醛纖維性能的因素初生纖維的熔并溫度隨著甲醛濃度的增大而依次降低。其原因在于甲醛與酚醛樹脂具有良好的相容性，甲醛的濃度越高，對酚醛樹脂的滲透性越強；甲醛對酚醛樹脂有顯著的溶脹作用，并使其在甲醛濃溶液中的熔點降低。為提高+CH2OH在纖維內(nèi)部的擴散速度，在+CH20H馬初生纖維的液固反應體系中，選用高濃度的+CH30(18.5%)，即HCHO (37%)與HCl(37%)各50%相混合。

將初生纖維置于18.5%的鹽酸溶液中，按10℃／h的速率升溫至95℃，并在此溫度下恒溫2h。初生纖維在反應結束后變成棕紅色纖維，將此反應生成物用熱臺顯微鏡和IR進行分析，結果表明，初生纖維經(jīng)鹽酸處理后亞甲基-CH2-和酚羥基-OH吸收峰相對強度減少，出現(xiàn)了新的吸收峰芳香醚鍵C-O-C和芳香酮鍵C-C=O。這可能是初生纖維在強酸作用下酚羥基之間、酚羥基與亞甲基之間發(fā)生了脫水縮合反應，導致了芳環(huán)中取代基數(shù)目增多，交聯(lián)程度提高，酚醛纖維熔點的提高，熱臺顯微鏡分析結果顯示，經(jīng)過HCl處理的酚醛纖維依然為可熔融物，這說明在鹽酸作用下只能發(fā)生部分交聯(lián)，發(fā)生高度交聯(lián)化必須存在交聯(lián)基因的供應體。

纖維內(nèi)部芳環(huán)之間的交聯(lián)基團越多，宏觀上反應在力學性能上拉伸強度越高。在較低的酸濃度下，酚醛纖維拉伸強度隨酸濃度的提高而增大，在酸濃度為12%時達到最高點200MPa，隨后又隨酸濃度的增大而降低。HCl濃度越低(<12%)生成的+ CHz OH濃度越低，交聯(lián)程度低，強度也低。當酸濃度為3%時，經(jīng)過長時間反應后，纖維仍是可溶纖維。而在酸濃度過高的情況下(>12%)，生成的+CH2OH濃度高，纖維表面迅速交聯(lián)形成致密的剪切層，阻止+CH20H擴散進入纖維內(nèi)部，形成了從纖維外表到內(nèi)部+CH2OH的濃度梯度，影響內(nèi)部交聯(lián)反應，導致纖維強度降低。

在濃度為18.5%的酸溶液中所獲得的纖維強度僅85MPa。

隨著升溫速率的提高，酚醛纖維拉伸強度逐漸提高，在15.4℃／h達到最大值然后下降。其原因是，當升溫速率太低(<15.4℃／h)時，纖維在低溫段停留時間太長，LCH2OH由表面到纖維內(nèi)部的擴散速度太低，在纖維表面發(fā)生的交聯(lián)反應使表面形成較致密的結構，以至于反應進行到第二階段，即在較高的溫度下+ CH2OH很難逾越這一保護層進入纖維內(nèi)部，由于纖雛內(nèi)部缺乏+CH20H，交聯(lián)程度較低，形成梯度效應。升溫速度越低，這一梯度效應越明顯。當升溫速率小于4℃/h時，出現(xiàn)所謂的“皮芯”效應，纖維強度僅75MPa。當升溫速率太高(>15.4℃/h)時，固化反應無論在低溫還是高溫段都未有足夠的反應和擴散時間，因而固化交聯(lián)反應發(fā)生的概率小，形成的交聯(lián)基因也較少，導致拉伸強度降低，升溫速度越高，纖維的強度越低，當升溫速率大于30℃/h時，纖維表面由于來不及形成保護膜而發(fā)生熔并。在甲醛濃度為18. 5%，酸濃度為12%和升溫速率為15.4℃/h的固化反應條件下，固化后的酚醛纖維獲得了260MPa的最高拉伸強度。這一結果表明，只有在適當?shù)臈l件下，足量的+CH2OH不僅與纖維的外層反應，而且擴散入纖維的內(nèi)部，與纖維的內(nèi)部進行交聯(lián)反應，最終獲得內(nèi)外高度均勻交聯(lián)的纖維。

在甲醛濃度一定的條件下，鹽酸濃度控制熱交聯(lián)反應，以及溶液中生成的+CH2OH的濃度。而+CH2OH濃度又影響著它與纖蚓外層芳環(huán)的反應速度和+CH20H由纖維表面到內(nèi)部的擴散速度及與內(nèi)層芳環(huán)的反應速度。如酸濃度太高，外表面交聯(lián)反應太快，所形成的保護層必將阻礙+CH20H向纖維內(nèi)部的擴散及交聯(lián)。而酸濃度太低，外表面的交聯(lián)反應速度太慢，隨反應的進行，溫度的提高，外表面由于交聯(lián)度不夠，易產(chǎn)生熔并。另一方面，加熱速度又影響著固化反應的時間，并通過影響過程溫度間接地影響著擴散和交聯(lián)反應速度。顯然，只有當固化過程中纖維內(nèi)部、外層的交聯(lián)反應速度與總的交聯(lián)時間達到最佳匹配時，才能獲得高度均勻交聯(lián)的纖維。