酚醛樹脂的增韌及其泡沫性能.pdf

1、酚醛樹脂(PF)泡沫具有密度小、強(qiáng)度高、導(dǎo)熱率低、阻燃性能好的特點(diǎn)，所以被用作保溫防火材料廣泛地應(yīng)用于交通運(yùn)輸、建筑、化工等行業(yè)。但是酚醛泡沫性脆，已經(jīng)不能夠滿足日益擴(kuò)大的市場需求。針對酚醛泡沫這一不足，對其進(jìn)行增韌改性以增強(qiáng)其應(yīng)用性能。但是很多增韌改性都在很大程度上降低了酚醛泡沫的阻燃性能。所以在不損害酚醛泡沫阻燃性能的前提下對其進(jìn)行增韌改性是改性酚醛泡沫的一個發(fā)展方向。
　　本論文以多聚甲醛和苯酚為原料制備了適宜發(fā)泡用的PF。

2、將其與表面活性劑、發(fā)泡劑和固化劑混合制備了酚醛泡沫材料。通過溴化法測定了合成樹脂的游離酚含量;鹽酸羥胺法測定其游離醛含量;旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測定其粘度;觀察其泡沫表觀質(zhì)量。結(jié)果表明:當(dāng)物料比甲醛/苯酚(F/P)為1.5∶1;反應(yīng)溫度80℃;反應(yīng)時間100min時合成的樹脂適合發(fā)泡。其粘度為5740mPa·s;游離酚含量3.67％;游離醛含量為2.14％;固含量為84.97％。通過對泡沫塑料的表觀質(zhì)量、表觀密度、含水率和吸水率的檢測發(fā)現(xiàn)在發(fā)泡溫度

3、為70～75℃;固化劑用量為17％～19％;發(fā)泡劑用量為3.5％～4.5％時制備的酚醛泡沫質(zhì)量最佳。
　　選取尼龍-66(PA66)和自制有機(jī)硅樹脂(SIR)兩種改性劑，分別對PF進(jìn)行增韌改性。以改性樹脂為主料，制備改性泡沫材料。以萬能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)對其力學(xué)性能測試;掃描電子顯微鏡(SEM)對樹脂斷裂面微觀形貌進(jìn)行觀察;通過熱重法(TGA)分析了改性PF的熱分解過程，非等溫差示掃描量熱法(DSC)探討了改性PF的固化行為;根據(jù)Kiss

4、inger法、Ozawa法和Crane法分別求解出了固化反應(yīng)和熱分解反應(yīng)的活化能、反應(yīng)級數(shù)和頻率因子。通過測試泡沫的抗壓性能、吸水率、粉化程度、及氧指數(shù)(LOA)以及觀察泡沫泡孔結(jié)構(gòu)，分析了兩種改性劑對酚醛泡沫性能的影響。
　　PA66改性PF(NPF)的分子結(jié)構(gòu)中引入了長鏈結(jié)構(gòu)，增韌效果明顯，沖擊強(qiáng)度提高了1.59kJ·m-2、彎曲強(qiáng)度增加了14.91MPa。NPF受到破壞應(yīng)力的時候，由應(yīng)力轉(zhuǎn)變向應(yīng)變轉(zhuǎn)變變化。NPF的熱分解分為

5、三個階段，主體結(jié)構(gòu)中苯環(huán)從440℃左右開始分解炭化。熱分解活化能為312.4860kJ/mol、反應(yīng)級數(shù)為0.9552、頻率因子為4.0949×1018s-1;固化過程中PA66的亞氨基與PF的羥甲基發(fā)生了脫水縮合作用加速了樹脂的交聯(lián)固化，同時吸收了能量而導(dǎo)致總反應(yīng)焓的降低，固化表觀活化能為77.4252kJ/mol、反應(yīng)級數(shù)為0.9315、頻率因子為1.4013×107s-1。
　　PA66不僅能增韌酚醛泡沫，還能完善泡沫孔壁結(jié)

6、構(gòu)，減少穿孔現(xiàn)象的發(fā)生。改性泡沫壓縮強(qiáng)度提高了62.96％;吸水率下降了24.95％;粉化度下降了50.08％。雖然阻燃性能略有下降，但是改性泡沫的LOA仍然高達(dá)35.85，依舊滿足A級難燃材料標(biāo)準(zhǔn)。
　　SIR改性PF(SPF)有良好的耐熱性和韌性，800℃時殘?zhí)柯蕿?5％;彎曲強(qiáng)度提高了17.55MPa，彎曲斷裂應(yīng)變增加了2.205％。SPF受沖擊斷裂時，基體局部剪切屈服，阻止裂紋的擴(kuò)展，同時吸收大量斷裂能量。SPF的固化工藝

7、為:“363.15K/2h→423.15K/2h→443.15K/2h”、后處理工藝為473.15K/3h。固化反應(yīng)活化能為112.915kJ·mol-1，頻率因子為3.29×1011s-1，反應(yīng)級數(shù)經(jīng)過分步線性擬合的方法修正后為1.2415。在樹脂固化反應(yīng)開始階段，有較高的反應(yīng)活化能(Ea);反應(yīng)后期，反應(yīng)由動態(tài)控制變?yōu)閿U(kuò)散控制。SPF泡沫泡孔結(jié)構(gòu)完善、少穿孔，韌性好。壓縮強(qiáng)度提高了28KPa，吸水率下降了29.5％，粉化程度下降了4