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酚醛树脂

酚醛树脂及其复合资料成型工艺的研讨停顿

返回列表 来源:河南派胜祥化工有限公司 日期:2019-01-11 09:16:05

酚醛树脂及其复合资料成型工艺的研讨停顿

酚醛树脂是最早工业化的合成树脂,曾经有100年的历史。由于它原料易得,合成便当以及树脂固化后性能能满足很多运用请求,因而在模塑料、绝缘资料、涂料、木材粘接等方面得到普遍应用。近年来,随着人们对平安等请求的进步,具有阻燃、低烟、低毒等特性的酚醛树脂重新惹起人们注重,特别在飞机场、火车站、学校、医院等公共建筑设备及飞机的内部装饰资料等方面的应用越来越多。
与不饱和聚酯树脂相比,酚醛树脂的反响活性低,固化反响放出缩合水,使得固化必需在高温高压条件下停止,长期以来普通只能先浸渍加强资料制造预浸料(布),然后用于模压工艺或缠绕工艺,严重限制了其在复合资料范畴的应用。为了克制酚醛树脂固有的缺陷,进一步进步酚醛树脂的性能,满足高新技术开展的需求,人们对酚醛树脂停止了大量的研讨,改良酚醛树腊的韧性、进步力学性能和耐热性能、改善工艺性能成为研讨的重点。近年来国内相继开发出一系列新型酚醛树脂,如硼改性酚醛树脂、烯炔基改性酚醛树脂、氰酸酯化酚醛树脂和开环聚合型酚醛树脂等。能够用于SMC/BMC、RTM、拉挤、放射、手糊等复合资料成型工艺。本文分离作者的研讨工作,引见了酚醛树脂的改性研讨停顿及RTM、拉挤等酚醛复合资料成型工艺的研讨应用状况。

1 酚醛树脂的改性研讨

1.1 聚乙烯醇缩醛改性酚醛树脂

工业上应用得最多的是用聚乙烯醇缩醛改性酚醛树脂,它可进步树脂对玻璃纤维的粘结力,改善酚醛树脂的脆性,增加复合资料的力学强度,降低固化速率从而有利于降低成型压力。用作改性的酚醛树脂通常是用氨水或氧化镁作催化剂合成的苯酚甲醛树脂。用作改性的聚乙烯醇缩醛普通为缩丁醛和缩甲乙醛。运用时普通将其溶于酒精,作为树脂的溶剂。应用缩醛和酚醛羟甲基反响合成的树脂是一种优秀的特种油墨载体树脂。

1.2 聚酰胺改性酚醛树脂

经聚酰胺改性的酚醛树脂进步了酚醛树脂的冲击韧性和粘结性。用作改性的聚酰胺是一类羟甲基化聚酰胺,应用羟甲基或生动氢在合成树脂过程中或在树脂固化过程中发作反响构成化学键而到达改性的目的。用该树脂制成的渔竿等薄壁管具有优秀的力学性能。

1.3 环氧改性酚醛树脂

用热固性酚醛树脂和双酚A型环氧树脂混合物制成的复合资料能够兼具2种树脂的优点,改善它们各自的缺陷,从而到达改性的目的。这种混合物具有环氧树脂优秀的粘结性,改良了酚醛树脂的脆性,同时具有酚醛树脂优秀的耐热性,改良了环氧树脂耐热性较差的缺陷。这种改性是经过酚醛树脂中的羟甲基与环氧树脂中的羟基及环氧基停止化学反响,以及酚醛树脂中的酚羟基与环氧树脂中的环氧基停止化学反响,最后交联成复杂的体型构造来到达目的,是一种应用最广的酚醛增韧办法。

1.4 有机硅改性酚醛树脂

有机硅树脂具有优秀的耐热性和耐潮性。能够经过运用有机硅单体与线性酚醛树脂中的酚羟基或羟甲基发作反响来改良酚醛树脂的耐热性和耐水性。采用不同的有机硅单体或其混合单体与酚醛树脂改性,可得不同性能的改性酚醛树脂,具有普遍的选择性。用有机硅改性酚醛树脂制备的复合资料可在200-260℃下工作应用相当长时间,并可作为瞬时耐高温资料,用作火箭、导弹等烧蚀资料。

1.5 硼改性酚醛树脂

由于在酚醛树脂的分子构造中引入了无机的硼元素,使得硼改性酚醛树脂的耐热性、瞬时耐高温性、耐烧蚀性和力学性能比普通酚醛树脂好得多。它们多用于火箭、导弹和空间飞行器等空间技术范畴作为优秀的耐烧蚀资料。

最常见的是应用硼酸与苯酚反响,生成硼酸苯酯,再与多聚甲醛甲醛水溶液反响,生成一个含硼的酚醛树脂。硼酚醛树脂固化物在900℃的残碳率到达70%,合成峰温度高达625℃。此外,硼酚醛分子构造中引进了柔性较大的-B-O-键,韧性和力学性能有所进步;固化产物中含硼的三向交联合构,使其耐烧蚀性能和耐中子辐射性能优于普通酚醛树脂。制得的碳布硼酚醛层压板的弯曲强度到达420 MPa,剪切强度高达39.7 MPa;氧—乙炔质量烧蚀率仅0.0364 g/s,比碳/钡酚醛资料低20%[2]。

1.6 橡胶改性酚醛树脂

采用共混方式将丁腈橡胶加到酚醛树脂中,是有效的增韧办法。橡胶参加量通常为树脂质量的2%~10%,冲击韧性能够进步100%以上。由于二者相溶性差,所以能够应用端羧基或端胺基丁腈橡胶与酚醛羟甲基反响,合成反响型橡胶改性酚醛树脂。该树脂可普遍用于航空航天等范畴。

1.7 炔基或烯丙基改性酚醛树脂

普通以线型酚醛为母体,在酚氧位或苯环上引入苯乙炔基、乙炔基、炔丙基等。其固化主要是经过不同官能团的聚合来完成,改动了传统酚醛缩合固化方式。乙炔基和炔丙基的聚合相对较容易,而苯乙炔基需求较高的固化温度。除了炔丙基酚醛树脂局部的扩链而有较高的分子质量外,这些聚合物的分子质量都较低。这些经过加成聚合固化的酚醛树脂与传统的热固性树脂相比有更好的热稳定性和更高的残碳率。

应用双马来酰亚胺与烯丙基化线型酚醛树脂(BMAN)共聚可制备用于RTM成型的耐高温树脂。该树脂在100℃/8 h内的黏度<150 mpa•s,适用于RTM成型工艺和模压工艺。且该树脂具有良好的耐高温性能,DMA分析标明树脂浇铸体模量曲线拐点温度Tonset在390℃以上,玻璃化温度>400℃。石英纤维/BMAN树脂复合资料也具有较好的耐高温性能,能够在350℃下运用。

1.8 酚醛氰酸酯树脂

酚醛氰酸酯普通是指以线型酚醛树脂为骨架,酚羟基被氰酸酯官能团所替代而构成的酚醛树脂衍生物,在热和催化剂作用下发作三环化反响,生成含有三嗪环的高交联密度网络构造大分子。其固化反响为自固化体系,固化时无挥发性小分子产生、收缩率低。该种树脂兼备丁环氧树脂的加工工艺性能、双马来酰亚胺的高温性能和酚醛树脂的阻燃特性。同时该树脂还具有优秀的介电性能,是制备高速数字及高频用印刷电路板及大功率电机绝缘配件的极佳资料,同时也是制造商高性能透波构造资料和航空航天用高性能构造复合资料最理想的基体资料。

1.9 苯恶嗪树脂

以酚类化合物、胺类化合物和甲醛为原料合成一类含杂环构造的中间体苯并恶嗪。在加热和/或催化剂的作用下,苯并恶嗪中间体可发作开环聚合,生成含氮且相似酚醛树脂的网状构造。通常我们将这种新型树脂称为开环聚合酚醛树脂。这种苯并恶嗪树脂在成型固化过程中没有小分子释放。

1.10 二甲苯改性酚醛树

二甲苯改性酚醛树脂是在酚醛树脂的分子构造中引入疏水性构造的二甲苯环,由此改性后的酚醛树脂的耐水性、耐碱性、耐热性及电绝缘性能得到改善。

1.11 二苯醚甲醛树脂

二苯醚甲醛树脂是用二苯醚替代苯酚甲醛缩聚而成的,二苯醚甲醛树脂的玻璃纤维加强复合资料具有优秀的耐热性能,可用作H级绝缘资料,它还具有良好的耐辐射性能,吸湿性也很低。

1.12 双马来酰亚胺改性酚醛树脂

酚醛树脂中引入耐热性优秀的双马来酰亚胺,因两者之间发作氢离子移位加成反响,所以对局部酚羟基具有隔离或封锁作用,使改性树脂的热合成温度显著进步,关于改善摩阻资料的耐高温性能有很大作用。

双马来酰亚胺改性酚醛树脂有突出的耐热性,热变形温度(HDT)为273℃,玻璃化温度(Tg)为产量及运用量增长十分疾速。国外之所以可以普遍采用酚醛玻璃钢的主要缘由,一是该类产品在性能方面有其共同的优点;二是酚醛玻璃钢的制造及研讨开发工作比拟成熟,简直触及各种工艺办法。与之相比,我国在酚醛玻璃钢的制造及其应用方面,与国外存在着很大的差距,制造成型办法不多,仅限于模压、布带缠绕,及近期开发的手糊工艺等。RTM、拉挤等酚醛玻璃钢成型工艺办法,才刚刚起步,但表现出很强的开展势头。

2.1 RTM成型工艺(Resin Transfer Molding)

RTM成型工艺根本原理是将玻璃纤维或其他加强资料铺放到闭模的模腔内,用压力(或真空辅助)将树脂胶液注入模腔,渗透加强资料,然后固化,脱模成型制品。RTM成型工艺是从湿法铺层和注塑工艺演化而来的1种新的复合资料成型工艺。RTM工艺通常运用加强资料方式有短切纤维毡、连续纤维毡、三维织物或特制的复合毡等,加强资料的品种有玻璃纤维、芳纶纤维、碳纤维等。采用不饱和聚酯树脂为基体的RTM成型工艺曾经得到普遍应用,对树脂体系、加强资料铺覆、流变特性、模具设计制造、制品构造设计、专用设备等 方面都有系统深化研讨。

酚醛树脂用于RTM工艺在国内近几年才呈现。RTM消费工艺通常请求树脂注射温度下的黏度约为250-500 mpa•s,以使纤维能很快地渗透,并防止铺层或织物构造被毁坏。树脂固化过程应没有或尽量减少小分子产生,以减少制品缺陷,进步各种性能。传统的酚醛树脂由于经过缩合固化,固化过程中有小分子放出,容易形成制品缺陷,所以不太合适RTM工艺成型。

目前国内对酚醛和其他高性能树脂RTM成型工艺的需求主要来自军用产品。但由于短少专用的RTM酚醛树脂,只能应用传统的酚醛树脂停止注射,固化时仍采用加压方式,目前曾经开发出许多制品,获得了较好的效果。RTM曾经成为航空航天先进复合资料重要的成型工艺之一。三江集团的佘平江等人,应用RTM成型工艺办法,运用氨酚醛树脂复合了高强玻璃纤维三维编织体,分别制造了拉伸强度试片、弯曲强度试片、氧乙炔烧蚀试片,试片的纤维体积含量为55%。性能测试结果为:拉伸强度为744MPa,拉伸模量为40.6GPa,断裂应变2.07%,弯曲强度为456.4MPa,弯曲模量31.8GPa,其力学性能接近于钢,烧蚀 性能大大好于模压和缠绕复合资料。冯志海等人在这方面也作了深化研讨,并应用于产品消费中。

2.2 拉挤成型工艺

拉挤成型工艺是1种重要的复合资料成型工艺,最常用的基体树脂为不饱和聚酯树脂、乙烯基酯,近来环氧树脂、酚醛树脂也被用于拉挤工艺。

从理论上讲,拉挤成型工艺比拟简单。所用加强资料的品种较为普遍,能够运用纤维状的,也能够运用编织物或毡状的,其组分能够是玻璃纤维,也能够是芳纶纤维、碳纤维或其他纤维资料的。加强资料通常采用连续的喂人办法,例如采用无捻粗纱纱团,从纱架上连续喂人纤维的办法。拉挤成型时,纤维首先穿过与玻璃钢制品尺寸相同的热成型模,然后进入1个拉引机构。在纱架与成型模之间,设有一个胶槽,其中放置有预先配制好的树脂,纤维浸渍树脂后经导向安装停止排布,然后进入成型模。

在不饱和聚酯树脂拉挤成型工艺中,由于采用了活性稀释剂苯乙烯,它自身可起到交联剂的作用,因此在拉挤成型模内不会产生挥发性的物质。但酚醛树脂是1种缩聚树脂,在树脂链增长或交联过程中,将会产生出水分子。由于拉挤成型模腔温度经常在100℃以上,因此酚醛树脂固化过程中,水蒸汽如何排出,这是酚醛拉挤工艺需求处理的技术关键问题[17]。其次酸性催化剂能经过铬镀层的微孔腐蚀钢质拉挤模具,这也是酚醛树脂在拉挤成型工艺方面的应用较晚的缘由之一。

2.3 SMC/BMC模压成型工艺

SMC/BMC模压工艺是将一定量的SMC/BMC模压料放人金属对模中,在一定温度和压力下成型制品的1种方法。最早开发的SMC产品是UP-SMC(即不饱和聚酯片状模塑料),如今PF-SMC(即酚醛片状模塑料)作为1种玻璃纤维加强资料曾经被国外普遍应用于宇航、建筑和运输等范畴。PF-SMC的制备办法是将酚醛树脂糊在浸渍机上浸渍无序短切玻璃纤维(普通玻璃纤维长度为1.5~50mm,用量为酚醛树脂糊质量的20%~50%),用易剥离的聚乙烯薄膜为隔阂停止连续消费,其消费工艺与UP-SMC相同,消费出的PF-SMC需求在30~70℃的恒温内经过24~100h的熟化处置。PF-SMC固化物的力学性能与UP-SMC的相比,室温下大致相同,但是高温下,PF-SMC固化物具有更优良的力学性能,它在150℃下热老化100h,其拉伸强度和弯曲强度不发作任何变化,在200℃时,弯曲强度的坚持率为73%,弯曲模量的坚持率为77%,而UP-SMC固化物的弯曲强度和弯曲模量的坚持率却只要29%和43%]北京玻钢院复合资料有限公司八五期间就胜利开发了酚醛树脂SMC整套工艺技术和制品,包括专用树脂、增稠体系、片材组分、模压工艺等。

2.4 其他成型工艺

酚醛复合资料还有连续层压成型工艺、纤维缠绕成型工艺、预浸渍模压工艺、低压模压成型工艺、手糊成型工艺、喷涂成型工艺等成型办法。手糊工艺是国外最常用的酚醛玻璃钢消费工艺之一。通常采用酸固化型酚醛树脂,其催化剂用量约为5%~8%,黏度约为600-700mpa•s。参加催化剂,通常能降低树脂的黏度,固化时间约为10~30min,比聚酯树脂的还要短一些。理论证明,只需经过认真涂敷,能够制得尺寸比拟大的酚醛玻璃钢制品。涂敷好的制品件,应在恰当的温度下停止固化。由于短切原丝毡的某些偶联剂,不能溶于酚醛树脂,因而并不是一切适用于聚酯树脂的玻璃纤维,都能适用于酚醛树脂。手糊成型法消费的酚醛玻璃钢制件,尺寸能够很大,例如英吉利海峡隧道列车的司机室,每个达240kg。

另外,国外喷涂酚醛树脂在汽车防热板方面的应用量也很大。许多消费厂商经常采用与手糊工艺相近的中等黏度酚醛树脂,但混合有较强的催化剂,以加快其成型速度,减少成型时间。在喷涂酚醛树脂时,必需对喷涂聚酯的机器稍加改良,且不能运用外部混合喷枪,并请求催化剂泵保送的催化剂体积,到达树脂体积的10%左右,其喷涂部件必需可以耐化学品的腐蚀。当前,Jaguar公司所用的防热板,都是由Scandura Sealtex公司,采用这种喷涂堆积工艺办法所制成。

3 结语

近年来,随着对酚醛树脂需求的不时增加,在研发上的投入不时增大,新的树脂种类、新的成型工艺、新的合成技术不时呈现,关于酚醛发泡、酚醛蜂窝、酚醛复合资料回收等的研讨都获得了很大停顿。我们有理由置信,酚醛树脂及其复合资料将在许多范畴发挥其更大的作用,酚醛树脂这一古老的产品必将重新焕发青春。
酚醛树脂及其复合资料成型工艺的研讨停顿
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