甲阶酚醛树脂的合成研究进展
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酚醛树脂是最早工业化的合成树脂,已经有100年的历史。
由于它原料易得,合成方便以及树脂固化后性能能满足很多使用要求,因此在模塑料、绝缘材料、涂料、木材粘接等方面得到广泛应用。
近年来,随着人们对安全等要求的提高,具有阻燃、低烟、低毒等特性的酚醛树脂重新引起人们重视,尤其在飞机场、火车站、学校、医院等公共建筑设施及飞机的内部装饰材料等方面的应用越来越多[1]。
与不饱和聚酯树脂相比,酚醛树脂的反应活性低,固化反应放出缩合水,使得固化必须在高温高压条件下进行,长期以来一般只能先浸渍增强材料制作预浸料(布),然后用于模压工艺或缠绕工艺,严重限制了其在复合材料领域的应用。
为了克服酚醛树脂固有的缺陷,进一步提高酚醛树脂的性能,满足高新技术发展的需要,人们对酚醛树脂进行了大量的研究,改进酚醛树腊的韧性、提高力学性能和耐热性能、改善工艺性能成为研究的重点。
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。
可以用于smc/bmc、rtm、拉挤、喷射、手糊等复合材料成型工艺。
本文结合作者的研究工作,介绍了酚醛树脂的改性研究进展及rtm、拉挤等酚醛复合材料成型工艺的研究应用情况。
1酚醛树脂的改性研究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,它可提高树脂对玻璃纤维的粘结力,改善酚醛树脂的脆性,增加复合材料的力学强度,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一般为缩丁醛和缩甲乙醛。
使用时一般将其溶于酒精,作为树脂的溶剂。
利用缩醛和酚醛羟甲基反应合成的树脂是1种优良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提高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,利用羟甲基或活泼氢在合成树脂过程中或在树脂固化过程中发生反应形成化学键而达到改性的目的。
改性酚醛树脂复合材料的研究进展及应用综述了改性酚醛树脂复合材料的研究进展,重点介绍了我国改性酚醛树脂复合材料的研究进展及应用,最后指出了我国改性酚醛树脂复合材料今后的发展方向。
标签:酚醛树脂;改性;复合材料酚醛树脂(PF)由酚类(苯酚、甲酚、二甲酚和间苯二酚等)和醛类(甲醛、乙醛和糠醛等)在酸性或碱性催化剂作用下缩聚而成,是最早合成的热固性树脂。
普通酚醛树脂由于受分子结构的限制,热稳定性和残炭率较低,限制了其应用。
为了克服传统酚醛树脂脆性较大、交联度低、耐热性不佳、释放游离甲基和游离酚等缺陷,对酚醛树脂进行复合改性是常用的方法,以此获得性能优越的酚醛树脂复合材料,广泛应用于清漆、胶粘剂、涂料、模塑料、层压材料、泡沫材料、耐烧蚀材料等方面。
1.酚醛树脂的结构酚醛树脂的结构主要有线型酚醛树脂和甲阶酚醛树脂。
线型酚醛树脂在加热过程中逐渐软化,温度降至常温后又变硬,即在重复加热、冷却过程中重复塑化、硬化,表现出热塑性,而不具有热硬性。
甲阶酚醛树脂含有水分,为聚合度不大的线型分子混合物,溶于水、乙醇、丙酮等溶剂中,具有高温固化性,属可溶性热固性酚醛树脂。
2.复合材料制备研究进展酚醛树脂反应活性低,固化反应放出缩合水,且必须在高温条件下才能进行固化,制约了其在复合材料领域的应用。
为弥补这一缺陷与不足,进一步提高其综合性能,在其分子链极性节点周围形成连接界面,使分子链间的键能增强,通常在酚醛树脂中引入高耐热性纳米材料,可提高其在高温下的质量保持率,降低其高温炭化率,从而使材料在高温下的基本性能得以提高。
酚醛树脂的耐热性和增韧改性主要是通过共混或化学反应来实现。
2.1化学改性制备酚醛树脂的化学改性是指应用化学反应改变苯酚甲醛树脂分子结构的一类改性方法,途径主要有:羟基醚化或环氧化、控制分子链交联状态的不均匀性及引进钼、硼、磷、有机硅等组分,可以提高树脂的耐热性尤其是瞬时耐高温的特性。
环氧综合性能良好,能兼顾热固性酚醛树脂和双酚的优势,提高材料的粘接性与耐热性,改善树脂脆性;有机硅的耐热性和耐潮性良好,与酚羟基发生化学反应,可增强酚醛树脂的耐热性与耐水性;硼元素能显著改善酚醛树脂的耐热性、耐瞬间高温性、耐烧蚀性,增强其力学性能。
酚醛树脂(PF树脂)研究~~酚醛树脂(PF树脂)⾸先由德国化学家A.Bayer在1872年通过苯酚与甲醛反应制得的,⽽其⼯业化还是美国化学家L.H.Baekeland在1909年先后发表了两项酚醛树脂胶粘剂⼯业合成专利的基础上逐步发展起来的。
19世纪20年代末30年代初,PF树脂胶粘剂开始⼴泛⽤于⽣产耐沸⽔、耐候的胶合板。
如今,酚醛树脂胶粘剂以其胶接强度⾼、耐⽔、耐热、耐磨、耐化学药品腐蚀、成本较低等优点⽽⼴泛应⽤于⽊材加⼯业,其⽤量仅次于脲醛树脂胶粘剂,特别是在⽣产耐⽔、耐候⽊制品中具有脲醛树脂胶粘剂⽆可⽐拟的优势。
另外,随着⼈们对⽊制品等甲醛释放给健康造成危害的认识的提⾼,强制性国家标准GB18580-2001《室内建筑装饰装修材料-⼈造板及其制品中甲醛释放限量》的颁布与实施,酚醛树脂胶粘剂及其胶接制品由于较⼩的甲醛释放问题,⽽必然会得到更进⼀步的发展,将成为最有希望最终取代脲醛树脂胶粘剂的有⼒候选之⼀。
然⽽,酚醛树脂胶粘剂也存在着颜⾊深、固化后的胶层硬脆、易龟裂、成本较脲醛树脂胶粘剂贵等缺点;特别是酚醛树脂胶粘剂固化温度⾼、固化速度慢(⼀般要在130~160℃下热压才能得到好的胶合强度),造成⽣产效率低、能量和设备消耗⼤。
这些都限制了酚醛树脂胶粘剂更⼴泛的应⽤。
因此,提⾼酚醛树脂胶粘剂的固化速度、降低固化温度是⽊材加⼯业的⼀个⾮常重要的课题,决定着酚醛树脂胶粘剂的⽣命⼒,在⼀定程度上也影响着⽊材⼯业的发展。
为此,世界各国的科技⼯作者在这⼀⽅⾯进⾏了⼤量研究,取得了可喜成果。
酚醛树脂(未特别指明的情况下,是指⽊材⼯业常⽤的碱催化条件下合成的⽔溶性热固性甲阶初期树脂)的固化速度跟树脂的甲醛/苯酚的摩尔⽐、催化剂种类与⽤量、树脂浓度、反应程度、固化温度、固化促进剂的种类与⽤量、添加剂的种类与⽤量等有关。
1 酚醛树脂胶粘剂合成配⽅、⼯艺改进研究发现[1],当树脂浓度、固化温度等⼀定时,树脂的甲醛/苯酚的摩尔⽐(在⼩于3的情况下)越⾼固化速度越快。
酚醛树脂及复合材料成型工艺的研究进展酚醛树脂(Phenolic resin)是一种广泛应用于复合材料制造的热固性树脂。
它具有优异的耐热性、耐化学腐蚀性和机械性能,因此在航空航天、汽车、电子等工业领域得到了广泛的应用。
酚醛树脂及其复合材料的成型工艺经过多年的研究和发展,取得了重要的进展。
首先,酚醛树脂的成型工艺主要包括压模成型、注塑成型和复合材料预浸料成型。
压模成型是将树脂和填料混合均匀后,放入预热的金属模具中,在高温高压下固化成型。
注塑成型是将树脂熔融后注入金属模具中,经冷却固化后取出成型。
复合材料预浸料成型是将纤维材料与树脂预浸料进行层状叠加后,经过层压成型和热固化得到复合材料。
在酚醛树脂的成型过程中,研究人员主要关注以下几个方面的问题。
首先是树脂的改性,通过添加改性剂和填料,可以改善树脂的热稳定性、流动性和机械性能。
例如,添加玻璃纤维、石墨等填料,可以提高复合材料的强度和刚度。
其次是成型工艺的优化,包括固化温度和时间的控制、模具设计的改进等。
对于注塑成型,还需要考虑注射压力、注射速度等参数的选择。
此外,还需要考虑树脂和纤维之间的界面相容性,以提高复合材料的耐热性和耐化学腐蚀性。
近年来,研究人员也在探索新的成型工艺,以满足不同领域对复合材料的需求。
例如,采用3D打印技术可以实现复材的快速成型。
研究人员使用可溶性支撑材料和酚醛树脂预浸料,在3D打印过程中逐层叠加,然后通过加热处理和去除支撑材料来获得最终的复合材料。
此外,还有研究人员致力于提高成型工艺的自动化程度和生产效率。
他们使用模具自动化系统、机器人和传感器等设备,实现树脂混合、注塑和固化等过程的自动化控制。
这不仅可以提高产品的质量和一致性,还可以降低生产成本。
总的来说,酚醛树脂及复合材料成型工艺的研究进展丰富多样,不断推动着该材料在各个领域的应用。
随着科技的不断进步和工艺的不断创新,相信酚醛树脂及其复合材料在未来会有更广阔的发展空间。