酚醛树脂的增韧及其泡沫性能.pdf

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1、论文题目：跨压料技大学酚醛树脂的增韧及其泡沫性能学科门类：理学一级学科：化学培养单位：化学与化工学院硕士生：熊伟导师：张光华教授2014年5月TITLETHEToUGHENOFPHENoLICRESINANDTHEPRoPERITYOFITSFOAMAThesisSubmittedtoShaanxiUniversityofScienceandTechnologyinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofScienceBySupervisor：Prof．

2、GuanghuaZhang一■———_______—一lllll________—●■●■■■■■■■■■■■■■一May2014酚醛树脂的增韧及其泡沫性能摘要酚醛树脂(PF)泡沫具有密度小、强度高、导热率低、阻燃性能好的特点，所以被用作保温防火材料广泛地应用于交通运输、建筑、化工等行业。但是酚醛泡沫性脆，已经不能够满足日益扩大的市场需求。针对酚醛泡沫这一不足，对其进行增韧改性以增强其应用性能。但是很多增韧改性都在很大程度上降低了酚醛泡沫的阻燃性能。所以在不损害酚醛泡沫阻燃性能的前提下对其进行增韧改性是改性酚醛泡沫的一个发展方

3、向。本论文以多聚甲醛和苯酚为原料制备了适宜发泡用的PF。将其与表面活性剂、发泡剂和固化剂混合制备了酚醛泡沫材料。通过溴化法测定了合成树脂的游离酚含量；盐酸羟胺法测定其游离醛含量；旋转粘度计测定其粘度；观察其泡沫表观质量。结果表明：当物料比甲醛／苯酚(F／P)为1．5：1；反应温度80℃；反应时间100min时合成的树脂适合发泡。其粘度为5740mPa．s；游离酚含量3．67％；游离醛含量为2．14％；固含量为84．97％。通过对泡沫塑料的表观质量、表观密度、含水率和吸水率的检测发现在发泡温度为70～75℃；固化剂用量为17％～

4、19％；发泡剂用量为3．5％~4．5％时制备的酚醛泡沫质量最佳。选取尼龙．66(PA66)和自制有机硅树脂(SIR)两种改性剂，分别对PF进行增韧改性。以改性树脂为主料，制备改性泡沫材料。以万能力学试验机对其力学性能测试；扫描电子显微镜(SEM)对树脂断裂面微观形貌进行观察；通过热重法(TGA)分析了改性PF的热分解过程，非等温差示扫描量热法(DSC)探讨了改性PF的固化行为；根据Kissinger法、Ozawa法和Crane法分别求解出了固化反应和热分解反应的活化能、反应级数和频率因子。通过测试泡沫的抗压性能、吸水率、粉化程

5、度、及氧指数(LOA)以及观察泡沫泡孔结构，分析了两种改性剂对酚醛泡沫性能的影响。PA66改性PF(NPF)的分子结构中引入了长链结构，增韧效果明显，冲击强度提高了1．59kJ·m～、弯曲强度增加了14．91MPa。NPF受到破坏应力的时候，由应力转变向应变转变变化。NPF的热分解分为三个阶段，主体结构中苯环从440℃左右开始分解炭化。热分解活化能为312．4860kJ／mol、反应级数为0．9552、频率因子为4．0949×1018S一；固化过程中PA66的亚氨基与PF的羟甲基发生了脱水缩合作用加速了树脂的交联固化，同时吸收

6、了能量而导致总反应焓的降低，固化表观活化能为77．4252kJ／mol、反应级数为0．9315、频率因子为1．4013×107S～。PA66不仅能增韧酚醛泡沫，还能完善泡沫孔壁结构，减少穿孔现象的发生。改性泡沫压缩强度提高了62．96％；吸水率下降了24．95％；粉化度下降了50．08％。虽然阻燃性能略有下降，但是改性泡沫的LOA仍然高达35．85，依旧满足A级难燃材料标准。SIR改性PF(SPF)有良好的耐热性和韧性，800℃时残炭率为65％；弯曲强度提高了17．55MPa，弯曲断裂应变增加了2．205％。SPF受冲击断裂时

7、，基体局部剪切屈服，阻止裂纹的扩展，同时吸收大量断裂能量。SPF的固化工艺为：“363．15K／2h一423．15K／2h一443．15K／2h”、后处理工艺为473．15K／3h。固化反应活化能为112．915kJ·mol～，频率因子为3．29×1011S～，反应级数经过分步线性拟合的方法修正后为1．2415。在树脂固化反应开始阶段，有较高的反应活化能(Ea)；反应后期，反应由动态控制变为扩散控制。SPF泡沫泡孔结构完善、少穿孔，韧性好。压缩强度提高了28KPa，吸水率下降了29．5％，粉化程度下降了49．28％，LOA高达

8、39。关键词：酚醛树脂，泡沫，尼龙-66，有机硅，韧性，固化动力学IITHETOUGHENOFPHENoLICRESINANDPRoPERTIYOFITSFoAMABSTRACTPhenolicfoamhaslotsofexcellentproperties，includin