高成炭率酚醛树脂的制备及其在C∕C复合材料中的应用.pdf

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1、高成炭率酚醛树脂的制备及其在c／c复合材料中的应用孙晓帅郝荣彬(青岛大学，山东青岛266000)摘要：浸渍剂树脂的成炭率与树脂炭的结构两个方面都与液相浸渍法制备c／c复合材料的性能有着较为密切的联系。因此，在对液相浸渍法制备c／C复合材料进行研究的过程中，高成炭率树脂的制备与树脂炭催化石墨化是非常重要的两个研究内容。关键词：酚醛树脂；高成炭率；c／c复合材料酚醛树脂是三大热固性树脂之一，具有原料充足、价格合理、生产简单、性能良好等特点，在工业中有着非常广泛的应用。随着合成方法的成熟及改性方法的出现，酚醛树脂的性能得到了进一步的提升，在工业中的应用得到扩展。在酚醛树

2、脂的应用过程中，大部分都是将其进行转化，形成树脂炭之后进行利用，因此酚醛树脂炭的研究已经成为了研究的重点内容。1酚醛树脂概述酚醛树脂(Phenol—FormaldehydeResin，简称PF)属于聚合物，主要是酚类与醛类原料在催化剂的作用下经过缩聚作用而形成的，是应用最为广泛的树脂类型之一。依据反应条件、催化剂类型等进行划分，酚醛树脂主要包括热固性酚醛树脂与热塑性酚醛树脂两种类型，在树脂分子结构方面存在一定的差异，只有热固性酚醛树脂才通过加热固化形成的体型结构，在经过热处理之后的成炭率较高，通常作为制备C／C复合材料的浸渍剂树脂使用。在酚醛树脂的应用过程中，如果

3、并未对其进行改性而直接使用，其脆性较大、韧性较差，在很多工业应用中都存在限制。因此，酚醛树脂的改性研究非常重要，主要包括增韧改性、耐热改性与高成炭改性三个方面。2高成炭率酚醛树脂的制备酚醛树脂的合成方法多种多样，在实际生产中都有着较为广泛的应用。在树脂炭基C／C复合材料生产的过程中，普通方法合成的酚醛树脂的成炭率不高，高密度C／C复合材料的生产通常都需要进行多次的浸渍一炭化。因此，实现高成炭率热固性酚醛树脂的制备对于C／C复合材料致密化效率的提高与生产成本的降低有着非常重要的作用。酚醛树脂制备的主要原料为酚类与醛类，催化剂包括酸性与碱性两种，在酸性条件下形成的为热

4、塑性酚醛树脂，其成炭率较低，在碱性条件下形成的为热固性酚醛树脂，能够快速固化，成炭率较高，可以作为C／C复合材料的浸渍剂基体。本文以氨水作为催化剂实现高成炭率酚醛树脂的制备。3高成炭率酚醛树脂的改性在对酚醛树脂进行改性的过程中，传统的方法主要是注重对其使用性能的改变，例如增韧改性、耐热改性等。在C／C复合材料制备过程中使用的酚醛树脂要求其具备较高的热解成炭性能。(1)利用活性稀释剂实现酚醛树脂改性高成炭率热固性酚醛树脂往往具有较高的粘度，这就导致其在搭建炭纤维编织体的浸渍过程中存在一定的难度。一般情况下，通常采用乙醇稀释剂的方式实现其粘度的降低，但是这种稀释剂会导

5、致浸渍效率的降低。因此，为了能够既确保酚醛树脂的高成炭率又实现粘度的降低，就必须在酚醛树脂中加入活性稀释剂，一方面提高树脂的浸渍效率，另一方面提高C／C复合材料的致密化工艺效率。(2)通过硼酸实现酚醛树脂改性通过无机元素的加入能够促进酚醛树脂成炭率的提高，其中硼酚醛树脂就是非常典型的高成炭率酚醛树脂之一。在酚醛树脂的合成过程中，在热解的过程中容易出现C-O-C键断裂的情况，利用硼酸改性之后的酚醛树脂在固化的过程中能够解决这一问题，促进树脂耐热性与成炭率的提高。在硼改性酚醛树n旨BPFlf[IBPF2的固化物中形成了硼酯键结构，硼酯键的形成是其耐热性和成炭率高于自制

6、氨酚醛树脂的主要原因。4酚醛炭基c／c复合材料的制备在进行C／C复合材料的制备过程中，液相浸渍一炭化法是较为常用的工艺之一，具有工艺简单、成本低廉、设备简单等特点。在利用浸渍一炭化法实现C／C复合材料制备的过程中，其基体炭源通常选择价格较低的酚醛树脂。同时由于酚醛树脂所具有的各项同性结构，在制备的过程中通常需要通过催化剂实现基体炭材料石墨化程度的提高。首先，浸渍工艺。树脂的流动粘度与对炭纤维的润湿性对浸渍效果有着决定性的作用，而良好的浸渍效果又能够促进树脂在炭纤维编织体孔隙中填充效率的提高。随着温度的不断升高，酚醛树脂的粘度呈现出下降的趋势，但是随着温度的升高树脂

7、交联反应加快，其黏度会有所增加。通过实验可知，其最佳的浸渍温度为80E。其次，固化工艺。在炭纤维编织体完成浸渍工作之后，要在一定压力之下对其进行固化处理工作。第三，炭化工艺，在酚醛树脂完成固化步骤之后，通过填埋方法在石墨粉的保护之下实现炭化处理。5结语本文通过高成炭酚醛树脂的制备、高成炭酚醛树脂的改性及酚醛炭基C／C复合材料的制备三个方面进行了研究。通过研究可知，在酚醛树脂合成的过程中，其内在结构与成炭性能受到多种工艺因素的影响。通过活性稀释剂的应用能够促进酚醛树脂热解温度及成炭率；通过硼酸能够促进酚醛树脂耐热性与成炭率的提高。参考文献：[1]陈鸯飞，陈智琴，刘洪

8、波．酚醛树