第一节 酚醛树脂概念
酚醛树脂也叫电木,又称电木粉。原为无色或黄褐色透明物,市场销售往往加着色剂而呈红、黄、黑、绿、棕、蓝等颜色,有颗粒、粉末状。耐弱酸和弱碱,遇强酸发生分解,遇强碱发生腐蚀。不溶于水,溶于丙酮、酒精等有机溶剂中。苯酚醛或其衍生物缩聚而得。(可行性
研究报告)
第二节 酚醛树脂应用
酚醛树脂主要用于制造各种塑料、涂料、胶粘剂及合成纤维等。
压塑粉
生产模压制品的压塑粉是酚醛树脂的主要用途之一。采用辊压法、螺旋挤出法和乳液法使树脂浸渍填料并与其他助剂混合均匀,再经粉碎过筛即可制得压塑粉。常用木粉作填料,为制造某些高电绝缘性和耐热性制件,也用云母粉、石棉粉、石英粉等无机填料。压塑粉可用模压、传递模塑和注射成型法制成各种塑料制品。热塑性酚醛树脂压塑粉主要用于制造开关、插座、插头等电气零件,日用品及其他工业制品。热固性酚醛树脂压塑粉主要用于制造高电绝缘制件。增强酚醛塑料以酚醛树脂(主要是热固性酚醛树脂)溶液或乳液浸渍各种纤维及其织物,经干燥、压制成型的各种增强塑料是重要的工业材料。它不仅机械强度高、综合性能好,而且可进行机械加工。以玻璃纤维、石英纤维及其织物增强的酚醛塑料主要用于制造各种制动器摩擦片和化工防腐蚀塑料;高硅氧玻璃纤维和碳纤维增强的酚醛塑料是航天工业的重要耐烧蚀材料。
酚醛涂料以松香改性的酚醛树脂、丁醇醚化的酚醛树脂以及对叔丁基酚醛树脂、对苯基酚醛树脂均与桐油、亚麻子油有良好的混溶性,是涂料工业的重要原料。前两者用于配制低、中级油漆,后两者用于配制高级油漆。
酚醛胶
热固性酚醛树脂也是胶粘剂的重要原料。单一的酚醛树脂胶性脆,主要用于胶合板和精铸砂型的粘结。以其他高聚物改性的酚醛树脂为基料的胶粘剂,在结构胶中占有重要地位。其中酚醛-丁腈、酚醛-缩醛、酚醛-环氧、酚醛-环氧-缩醛、酚醛-尼龙等胶粘剂具有耐热性好、粘结强度高的特点。酚醛-丁腈和酚醛-缩醛胶粘剂还具有抗张、抗冲击、耐湿热老化等优异性能,是结构胶粘剂的优良品种。
酚醛纤维
主要以热塑性线型酚醛树脂为原料,经熔融纺丝后浸于聚甲醛及盐酸的水溶液中作固化处理,得到甲醛交联的体型结构纤维。为提高纤维强度和模量,可与 5%~10%聚酰胺熔混后纺丝。这类纤维为金黄或黄棕色纤维,强度为11.5~15.9cN/dtex,抗燃性能突出,极限氧指数为34,瞬间接触近7500℃的氧-乙炔火焰,不熔融也不延燃,具有自熄性,还能耐浓盐酸和氢氟酸,但耐硫酸、硝酸和强碱的性能较差。主要用作防护服及耐燃织物或室内装饰品,也可用作绝缘、隔热与绝热、过滤材料等,还可加工成低强度、低模量碳纤维、活性炭纤维和离子交换纤维等。
防腐蚀材料
热固性酚醛树脂在防腐蚀领域中常用的几种形式:酚醛树脂涂料;酚醛树脂玻璃钢、酚醛-环氧树脂复合玻璃钢;酚醛树脂胶泥、砂浆;酚醛树脂浸渍、压型石墨制品。热固性酚醛树脂的固化形式分为常温固化和热固化两种。常温固化可使用无毒常温固化剂NL,也可使用苯磺酰氯或石油磺酸,但后两种材料的毒性、刺激性较大。建议使用低毒高效的NL固化剂。填料可选择石墨粉、瓷粉、石英粉、硫酸钡粉,不宜采用辉绿岩粉。
隔热保温材料
主要是酚醛树脂的发泡材料,酚醛泡沫产品特点是保温、隔热、防火、质轻,作为绝热、节能、防火的新材料可广泛应用于中央空调系统、轻质保温彩钢板、房屋隔热降能保温、化工管道的保温材料(尤其是深低温的保温)、车船等场所的保温领域。酚醛泡沫因其导热系数低,保温性能好,被誉为保温之王。酚醛泡沫不仅导热系数低、保温性能好,还具有难燃、热稳定性好、质轻、低烟、低毒、耐热、力学强度高、隔音、抗化学腐蚀能力强、耐侯型好等多项优点,酚醛泡沫塑料原料来源丰富,价格低廉,而且生产加工简单,产品用途广泛。
第三节 酚醛树脂的重要特性
1、高温性能:酚醛树脂固化后依靠其芳香环结构和高交联密度的特点而具有优良的耐热性,即使在非常高的温度下,也能保持其结构的整体性和尺寸的稳定性。酚醛树脂在200℃以下基本是稳定的,一般可在不超过180℃条件下长期使用。正因为这个原因,酚醛树脂才被应用于一些高温领域,例如耐火材料,摩擦材料,粘结剂和铸造
行业。
2、粘结强度:酚醛树脂一个重要的应用就是作为粘结剂。卓越的粘附性首选源于其大分子结构上的大量极性基团,极性强是促成其对材料浸润、粘附的有利因素。当酚醛树脂复合型材料加工成型为最终制品后,其中酚醛树脂粘结剂已经转变为交联网状结构并固化,得以保证粘结界面的稳定和持久。酚醛树脂是一种多功能与各种各样的有机和无机填料都能相容的物质。设计正确的酚醛树脂,润湿速度特别快。并且在交联后可以为磨具、耐火材料,摩擦材料以及电木粉提供所需要的机械强度,耐热性能和电性能。水溶性酚醛树脂或醇溶性酚醛树脂被用来浸渍纸、棉布、玻璃、石棉和其它类似的物质为它们提供机械强度,电性能等。酚醛是普通电器
行业中的首选材料。它可以经受短路,但仍能继续工作;它可能受电击炭化,但从不燃烧;甚至还能经受电弧的打击。
3、高残碳率:在温度大约为1000℃ 的惰性气体条件下,酚醛树脂会产生很高的残碳,独特的抗烧蚀性,酚醛树脂交联网状结构有高达80%左右的理论含碳率,在无氧气氛下的高温热解残炭率通常在55%~75%之间。酚醛树脂在更高温度下热降解时吸收大量的热能,同时形成具有隔热作用的较高强度的炭化层,当用于航天飞行器的外部结构时,在其返回地面穿过大气之际,酚醛树脂的热降解高残炭特性就起到了独特的抗烧蚀性作用和对航天飞行器的保护作用。
4、低烟低毒:酚醛树脂具有低烟低毒的优势。在燃烧的情况下,用科学配方生产出的酚醛树脂系统,将会缓慢分解产生氢气、碳氢化合物、水蒸气和碳氧化物。分解过程中所产生的烟相对少,毒性也相对低。这些特点使酚醛树脂适用于公共运输和安全要求非常严格的领域,如矿山,防护栏和建筑业等。
5、良好的阻燃性:阻燃性对于建筑材料、石油化工设备和管道保温材料、交通运输工具的结构和装饰材料都是极其重要的性能。酚醛树脂制成的泡沫塑料以及酚醛树脂基复合材料在这些领域都有极高的利用价值,这是因为酚醛树脂有良好的阻燃性。大多数高分子树脂都是易燃的,需要加入阻燃剂才能达到阻燃效果。但是酚醛树脂是少有的例外,它不必添加阻燃剂可达到阻燃要求,且具有低烟释放、低烟毒性等特征,其燃烧发烟起始温度在500℃以上,而且表征发烟程度的最大消光系数为0.02。
6、抗化学性:交联后的酚醛树脂可以抵制任何化学物质的分解。例如汽油,石油,醇,乙二醇和各种碳氢化合物。
7、高弹性模量:酚醛在普通塑料中具有最高的弹性模量,具有良好的电绝缘性质。它可与任何增强材料配合,可以用纸增强、布增强、玻璃纤维增强,甚至还有用芳香尼龙增强的。用石棉、金属粉增强的酚醛用于汽车的刹车片和离合器片。酚醛在机械
行业中有广泛的应用,可制成任何形式的标准件如棒、板、带、片、齿轮、凸轮等。酚醛具有极高的压缩强度,高达215MPa。另一个主要用途是线路板,有一系列不同的增强材料满足不同线路板的需求。
8、加工形式多样:酚醛树脂的一大优点是可制成B阶段树脂。B阶树脂是尚未固化的树脂,分子链仍为线形。这使得酚醛树脂可以像热塑性树脂那样进行预浸,再进行成型加工。但是在加热加压条件下固化,就成为不熔不溶的固体。
第四节 酚醛树脂未来前景
酚醛树脂具有耐高温、耐冲击、低发烟和耐化学品性、成本低等特点,优异的性能使它现正与热塑性塑料相竞争,在众多领域都得到了广泛的应用。酚醛树脂的一些具体应用首先是运输业轿车座椅/飞机座椅、排气管道、隔热板、防护盖板、公共汽车内外装饰材料、飞机尾座、舱内装饰板、装甲材料、隔热材料、轿车、赛车的隔热罩、发动机盖板、同步电机、火车、地铁等的车厢门、窗框、地板等。
另外还有:建筑业隔热板、内外装饰板、天棚等防火材料、门窗框、防火门、通道、地板、楼梯、管道等;军事业火箭、坦克、防爆车辆、潜艇内装饰材料、甲板、窗框、密封舱门等、隔热防弹部件、救生艇、灭火船等。酚醛碳/碳复合材料用于火箭发动机罩、火箭喷嘴、鼻锥、碳/碳刹车片(飞机、军事)。
酚醛树脂性能优异、发展应用前景光明。酚醛蜂窝结构用于飞机地饭、天花板、卫生间、内装饰板,也用于海洋、汽车和体育运动设施,另外还被应用于油田方面。它还可用于采矿业矿片通风管道、毒气排管、地下运输工具、车辆内外装饰板、座椅、井下排水系统等。可以预见,酚醛树脂将随着应用领域的不断开拓而获得更快更长足的发展。
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