譚小波
摘 要:酚醛樹脂具有安全環(huán)保、低毒低煙等顯著優(yōu)勢和特征,滿足工業(yè)生產(chǎn)需要,得到越來越廣泛的應用。文章介紹酚醛樹脂及其復合材料成型工藝的研究進展,并對其發(fā)展做出展望,希望能為實際工作提供指導與借鑒。隨著技術發(fā)展和科研工作的深入,酚醛樹脂的性能會不斷改進,在工業(yè)領域必將得到更為廣泛的應用。
關鍵詞:酚醛樹脂;成型工藝;環(huán)氧樹脂;擠拉成型
DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.24.006
0 引言
酚醛樹脂在工領域的應用歷史已經(jīng)超過100年,也是最早工業(yè)化的合成樹脂。它的原材料容易獲得,合成工藝簡單,合成后性能良好,具有阻燃、低煙、低毒等特征,滿足工業(yè)生產(chǎn)對材料的需要,其應用范圍變得越來越廣泛,受到人們普遍關注和重視。并且隨著技術研究和進步,酚醛樹脂的性能也不斷改進,在工業(yè)領域得到更為有效的利用。
1 酚醛樹脂研究進展
酚醛樹脂的反應活性低,固化反應放出縮合水,并且必須在高溫條件下才能進行固化,制約其在復合材料領域的應用。為彌補這種缺陷與不足,進一步提高其綜合性能,人們加強相關研究工作,改進其韌性,提高其耐熱和力學性能。并研制和開發(fā)新型酚醛樹脂,為其推廣和應用創(chuàng)造良好條件,具體來說,這些工藝技術主要體現(xiàn)在以下方面。
(1)聚乙烯醇縮醛和聚酰胺。聚乙烯醇縮醛在工業(yè)領域的應用非常廣泛,有著顯著的作用和效果,能確保酚醛樹脂的脆性,提高與玻璃纖維的粘結力,增強復合材料的力學強度,降低成型壓力,對該材料的推廣應用具有重要影響。聚酰胺也是常用的材料類型,有利于增強酚醛樹脂的沖擊韌性和粘結性,利用過程中能發(fā)生反應形成化學鍵,實現(xiàn)改性的目的。漁竿等利用聚酰胺制成,可以提高力學性能,促進其作用有效發(fā)揮。
(2)環(huán)氧和有機硅。環(huán)氧的綜合性能良好,能兼顧熱固性酚醛樹脂和雙酚A型的優(yōu)勢,提高材料的粘結性與耐熱性,改善樹脂的脆性,通過化學反應交聯(lián)成復雜體型結構,進而達到提高材料性能的目的。有機硅的耐熱性和耐潮性良好,有機硅單體與酚羥基發(fā)生化學反應,增強酚醛樹脂的耐熱性與耐水性。所制成的復合材料綜合性能良好,能在200-260℃的高溫下工作較長時間,也可用于瞬間耐高溫材料,滿足工業(yè)生產(chǎn)需要。
(3)硼和橡膠。引入硼元素能顯著改善酚醛樹脂的耐熱性、耐瞬間高溫性、耐燒蝕性,增強其力學性能,在火箭、導彈、空間飛行器領域可作為耐燒蝕材料。最常見的是硼酸苯脂,分解峰溫度高達625℃,有著良好的韌性和力學性能,彎曲強度可達420MPa,剪切強度達39.7MPa,同時還具有良好的耐水性。酚醛樹脂中增加橡膠能有效提高其韌性,加入量通常為樹脂質(zhì)量的2%—10%,沖擊韌性可達100%,可用于航空航天領域。
(4)烯丙基和酚醛氰酸脂。烯丙基通過不同官能團聚合實現(xiàn)固化,改進傳統(tǒng)固化方式,熱穩(wěn)定性更好,殘?zhí)悸矢撸哂辛己玫哪透邷匦阅堋7尤┣杷嶂湛s率低,阻燃特性良好,在印刷電路板、電機絕緣配件、航空航天高性能結構復合材料領域有著廣泛的應用。
(5)苯并噁嗪樹脂和二甲苯。苯并噁嗪成型固化時不會釋放小分子,改進成型工藝,制品孔隙率低,顯著提高其性能。二甲苯引入流水性結構,也顯著改善酚醛樹脂的耐水性、耐堿性、耐熱性、電絕緣性能。
(6)二苯醚甲醛樹脂和雙馬來酰亞胺。二苯醚甲醛耐熱性能、耐輻射性優(yōu)良,吸濕性較低,可作H級絕緣材料。雙馬來酰亞胺耐高溫性能,耐熱性良好,熱變形溫度達273℃,玻璃化溫度288℃。
2 酚醛樹脂復合材料成型工藝的研究進展
傳統(tǒng)酚醛樹脂的應用范圍廣泛,成型方法多種多樣,為促進其得到更好應用,復合材料界加強科學研究,重視酚醛玻璃鋼的開發(fā)和應用,滿足工業(yè)建設和發(fā)展需要。目前我國在這方面也取得一定進步,主要工藝包括以下種類,并且發(fā)展勢頭良好。
(1)RTM成型工藝。將玻璃纖維等放入模腔,用壓力注入樹脂膠液,然后固化,脫模成型制品。RTM要求樹脂注射黏度為250-500mPa.s,以提高綜合性能。目前其工藝需求主要來自軍用產(chǎn)品,研究熱點為開發(fā)專用改性酚醛樹脂。酚醛RTM制品種類繁多,導彈鼻錐、汽車部件、油井管活塞等,能充分發(fā)揮其阻燃和耐高溫、力學性能好的特點。很多公司還大力發(fā)展該工藝,制作軍工產(chǎn)品,同時還對設備性能改進,生產(chǎn)酚醛玻璃鋼制品。
(2)拉擠成型工藝。常用基體為不飽和聚酯樹脂、乙烯基脂,拉擠成型工藝簡單,增強材料種類繁多。實際工作面臨的問題為反應放出水分問題、模具耐腐蝕問題、樹脂固化和高黏度問題,要加強改進和完善,提升技術工藝水平,促進拉擠成型工藝性能變得更加良好。
(3)SMC/BMC模壓成型工藝。將SMC/BMC模壓料放入金屬對模,在一定溫度和壓力下成型制品,研制的產(chǎn)品主要用于宇航、建筑、運輸領域。隨著技術發(fā)展和進步,整套工藝技術和制品被研發(fā)出來,包括專用樹脂、模壓工藝等也得到應用。
(4)其它成型工藝。例如,連續(xù)層壓、纖維纏繞、預浸漬、低壓模壓、噴涂成型等,也是較為常見的工藝,并且各有自身特點和優(yōu)勢,滿足產(chǎn)品制造需要,有著較為廣泛的應用空間和發(fā)展?jié)摿Α?/p>
3 結束語
酚醛樹脂在化工領域有著廣泛的應用,滿足工業(yè)領域建設和應用的需要,對推動工業(yè)發(fā)展,降低工業(yè)產(chǎn)品成本具有重要作用。隨著技術發(fā)展與進步,酚醛樹脂的性能將會進一步改善,新工藝和新產(chǎn)品將會不斷被研制出來,在工業(yè)生產(chǎn)中會發(fā)揮更大的作用。
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