改性酚醛泡沫原位填充芳纶蜂窝复合材料的制备工艺研究

摘要

酚醛泡沫因为具有轻质、隔音、隔热、防火、低烟、低毒、比强度高、导热系数低等优异的性能,故而被广泛应用于交通、建筑、船舶等领域。相对于其它泡沫材料,酚醛泡沫的防火阻燃性能尤为突出,且其还具有相当的成本优势。然而,这种材料的力学性能不强,且存在着较脆、易碎的不足,这些方面的缺陷大大限制了酚醛泡沫的应用。为了解决这些问题,本课题提出采用芳纶蜂窝作为骨架增强材料,通过改性的酚醛泡沫原位填充芳纶蜂窝的空隙的方法来提高酚醛泡沫的力学性能。该思路是将酚醛泡沫的低密度、高防火性能与芳纶蜂窝的高强度、高模量相结合从而获得一种轻质高强又防火的材料。论文主要针对改性酚醛泡沫原位填充芳纶蜂窝的制备工艺中需要重点解决的酚醛树脂改性工艺问题、酚醛树脂发泡和增强、增韧的工艺问题及芳纶蜂窝和酚醛树脂之间的相容性问题进行研究。
　　为了获得性能更好的酚醛树脂,本课题研究了PH值、合成温度、F/P比等因素对合成的甲阶酚醛树脂性能的影响。结果表明最佳的甲阶酚醛制备工艺为控制反应体系PH为8,F/P的摩尔比为1.8,在90oC的条件下进行聚合。在此基础之上,本课题采用三聚氰胺作为改性剂来降低合成的甲阶酚醛树脂的游离单体,结果表明三聚氰胺改性的甲阶酚醛树脂固化温度稍有提高,而游离酚、醛含量明显降低。当三聚氰胺与苯酚的质量比为1:15时,树脂中游离单体总量最低,为2.43％。
　　通过正交试验的设计方法分析了酚醛发泡的各个参数对酚醛泡沫性能的影响,确定了最佳的发泡工艺参数为:用3%DC193作为表面活性剂,6%正戊烷作为发泡剂,6%的磷酸和苯磺酸配制的混酸与甲阶酚醛树脂充分混合均匀,倒入发泡模具并放入平板硫化机中加热至90oC发泡成型。在此基础之上,为了进一步改善酚醛泡沫的性能,采用中空玻璃微珠和聚乙烯醇、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮等原料复配的增韧剂对酚醛泡沫进行改性,实验结果表明:当采用硅烷偶联剂处理的中空玻璃微珠添加量为树脂的10wt%,复配增韧剂用量为树脂的10wt%时,所得到的酚醛泡综合沫性能最优。
　　采用芳纶蜂窝对酚醛泡沫进行增强处理,大幅度提升了酚醛泡沫的力学性能。且其分析结果表明,蜂窝越厚、孔径越小,其与酚醛泡沫的相互增强效果就越明显,通过SEM发现,小孔径蜂窝增强的酚醛泡沫的蜂窝壁附近均是微小的泡孔,蜂窝壁与酚醛泡沫的结合力更强。小孔径蜂窝增强的酚醛泡沫其高温尺寸稳定性和隔热效果更好,其阻燃性能有所下降,但材料最终的阻燃性能仍能满足国家A级最高防火的标准。

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图表清单

第一章 绪论

1.1 树脂基泡沫材料的概述

1.2 酚醛树脂泡沫的研究现状

1.3 芳纶蜂窝增强树脂基泡沫复合材料的研究现状

1.4 本课题的研究意义及研究内容

第二章 试验方案、原料及设备

2.1试验方案的总体设计

2.2 主要试验原料

2.3 试验设备与仪器

第三章 甲阶酚醛树脂的制备及改性工艺研究

3.1甲阶酚醛树脂合成机理

3.2反应体系PH值的确定

3.3 合成温度对树脂性能的影响

3.4不同F/P比对反应产物的性能影响

3.5三聚氰胺改性酚醛树脂的工艺研究

3.6 本章小结

第四章 酚醛泡沫的制备及其改性工艺研究

4.1发泡条件对泡沫体性能的研究

4.2 增韧酚醛泡沫的制备工艺研究

4.3 中空玻璃微珠改性酚醛泡沫性能研究

4.4 本章小结

第五章 芳纶蜂窝增强酚醛泡沫的工艺探索

5.1 芳纶蜂窝增强酚醛泡沫试样的制备

5.2 蜂窝增强酚醛泡沫材料的力学性能分析

5.3 芳纶蜂窝增强酚醛泡沫的机理研究

5.4 本章小结

第六章 结论

在学期间的研究成果及发表的学术论文