功能酚醛泡沫塑料的制备及增韧改性研究

摘要

常用保温材料（如聚苯乙烯泡沫塑料和聚氨酯泡沫塑料等）的防火性能不达标，是构成高层建筑火灾事故发生的主要因素之一。酚醛泡沫塑料作为一种新型保温材料因其兼具优良的阻燃性和保温性能引起了人们的关注。但是酚醛泡沫塑料性脆、韧性差、易掉渣，严重限制了它的应用，因而对其增韧改性成为业内研究的热点。为此，本文研究了酚醛泡沫塑料制备过程中各添加组分对力学性能的影响，利用正交试验得到了优化配方，同时应用本团队已有的功能麻纤维研究成果，采用共混法将其掺杂于酚醛泡沫塑料中，旨在提高其力学性能和热性能，最终制备了高性能的酚醛泡沫塑料。
　　各添加组分的类别及用量对酚醛泡沫塑料的制备及性能的影响很大。本研究选用正戊烷为发泡剂，将硫酸和对甲苯磺酸复配作为固化剂，吐温-80为表面活性剂，在一定温度下通过发泡工艺制备酚醛泡沫塑料，探讨了各工艺条件对表观密度和压缩性能的影响，并利用正交实验，分别以压缩强度和弯曲强度为测试指标，通过极值分析对工艺条件进行了优化。
　　采用纤维对聚合物进行增韧是行之有效的方法，天然纤维黄麻具有比强度高、价格低廉等优点，因此本研究选用黄麻作为增韧材料。由于黄麻表面存在大量亲水基团，与酚醛泡沫塑料的界面结合较差，使得增韧效果不佳，因此需要对其进行预处理。本研究首先采用氢氧化钠和油酸对黄麻进行预处理，然后与酚醛树脂共混，以优化的发泡工艺条件制备了黄麻/酚醛泡沫复合材料。
　　通过万能试验机，扫描电镜(SEM)、倒置生物显微镜，热重(TG)，红外分析(FTIR)和接触角测试仪分别表征了酚醛泡沫塑料的力学性能、形貌特征、热性能、处理前后黄麻表面结构和接触角的变化。结果表明:
　　(1)采用复配固化剂可以制得力学性能优异的酚醛泡沫塑料，其优化配方为:硫酸与对甲苯磺酸的质量比为1∶2-2∶1，质量浓度为40-60％;利用正交试验对制备工艺进行优化为:正戊烷、固化剂、吐温-80用量分别为7wt.％、18wt.％、4wt.％，反应温度为70℃;利用优化工艺条件制得的酚醛泡沫塑料泡孔细小且分布均匀，其压缩强度可达184.4kPa，弯曲强度为373.67kPa;
　　(2)采用碱和油酸对黄麻进行预处理，去除了其中的木质素和半纤维素，并在黄麻表面引入了疏水基团-CH2-，从而降低了黄麻的亲水性;
　　(3)添加处理的黄麻后，酚醛泡沫塑料的泡孔结构细小且分布均匀，明显好于未处理的黄麻，当其含量为1.5wt.％时，对复合材料力学性能的影响显著，压缩强度可达281.6kPa，高于标准规定的100kPa，弯曲强度可达453.46kPa，达到了标准规定的434.03kPa，粉化率降低了37.37％，且耐热性能优异，在800℃下残重高达52.31％。

目录

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摘要

第一章 综述

1．1 引言

1．2 酚醛树脂简介

1．3 酚醛泡沫塑料概述

1．3．1 酚醛泡沫塑料的制备

1．3．2 发泡和固化的机理研究

1．3．3 酚醛泡沫塑料的性能

1．3．4 酚醛泡沫塑料的应用

1．4 酚醛泡沫塑料的研究进展

1．4．1 酚醛泡沫塑料的发展

1．4．2 国内外研究动态

1．5 酚醛泡沫塑料的增韧改性研究

1．5．1 共混改性

1．5．2 化学改性

1．6 本课题研究的目的、意义和主要内容

参考文献

第二章 酚醛泡沫塑料的制备工艺研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验原料及仪器

2．2．2 酚醛泡沫塑料的制备

2．2．3 样品表征与测试

2．3 结果与讨论

2．3．1 工艺条件对酚醛泡沫塑料表观密度和压缩强度影响

2．3．2 正交设计

2．3．3 SEM分析

2．4 本章小结

参考文献

第三章 复配固化剂制备酚醛泡沫塑料及其表征

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验原料及仪器

3．2．2 酚醛泡沫塑料的制备

3．2．3 表征与测试

3．3 结果与讨论

3．3．1 固化剂组成对酚醛泡沫塑料力学性能的影响

3．3．2 固化剂种类对酚醛泡沫塑料性能的影响

3．4 本章小结

参考文献

第四章 黄麻增韧酚醛泡沫塑料力学性能的研究

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验原料及仪器

4．2．2 黄麻的预处理

4．2．3 黄麻／酚醛泡沫复合材料的制备

4．2．4 表征与测试

4．3 结果与讨论

4．3．1 红外分析

4．3．2 接触角分析

4．3．3 不同长度的黄麻对酚醛泡沫复合材料力学性能的影响

4．3．4 酚醛泡沫复合材料中黄麻存在状态分析

4．3．5 不同含量的黄麻对酚醛泡沫复合材料性能的影响

4．4 本章小结

参考文献

第五章 结论

第六章 创新点与展望

6．1 本文创新点

6．2 展望

硕士期间研究成果

致谢