酚醛树脂的发泡泡体与阻燃之间的关系的开题报告.doc

本文档系作者精心整理编辑，实用价值高。酚醛树脂的发泡泡体与阻燃之间的关系的开题报告一、简介酚醛树脂是人类最早合成的树脂品种,从1905年美国科学家“酚醛树脂之父”将酚醛树脂投人商业化生产至今, 已有将近100年的历史。作为酚醛新发展的酚醛泡沫塑料具有制造工艺简单、价格便宜等特点。近年来,随着建筑、石油化工、船舶等产业的快速发展,质轻、防火、低毒的材料逐渐受到重视。在常用的隔热泡沫材料中,酚醛泡沫塑料更具有其他泡沫塑料无法比拟的优势。酚醛泡沫塑料适用温度范围一150一150。长期使用温度一般可达140一150。酚醛泡沫塑料的突出特点是临界氧指数高, 其氧指数一般为35 一50。酚醛泡沫塑料热尺寸稳定,变化率小,在使用温度范围内,尺寸变化率小于1。但是酚醛泡沫塑料也有缺点,比如脆性大,粉化程度高, 强度、导热系数受密度的影响较大。二、泡沫塑料成型定型原理2.1泡沫塑料的构造及分类 泡沫塑料是由气体填充的轻质高分子合成材料，是一种气固两相体材料，由于气固两相分散情况不同，泡沫塑料的结构一般分为闭孔和开孔两种。在闭孔泡沫塑料中，气体充填在由聚合物构成的互不相通的格子里，只有塑料基体是连续相。在开孔泡沫塑料中，气体充填在聚合物构成的互相连通的格子里，泡孔是破的，气泡间相互连通，泡体中气相和塑料都是连续相，流体可以通过泡体。实际上，完全闭孔或开孔结构的泡沫塑料是很难实现的，只能得到闭孔结构占大多数或开孔结构占大多数的泡沫塑料。开、闭孔结构所占的比例，泡沫有无空洞、塌陷，将影响泡沫塑料的强度、吸水等性能。按泡沫塑料的硬度可分为硬质、半硬质和软质3种。区别它们的方法是将泡沫塑料压缩，使其变形达到50%，减压后观察其残余变形。残余变形大于10%，称为硬质泡沫塑料;残余变形为2%10%的，称为半硬质泡沫塑料;残余变形小于2%，称为软质泡沫塑料。2.2发泡原理泡沫塑料成型方法很多但是成型定性过程一般都要经历三个阶段：形成气泡核，气泡核的膨胀，泡体的固化定型2.2.1气泡核的形成过程塑料发泡过程的初始阶段是在塑料熔体或液体中形成大量的气泡核，然后是气泡核膨胀成发泡体，所谓气泡核是指原始微泡，也就是气相气体分子最初在聚合物熔体或液体中聚集的地方，气泡核的形成阶段对成型出泡体的质量起着关键性的作用，假如在熔体中能同时出现大量均匀分布的气泡核，则常常能得到泡孔均匀细密的优质泡沫，假如在熔体中气泡核不是同时出现，而是逐步出现，延续的时间比较长，结果得到的常常是泡孔疏而大，泡体密度大的劣质泡沫。因此，在发泡成型过程中控制好气泡核的形成阶段是很重要的。要控制气泡核的形成就必须了解气泡核的形成机理，可以根据现有的发泡成型过程中的成核机理进行研究分析，归纳为：1)气液相混合直接形成气泡核此类气泡核的形成过程是通过物理发泡剂和聚合物液体直接混合形成。成核的气体直接来自发泡剂，不用先溶解入聚合物熔体、液体或先聚集在聚合物妃子的自由空间，而是直接用气体与聚合物液体混合，形成大量气泡。热固性泡沫塑料大多采用此法进行发泡过程。2.2.2气泡的膨胀过程各段的机理和主要影响因素从在明显不同，气泡核的形成阶段，能量重点消耗在气相的形成。气泡的膨胀阶段，气相已经形成，膨胀的动力来自气泡内压，膨胀的阻力是聚合物熔体或液体的粘弹性和外压，粘弹性太大或太小都不利于气泡的膨胀，太大会使气泡膨胀阻力过大，不利于气泡的膨胀，太小又会使气泡膜没有足够的强度包不住气体，因此气泡的膨胀阶段，聚合物的粘弹性很重要，需要适宜。气泡的内压与气泡内的气体分子量有关，要成型高发泡的泡体除了聚合物的粘弹性要适宜外，气泡内的气体分子应能得到及时补充，膨胀的速度要与聚合物材料的弹性和松弛速度相适应这些都是必须满足的条件。因此促进气泡增长的因素是:增加溶解气体，升高温度，气体膨胀，气泡合并。阻碍气泡增长的因素是:表面张力和聚合物粘度。气泡形成后，气泡内的气体压力与直径成反比，即气泡越小，气泡内的压力越大。因此，当大小两个气泡接近时，就会产生由小到大气泡合并。通过成核作用，增加了气泡的数量，加上气泡孔径的膨胀扩大，从而使泡沫增长。泡体的几何结构主要取决于膨胀阶段的工艺条件。要控制气泡的膨胀过程，必须了解影响气泡膨胀动力和阻力的各种因素以及他们之间的关系。影响气泡膨胀的因素很多，主要包括三个方面：原材料的性能和用量;成型工艺条件；设备的结构和性能等。2.2.3泡沫稳定 随着泡沫的形成和增长，泡孔表面积不断增大，泡壁厚度减薄，泡沫体很不稳定。稳定泡沫的方法有两种:一是利用表面活性剂(如硅油)降低表面张力，有利于形成细泡，减少气体扩散作用，使泡孔稳定。二是提高聚合物的粘度，防止泡壁进一步减薄。在泡沫塑料的发泡过程中，通过物料冷却或聚合物交联，都可以达到提高粘度、稳定泡沫的目的。三、可发泡性酚醛树脂的合成原理四、可发性酚醛树脂的合成树脂的粘度的大小是影响泡沫体的性能的重要参数。树脂的粘度过小，影响泡沫体的表观质量;粘度过大，实际操作比较困难。树脂的粘度过小，反应快，由于气泡壁存在排液的现象严重，导致泡壁逐渐变薄，发泡剂易逸出，泡孔变大，甚至发生穿孔。提高树脂的粘度可以减慢甚至终止排液现象的发生，保证气液相对稳定，有利于发泡，但是粘度太大，活性低，反应慢且操作困难，难以与其它的组份混合均匀，无法发泡。因此合成出来的酚醛树脂应该在一定的粘度范围，通过文献的记载影响酚醛粘度的主要因素有反应温度、反应时间、反应物料比、催化剂。1）温度的影响随着反应温度的提高,树脂的黏度和固含量逐渐增大。苯酚与甲醛反应是加成反应和逐步缩聚反应, 在碱催化和甲醛过量的情况下, 在较低的反应温度下苯酚与甲醛的加成反应速率比较快, 羟甲基含量较大。温度的升高有利于缩聚反应, 缩聚反应的速度大于羟甲基化反应的速度, 羟甲基含量开始下降, 聚合度较高, 其树脂的反应活性降低, 树脂的黏度和固含量增大。2）反应时间对树脂性能的影响随着时间的延长,游离甲醛含量降低、树脂粘度增大,这是由于反应物转化率提高,树脂分子量增加。固化速度随树脂反应时间的延长先缩短后延长,这可能是由于开始反应时间短,树脂中游离的苯酚和甲醛量很大,在酸性条件下使酚醛树脂发生交联固化的时间长;随着反应时间的延长,反应程度提高,树脂的分子量和粘度增大,树脂加入酸后,交联固化变快;但如果时间太长,树脂分子链增长,分子链中的活性点减少,酸性条件下交联固化的反应点减少,硬化时间又变长。发泡试验表明:反应时间短,泡沫性能差;反应时间太长,树脂粘度太大,与其它原料混合时无法操作。3)催化剂用量对树脂性能的影响催化剂用量增加时,P/F中残留甲醛含量减少这是因为催化剂用量越大,越有利于酚形成酚盐离子,从而有利于甲醛的加成反应,促使体系中形成酚甲羟基速度的加快,且一旦形成酚甲羟基后即与甲醛发生缩合反应,则体系总体反应速度加快,反应程度加深,使甲醛反应更充分,残留量越小。4)F/P对树脂性能的影响在固定上述条件下，随着F/P的增加,低聚物酚醛树脂的黏度和固含量逐渐的提高。这是因为随着的增加,羟甲基含量增多, 树脂的活性增大。但随着F/P产物中二羟甲基酚及三羟甲基酚含量的增加,其缩聚反应的程度也不断增加,树脂的黏度和固含量逐渐提高。因此，可以改变上述条件从而改变酚醛树脂的粘度。所以本实验选择改变F/P的比例从而改变酚醛树脂的粘度。五、酚醛树脂的发泡研究1）发泡温度对泡沫性能的影响随着发泡温度的升高，泡沫密度降低，泡沫质量提高。但过高的温度导致泡沫发生穿孔。2）固化剂对泡沫性能的影响随着固化剂用量的提高，起泡和固化时间缩短，泡沫体的表观密度和压缩强度增大。过低的固化剂用量，导致泡沫闭孔率低，泡孔大，不均匀。固化剂过高，发泡倍数低。3）发泡剂对泡沫性能的影响随着发泡剂用量的增大，泡沫体表观密度和压缩强度降低。发泡剂用量大于10%后，泡沫体的密度变化不大。4）表面活性剂用量对泡沫的影响因为树脂本身有较大的表面张力且通常不能与烃类相溶，当不添加表面活性剂时，发泡剂很难或不能均匀分散在树脂中，导致发泡不均匀。乳化是酚醛泡沫塑料成型加工必要的工艺过程。由于树脂、固化剂、助剂之间的粘度相差悬殊，且相互难以混溶，因此必须对发泡物料进行乳化，使各组分充分混合，以提高反应发泡的速度和均匀性。根据Blyler的热点成核机理，气泡壁所受的各种力间构成式: 式(1)、式(2)可以看出，在P一定时，越小，R越小，越有利于形成小的气泡核，最终形成的泡体越均匀、细腻。加人表面活性剂可以降低体系的表面张力，并起到乳化作用。实验表明，乳化程度影响泡沫塑料的泡孔均匀性、发泡速度和表观密度。当乳化程度适中时，发泡物料的适用期较为合适(一般为5一10min)，可操作性强，发泡过程平稳，泡沫塑料泡体均匀、细腻，上部“圆顶”部位较为平坦，无开裂现象，材料的利用率较高，可使制品达到预期的表观密度;若乳化程度过低时，体系温度低，发泡物料适用期过长，造成发泡剂汽化不完全，制品的表观密度仅能达到预期的1/3一1/2，而且泡体内部有较大泡孔，存在密度梯度;如果乳化程度过高，体系温度接近或达到发泡剂的沸点，则可能造成物料在混合器内提前发泡。影响乳化程度的因素有两方面:一是表面活性剂的用量，二是乳化时间的长短。表面活性剂的用量越多，乳化时间越长，乳化程度越高，通常表面活性剂的用量为树脂的l%一2%，乳化时间为10一15min较为合适。六、讨论气泡的膨胀、形成过程需要树脂有一定的粘度，这样是为了更好的包裹形成的气泡。如果树脂的粘度过低，树脂的强度无法包裹得住汽包，因此气泡直接合并形成开孔结构。但是如果树脂的粘度过大又给操作带来了一定的难度，会使气泡膨胀阻力过大，不利于气泡的膨胀。因此控制酚醛树脂的初始粘度是个非常关键的环节。所以说不同粘度的树脂得到不同结构的泡体，随着粘度的改变酚醛树脂的泡