CN102775724A - 蜂窝增强酚醛泡沫材料及其制备方法 - Google Patents

蜂窝增强酚醛泡沫材料及其制备方法 Download PDF

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姚正军
周金堂
李淑琴
周畅
魏东博
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Abstract

本发明涉及一种蜂窝增强酚醛泡沫材料及其制备方法，属于聚合物基复合材料领域。其特征在于材料由酚醛泡沫作为基体，蜂窝材料作为增强材料；其中蜂窝材料的蜂窝直径为1mm~10mm，片切厚度为1mm-10mm。制备方法是将蜂窝增强材料放入上述的混合原料充分浸渍，先放入40～45℃的平板硫化机上预发泡再放入85～95℃的平板硫化机上加热加压成型。本发明制得的材料密度为0.1g/cm3~0.25g/cm3，具有良好的比强度和耐火性能。

Description

蜂窝增强酚醛泡沫材料及其制备方法
技术领域
本方法属于聚合物基复合材料领域，具体涉及一种纸蜂窝、芳纶蜂窝增强酚醛泡沫材料及其制备方法。 
背景技术
酚醛泡沫最突出的特点是难燃、低烟、抗高温蠕变。它可以现场浇注发泡、可模制、也可机械加工，可制成板材、管壳及各种异型产品。由于聚苯乙烯泡沫和聚氨酯泡沫都易燃，不耐高温，在一些工业发达国家中正受到消防部门的限制使用，对防火要求严格的场所，政府部门已有明文规定只能用酚醛泡沫及其夹芯板。因而，酚醛泡沫保温材料是更适合于有苛刻要求的环境条件下使用的高性能材料，有着良好的发展前景。 
当前限制酚醛泡沫的应用的性能不足主要来自于两个方面，首先是酚醛泡沫材料的脆性大，力学性能不足。其次是酚醛泡沫粉化严重，在环境要求较高的场合通常无法使用。 
发明内容
本发明的目的在于提供一种材料强度高且能抑制酚醛泡沫粉化现象的蜂窝增强酚醛泡沫材料及其制备方法。 
一种蜂窝增强酚醛泡沫材料，其特征在于：材料由酚醛泡沫作为基体，纸蜂窝或芳纶蜂窝作为增强材料；其中酚醛泡沫基体包含以下质量组份：甲阶酚醛树脂 100份、表面活性剂 1-8份、丁腈橡胶粉末0-20份、复配发泡剂2-20份、固化剂3-10份；所述的复配发泡剂是二氯乙烯：正己烷为1:10-1:1的混合物；所述的固化剂是苯磺酸；所述的表面活性剂是DC193、吐温80、吐温20中的一种；其中纸蜂窝或芳纶蜂窝材料的蜂窝直径为1mm~10mm，片切厚度为1mm-10mm。优选方案为：直径1mm-4mm，片切厚度为1mm-2mm。 
上述蜂窝增强酚醛泡沫材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：（1）、所有原料均采用权利要求1中的配比；（2）、将甲阶酚醛树脂、表面活性剂和丁腈橡胶充分混合备用；（3）、在0~30℃的环境下将步骤（2）获得的混合物与复配发泡剂充分混合，在其中加入固化剂并再次混合均匀；（4）、将蜂窝材料浸渍入步骤（3）获得的混合物，并适当摇动蜂窝材料以获得充分的浸渍；（5）、将步骤（4）浸渍过的蜂窝材料放入模具中，并送入预热到40~45℃的平板硫化机上放置3-5min，待其中低沸点的复配发泡剂二氯甲烷发泡后取出，放入85~95℃平板硫化机上加热加压成型。 
本发明采用的酚醛树脂具有不燃、低烟、抗高温蠕变且价格低廉的优点，这种树脂赋予了本发明产品相应的防火及高温环境下使用的性能；本发明对酚醛树脂进行发泡处理，使得最终产品具有较低的密度（0.1-0.2g/cm3）；本发明采用蜂窝材料对酚醛树脂进行增强处理，使得最终的产品具有良好的强度及刚度，并很好地控制了酚醛泡沫的粉化现象。与纤维增强的酚醛泡沫相比，这种蜂窝结构材料作为增强体，其产品的刚度更为优异。在工艺实现过程中，蜂窝结构简单容易获得良好的浸渍效果，不会出现纤维增强工艺中出现的部分区域空心化的现象。综合以上，本发明最终产品的特点是高强度、高刚度、防火、耐高温且成本低。 
在本发明中，表面活性剂的作用是控制泡孔的大小，表面活性剂的加入可以降低酚醛树脂的表面张力，从而使得发泡后的泡孔更加细小、均匀，小的泡孔在同等条件下可以获得更好的力学性能。 
      本发明所采用的发泡剂为二氯甲烷与正己烷的复配体系，所采用的发泡工艺为二次发泡工艺，在加热到40~45℃时二氯甲烷开始发泡，此时酚醛树脂尚处于粘度较低的阶段，具有一定的流动性能，在二氯甲烷气泡的推动下能够很好地填充蜂窝材料的各个部分，同时在发泡剂复配体系中二氯甲烷的含量较少，从而不至于造成酚醛树脂溢出增强体系之外。在85~95℃加热时，正己烷发泡充满整个模具同时酚醛树脂固化成型，最终获得本发明所述材料。 
附图说明
图1 为实施例及对照例试样的性能数据。 
具体实施方式
下面结合具体实施方案对本发明做进一步描述。 
以下实施例所采用的主要原料的出处：发泡剂二氯甲烷、正己烷、表面活性剂DC193、吐温80、吐温20、苯磺酸购自南京娇子藤科学器材有限公司；丁腈橡胶粉末购自江阴正邦；甲阶酚醛树脂为自行合成，其固含量约为80%。下述实施例以及对照例所用到的各组份的用量单位均为质量份。 
对照例1 未采用蜂窝材料增强 
处方：
    复配发泡剂：二氯乙烯：正己烷=1:10;
甲阶酚醛树脂 100份、DC193 3份、丁腈橡胶粉末10份、复配发泡剂5份、苯磺酸8份。
制备过程： 
采用搅拌器将甲阶酚醛树脂、DC193和丁腈橡胶搅拌10分钟，加入复配发泡剂搅拌5分钟后再加入苯磺酸搅拌2分钟。将混合均匀的树脂倒入模具中，将模具放入90℃的平板硫化机上加热加压发泡成型。
对照例2 未采用蜂窝材料增强（1和2主要是密度不同） 
处方：
    复配发泡剂：二氯乙烯：正己烷=1:10;
甲阶酚醛树脂 100份、DC193 3份、丁腈橡胶粉末10份、复配发泡剂20份、苯磺酸8份。
制备过程： 
采用搅拌器将甲阶酚醛树脂、DC193和丁腈橡胶搅拌10分钟，加入复配发泡剂搅拌5分钟后再加入苯磺酸搅拌2分钟。将混合均匀的树脂倒入模具中，将模具放入90℃的平板硫化机上加热加压发泡成型。
  
实施例1
处方：
复配发泡剂：二氯乙烯：正己烷=1:10；
蜂窝蜂窝增强材料：蜂窝直径1mm，片切厚度1mm的芳纶蜂窝；
    甲阶酚醛树脂 100份、DC193 3份、丁腈橡胶粉末10份、复配发泡剂5份、苯磺酸8份。
制备过程： 
（1）、将甲阶酚醛树脂、DC193和丁腈橡胶粉末充分混合备用；
（2）、在30℃的环境下将步骤（1）获得的混合物与复配发泡剂充分混合，在其中加入苯磺酸并再次混合均匀；
（3）、将蜂窝材料浸渍入步骤（2）获得的混合物，并适当摇动蜂窝材料以获得充分的浸渍；
（4）、将步骤（3）浸渍过的蜂窝材料放入模具中，并送入预热到45℃的平板硫化机上放置3-5min，待其中低沸点的发泡剂二氯甲烷发泡后取出，放入90℃平板硫化机上加热加压15min成型。
实施例2 
处方：
复配发泡剂：二氯乙烯：正己烷=1:10；
蜂窝蜂窝增强材料：蜂窝直径1mm，片切厚度1mm的芳纶蜂窝；
    甲阶酚醛树脂 100份、DC193 3份、丁腈橡胶粉末10份、复配发泡剂20份、苯磺酸8份。
制备过程同实施例1。 
实施例3 
处方：
复配发泡剂：二氯乙烯：正己烷=1:5；
蜂窝增强材料：蜂窝直径2mm，片切厚度1mm的芳纶蜂窝；
甲阶酚醛树脂 100份、DC193 1份、丁腈橡胶粉末20份、复配发泡剂15份、苯磺酸3份。
制备过程同实施例1。 
实施例4 
处方：
复配发泡剂：二氯乙烯：正己烷=1:10；
蜂窝增强材料：蜂窝直径10mm，片切厚度10mm的芳纶蜂窝；
甲阶酚醛树脂 100份、吐温80  8份、丁腈橡胶粉末10份、复配发泡剂20份、苯磺酸3份。
制备过程同实施例1。 
实施例5 
处方：
复配发泡剂：二氯乙烯：正己烷=1:1；
蜂窝增强材料：蜂窝直径4mm，片切厚度2mm的芳纶蜂窝；
甲阶酚醛树脂 100份、吐温20  1份、丁腈橡胶粉末0份、复配发泡剂20份、苯磺酸10份。
制备过程同实施例1。 
实施例6 
处方：
复配发泡剂：二氯乙烯：正己烷=1:10；
蜂窝蜂窝增强材料：蜂窝直径5mm，片切厚度1mm的芳纶蜂窝；
    甲阶酚醛树脂 100份、DC193 3份、丁腈橡胶粉末10份、复配发泡剂5份、苯磺酸8份。
制备过程同实施例1。 
实施例7 
处方：
复配发泡剂：二氯乙烯：正己烷=1:10；
蜂窝蜂窝增强材料：蜂窝直径10mm，片切厚度1mm的芳纶蜂窝；
    甲阶酚醛树脂 100份、DC193 3份、丁腈橡胶粉末10份、复配发泡剂5份、苯磺酸8份。
制备过程同实施例1。 
实施例8 
处方：
复配发泡剂：二氯乙烯：正己烷=1:5；
蜂窝增强材料：蜂窝直径5mm，片切厚度10mm的芳纶蜂窝；
甲阶酚醛树脂 100份、DC193  5份、丁腈橡胶粉末10份、复配发泡剂2份、苯磺酸10份。
制备过程同实施例1。 
实施例9 
处方：
复配发泡剂：二氯乙烯：正己烷=1:10；
蜂窝蜂窝增强材料：蜂窝直径1mm，片切厚度1mm的纸纶蜂窝；
    甲阶酚醛树脂 100份、DC193 3份、丁腈橡胶粉末10份、复配发泡剂5份、苯磺酸8份。
制备过程同实施例1。 
实施例10 
处方：
复配发泡剂：二氯乙烯：正己烷=1:10；
蜂窝蜂窝增强材料：蜂窝直径5mm，片切厚度1mm的纸纶蜂窝；
    甲阶酚醛树脂 100份、DC193 3份、丁腈橡胶粉末10份、复配发泡剂5份、苯磺酸8份。
制备过程同实施例1。 
实施例11 
处方：
复配发泡剂：二氯乙烯：正己烷=1:10；
蜂窝增强材料：蜂窝直径10mm，片切厚度10mm的纸纶蜂窝；
甲阶酚醛树脂 100份、DC193  3份、丁腈橡胶粉末10份、复配发泡剂5份、苯磺酸8份。
制备过程同实施例1。 
实施例12 
处方：
复配发泡剂：二氯乙烯：正己烷=1:10；
蜂窝蜂窝增强材料：蜂窝直径10mm，片切厚度10mm的纸纶蜂窝；
    甲阶酚醛树脂 100份、DC193 3份、丁腈橡胶粉末10份、复配发泡剂20份、苯磺酸8份。
制备过程同实施例1。 
  
性能比较
将实施例、对照例获得的成品进行制样处理，对制得的试样进行密度、拉伸强度、极限氧指数，其中，拉伸性能测试按GB/T1040-90标准进行；冲击强度测试按GB/T1043.1-2008标准进行；密度测试按ASTM D792标准进行；极限氧指数测试按照GB/T 240-2008进行。所得结果如表1所示。各指标的单位如下：密度：g/cm3、拉伸强度：MPa、冲击强度：KJ/m2、极限氧指数：%。
    从表1可以看出，对照例1、2未使用蜂窝材料增强,相同密度下使用蜂窝材料增强的酚醛树脂泡沫与对照例相比强度、韧性均有很大的提高。采用蜂窝材料增强之后酚醛泡沫的极限氧指数有所下降但降幅并不明显，采用纸蜂窝增强的酚醛泡沫极限氧指数有一定程度的下降但仍属于A级不燃材料。实施例可以看出增强材料蜂窝直径的大小在很大程度上决定了材料强度、韧性的高低，蜂窝直径越小则强度越高、韧性越好。从各实施例性能测试结果可以看出，相同密度、相同基体配方下，纸蜂窝增强的酚醛泡沫的强度和韧性均低于芳纶蜂窝增强的酚醛泡沫，但与未增强的对照例相比其强度仍有较大幅度的提高。加入蜂窝材料后，酚醛泡沫试样的粉化现象明显减轻。 
以上所述仅仅是本发明列举的实施实例，并未对本发明的技术范围作任何限制。 

Claims (3)

1.一种蜂窝增强酚醛泡沫材料，其特征在于：材料由酚醛泡沫作为基体，纸蜂窝或芳纶蜂窝作为增强材料；
其中酚醛泡沫基体包含以下质量组份：甲阶酚醛树脂 100份、表面活性剂 1-8份、丁腈橡胶粉末0-20份、复配发泡剂2-20份、固化剂3-10份；所述的复配发泡剂是二氯乙烯：正己烷为1:10-1:1的混合物；所述的固化剂是苯磺酸；所述的表面活性剂是DC193、吐温80、吐温20中的一种；
其中纸蜂窝或芳纶蜂窝材料的蜂窝直径为1mm~10mm，片切厚度为1mm-10mm。
2.根据权利要求1所述的蜂窝增强酚醛泡沫材料，其特征在于：上述纸蜂窝或芳纶蜂窝材料的蜂窝直径1mm-4mm，片切厚度为1mm-2mm。
3.基于权利要求1蜂窝增强酚醛泡沫材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）、所有原料均采用权利要求1中的配比；
（2）、将甲阶酚醛树脂、表面活性剂和丁腈橡胶充分混合备用；
（3）、在0~30℃的环境下将步骤（2）获得的混合物与复配发泡剂充分混合，在其中加入固化剂并再次混合均匀；
（4）、将蜂窝材料浸渍入步骤（3）获得的混合物，并适当摇动蜂窝材料以获得充分的浸渍；
（5）、将步骤（4）浸渍过的蜂窝材料放入模具中，并送入预热到40~45℃的平板硫化机上放置3-5min，待其中低沸点的复配发泡剂二氯甲烷发泡后取出，放入85~95℃平板硫化机上加热加压成型。
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