增韧酚醛泡沫塑料的制备及填料对其性能的影响
殷锦捷，戴英华
(辽宁工程技术大学材料学院，辽宁阜新123000)
摘要 以甲阶段酚醛树脂(PF)为基体，聚乙二醇(PEG)和玻璃纤维(GF)为增韧剂，通过抗冲击测试、SEM 分析及红外光谱分析(IR spectra)，研究了PEG 和GF 对改性酚醛泡沫塑料性能的影响。通过综合性能比较得出GF 与PEG 复合增韧效果最好。结果表明：采用100份酚醛树脂、12份聚乙二醇、0.5份玻璃纤维，温度为80e ，反应时间为30min，可制备出增韧酚醛泡沫塑料，冲击强度为5.54kJ/m 2 ，泡孔细小均匀，粉化率降低7.43%。关键词 酚醛泡沫；复合增韧；聚乙二醇；玻璃纤维；硅藻土；二氧化硅 中图分类号:T Q 320166 文献标识码:A 文章编号:1009-5993(2010)02-0037-04
收稿日期:2010-05-10
作者简介：殷锦捷(1956))，女，教授。主要从事高分子材料、有
机合成及阻燃等方面的研究工作。
0 前言
酚醛泡沫塑料是一种性能优异的节能材料。以其环保、安全、经济等特性成为新型的建筑保温材料，也被业内人士誉为/保温之王0[1-2]。但由于其质脆，易粉化，不耐弯曲等缺点限制了它的应用[3]
。因此，对酚醛泡沫塑料的增韧改性研究具有
重大的意义[4]
。但改性剂的加入会影响其阻燃性能[5]，若同时加入填料进行改性，既能增加韧性，保证其优异的阻燃性，又能降低成本。 本文以聚乙二醇[6]
和玻璃纤维[7]
为增韧剂，采
用多指标正交试验和极差分析[8]
获得了制备聚乙二醇增韧酚醛泡沫塑料的最佳配方，可以解决酚醛泡沫塑料脆性大、开孔率高、易粉
化等缺点。在此基础上分别比较了以玻璃纤维、硅藻土和二氧化钛为外增韧剂的酚醛泡沫塑料的综合性能；并选取与聚乙二醇复合增韧效果最佳的外增韧剂。
1 实验部分
喷水壶1.1 实验原料
酚醛树脂，山东滕州华海集团；聚乙二醇(M n
=400)，天津市百世化工有限公司；吐温-80，沈阳瑞丰精细化学品有限公司；正戊烷，天津市科密欧
化学试剂开发中心；盐酸，乙酸，沈阳市派尔精细化工制品厂；玻璃纤维，硅藻土，二氧化硅,KH 560，沈阳市化学试剂厂。
1.2 试样的制备
按照正交表，将酚醛树脂、聚乙二醇加入到反应容器中反应一段时间；再依次将吐温-80、正戊烷、固化剂(盐酸与乙酸的混合酸)加入到三口瓶中，高速搅拌，直至混合液颜变浅；将其迅速注入到模具中，充分固化；冷却脱模，分别制样。
增韧泡沫塑料的制备过程同上。在加入发泡剂之前，将外增韧剂玻璃纤维(经KH 560处理过的)、硅藻土、二氧化钛分别加入到容器中，最后制样。
1.3 试样的检测
(1)红外光谱分析：利用WQF )200型红外光谱仪对试样进行红外光谱分析。
(2)冲击强度测试：依据GB/T 1043)1993进行测定。
(3)扫描电子显微镜测试：观察样品表面的形貌特征。
(4)阻燃性能的测试：依据GB/T 8333)87，采用垂直燃烧法进行测定。
(5)粉化率测试。
2 结果与讨论
2.1 正交设计与分析
在大量预实验的基础上，选取质量分数分别为
)
37)
表面活性剂5%、发泡剂10%、固化剂10%。以聚乙二醇、反应温度、反应时间为主要因素，每个因素
设计三个水平，得到正交表L 9(33
)，以冲击韧性为指标。正交试验因素和水平，如表1所示。
表1 正交试验因素和水平Tab.1 O rthogon al test factors an d levels
水平/因素
A 聚乙二醇/份
B 温度/e
C 时间/m in
19752021280303
大鼠灌胃
15
85
40
通过极差分析，得到三因素对冲击韧性和粉化率的较优水平。按主次顺序分别为C 2>A 2>B 2,A 2>C 1>B 3。采用综合平衡法兼顾这两个指标，得到增韧的酚醛泡沫塑料的工艺参数:A 2B 2C 2。即：每100份酚醛树脂，加入聚乙二醇12份，反应时间30m in，温度80e 。
干衣柜2.2 酚醛泡沫塑料冲击强度分析
图1为聚乙二醇对酚醛泡沫塑料冲击性能的影响。由图1可以看出：随着聚乙二醇添加量的增加，其冲击强度先增加后降低，聚乙二醇的添加量为12份，玻璃纤维的添加量为0.5份，酚醛泡沫塑料的冲击强度达到最大值为5.54kJ #m -2，较未
加任何改性剂时有很大的提高。
图1 聚乙二醇对酚醛泡沫塑料冲击性能的影响Fig 11 E ffect of PE G on Impact properties of phen olic foam
由于聚乙二醇中的)OH 与酚醛缩聚物中的羟甲基发生化学反应，在树脂中导入长的柔性醚链，起到了改善酚醛泡沫塑料刚性结构的作用，使改性剂与树脂成为一个整体，降低了酚醛泡沫塑料的脆性。但当加入量在15份时，抗冲击强度有所
下降。因为加入量过大时，体系的黏度降低，形成的泡孔不稳定，泡大壁薄，泡沫塑料的冲击强度下降。因此,P EG 的加入量12份为较佳值。酚醛泡沫塑料冲击强度的增加，玻璃纤维也起到了增强作用。短切玻璃纤维的加入，增加了泡沫塑料孔壁的强度，同时纤维贯穿若干个泡孔，使得纤维轴向一定范围内的泡孔以纤维为核心，连成一个柱体，承受载荷时，纤维的存在降低了酚醛泡沫塑料的脆性。
2.3 聚乙二醇对酚醛泡沫塑料粉化率的影响图2为聚乙二醇对酚醛泡沫塑料粉化率的影响。粉化率是泡沫塑料的一种物理性能，对酚醛泡沫塑料来说，粉化率反映了泡沫塑料的柔韧程度。本研究的目的就是制得韧性好的泡沫材料，所以要求酚醛泡沫塑料具有较低的粉化率。由图2可知：随着PEG 添加量的增加，酚醛泡沫塑料的粉化率逐渐降低，在添加量为12份时粉化率达到最小值为
3.35%，比未加改性剂时降低了
4.66%。可以看出：聚乙二醇的加入，泡沫塑料的粉化率有一定程度的降低，明显好于纯酚醛泡沫塑料。这是由于聚乙二醇的黏度小，与酚醛树脂的相容性好，在树脂固化成型中，易与酚醛树脂形成互穿的交联网络，使柔性的分子链与刚性的酚醛低分子链串在一起，表观的相对摩尔质量大大增加，从而降低了酚
醛泡沫塑料的粉化程度。
图2 聚乙二醇对酚醛泡沫塑料粉化率的影响Fig 12 E ffect of PEG on chalkin g rate of phen olic foam
2.4 红外光谱分析
图3为聚乙二醇改性酚醛树脂的红外光谱。由图3(a)可以看出：在3500~3300cm -1
处出现的宽吸收带是酚羟基O-H 键的吸收谱带;1700~1800cm -1处是羰基C=O 的伸缩振动峰。改性
)
38)
后的树脂在3500~3300cm -1处有更强的吸收峰。显然，由于聚乙二醇的加入羟基的量增加。另
外，图3(b)中，在1550~1650cm -1
处出现了聚乙二醇的基团O )H 的特征峰外，在750~850cm -1处出现了酚羟基的苯环的不同振动峰，并且，其峰型改变，峰强度减弱。说明酚醛与聚乙二醇两者之
间有了化学键接。在1175~1275cm -1
处出现了C-O-C 的特征吸收峰，可能有一部分是聚乙二醇与酚醛树脂中的羟基或羟甲基发生了缩合反应。
3d视频制作这一结论将在以后的研究中继续证实。
(a)
酚醛树脂
(b)聚乙二醇改性酚醛树脂
图3 聚乙二醇改性酚醛树脂的红外光谱Fig 13 IR of polyeth ylen e glycol mo dified phen olic resin
66ssss2.5 泡沫塑料的表观结构分析
图4(a),(b)分别表示酚醛泡沫塑料加入12份PEG 改性前后的泡体的SEM 图像。由图(4)可以看出：未改性的泡体大而薄，分布不均匀，且有许多破裂的泡体；而PEG 在发泡过程中加入提高了泡孔结构的稳定性，泡壁变厚，泡孔较小，且大小一致，分布均匀，闭空率明显提高。因此，在宏观表现上,P EG 改性的P F 的表观密度、韧性均优于未改
性的酚醛泡沫塑料。
(a)
改性前
应力应变测试(b)改性后
图4 聚乙二醇改性酚醛泡沫塑料的S EM 图
Fig 14 SE M m ap of polyeth ylen e glycol m odified phen olic foam
2.6 泡沫塑料的性能
在聚乙二醇改性的基础上，加入外增韧剂玻璃纤维、硅藻土和二氧化钛，并对其性能进行比较。玻璃纤维的外增韧效果明显，制得的酚醛泡沫塑料具有质量轻、泡沫均匀、刚性大、阻燃性好等特点。其综合性能比较如表2所示。
由表2可知：在同等条件下，添加玻璃纤维的酚醛泡沫塑料的表观密度、冲击强度都有一定程度的提高，泡孔结构也较理想。说明玻璃纤维比硅藻
土和SiO 2的增韧效果好。同时，得到的酚醛泡沫
塑料具有很好的阻燃性，燃烧时间也缩短。添加玻璃纤维的酚醛泡沫塑料具有更加优异的综合性能。
3 结论
(1)增韧酚醛泡沫塑料的最佳配方:100份酚醛树脂,12份聚乙二醇,0.5份玻璃纤维，反应时间为30min，温度为80e 。
(2)采用聚乙二醇和玻璃纤维改性酚醛树脂
泡沫塑料，其冲击强度5.54kJ #m -2
，比改性前提高了4.45kJ #m -2，粉化率比改性前降低了7.43%。
)
39)
表2综合性能比较
Tab.2Compreh ensive performan ce comparison
测试项目未改性只加PE G复加玻璃纤维复加硅藻土复加SiO2表观密度/(g#m-3)0.09120.09630.1640.1010.0951粉化率/(%)10.96 5.76 3.5310.848.09冲击强度/(kJ#m-2) 1.09 4.02 5.54 4.52 4.76表观形貌泡孔大泡空均匀泡沫细小均匀泡孔大泡孔不均匀垂直燃烧试验残留质量分数/(%)90.992.194.193.392.5燃烧时间/(s)56344
(3)通过SEM照片看出：增韧酚醛泡体为闭孔结构，基本上以椭球形为主，泡孔小，泡孔分布比较均匀。
(4)加入玻璃纤维的泡沫塑料比加入硅藻土和二氧化钛的泡沫塑料的冲击强度高，表观密度高，粉化率低，不易燃。
参考文献:
[1]Bu Gi Kim,Dai Gil Lee.Developmen t of m icrow ave foa-
ming method for phenolic ins ulation foams[J].Journ al of M aterials Proces sing Techn ology,2008,201(1-3):716-719.
[2]刘威.绿、安全、经济的新型绝热保温材料)))酚醛泡沫
塑料[N].中国建材报,2009-03-02.[3]囤宏志，姜志国.戊二醛改性酚醛树脂及对泡沫塑料性能的
研究[J].化工新型材料,2009,37(3):100-102.
[4]常怀春，吕通建，杨莹莹.聚丙烯酸正丁酯增韧酚醛泡沫塑
料的研究[J].中国塑料,2005,19(12):53-55.
[5]贾伟华，姚萍.酚醛泡沫塑料的增韧改性对阻燃性的影响
[J].消防科学与技术,2006,25(3):373-375.
[6]楚慧娟，朱宝库，徐又一.聚乙二醇对聚酰亚胺泡沫的结构
及热性能的影响[J].应用化工,2008,37(4):410-415. [7]H ongbin S hen,Andre J Lavoie,Steven R Nutt.En han ced
peel resistance of fiber reinforced ph enolic foams[J].Ap-plied Science and M an ufacturin g,2003,34(4):941-948. [8]5正交试验法6编写组.正交试验法[M].北京：国防工业出
版社,1976:45-52.
Study o n Pheno lic Fo am Toughing Mo dification
and Influence o f Filler o n the Pro pert ies
YIN Jin-jie,DAI Ying-hua
(Inst itut e of M aterial,Liaoning U niversity of Eng ineering and T echnology,
Fuxin123000,China)
Abstract:T aking the resol as the substrate,polyethylene g ly col and g lass fiber as toughening ag ent,u-sing impact testing,the SEM analysis and infrared spectroscopy(IR spectr a),the effects of polyethylene gly col and glass fiber on the modified phenol aldehyde foam plastics performance were studied.T he effect of PEG and fiber glass compo site toughening is best through the compr ehensive performance com-parison.T he result indicates that taking100phenolic r esin,12poly-ethy lene gly col and0.5g lass fiber, temperature for80e and reaction time for30min,can pr epare toughening phenol fo am,the sho ck strength is5.54kJ/m2,soaks is spatially tiny and uniform,the reduced chalking rate is7.43%.
Key words:phenolic foam;composite toughening;PEG;glass fiber;diatomite;SiO2
)
40
)
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议