酚醛树脂概况二发展(2)是什么

三、酚醛树脂的应用通用酚醛树脂中的热塑性酚醛树脂(novolacs)主要用于制造模塑粉,也用于制造层压塑料、铸造造型材料、清漆和胶黏剂等。通用热固性酚醛树脂(resoles)主要用于制造层压塑料、浸渍成型材料、涂料、各类用途黏结剂等,少量用于模塑粉。高性能酚醛树脂除在上述各领域中提升各种材料或制品的性能外,还开辟或扩大了许多新的应用领域,主要是用于钢铁及有色金属冶炼的耐火材料,用于航天工业的耐烧蚀材料,用于高速交通工具的摩擦制动材料,用于电子工业的电子封装材料,用于建筑及交通工具的耐燃保温泡沫材料等领域。以下对酚醛树脂下游材料及制品以及相关应用领域分别给以简介。(一)粉状模塑料酚醛粉状模塑料是由酚醛树脂粉与各种粉状填充料混配而成的一类复合材料,经热压成型、传递成型或注塑成型可制成分别适用于各工业领域的制件及生活日用品。生产粉状酚醛模塑料是酚醛树脂的一项主要用途。树脂大多采用固体热塑性酚醛树脂,也有少量用热固性酚醛树脂者。其性能主要随树脂类别、型号以及填料种类而异。酚醛模塑粉在受热、受压的成型过程中发生交联反应而固化,成型品尺寸稳定,机械强度高,有较高的耐热性、电绝缘性、耐化学腐蚀性,且价格较低,所以制品应用范围广,种类繁多(详见本书第五章第二节及第七章、第八章)。(二)短纤维或碎屑片增强酚醛模塑料这是一类采用短纤维或碎屑片全部或大部代替粉状填充料与酚醛树脂组成的模塑料。常用的短纤维有玻璃纤维、石棉等矿物纤维、棉纤维等,碎屑常用碎纸屑、碎布屑和碎木屑。所用树脂主要是热固性酚醛树脂溶液或乳液,也有采用热塑性酚醛树脂粉的情况。用液体树脂的原因是便于浸渍各种短纤维和碎屑,浸渍后,经干燥、模压成型制得各种增强塑料制品。其机械强度高,综合性能优于模塑粉成型品,典型产品有大型电绝缘制品(绝缘板、闸板、线缆轴等)、机械或设备受力部件、摩擦及耐磨制品等(详见本书第五章第五节)。(三)长纤维及长纤维织物增强酚醛塑料以长玻璃纤维及其织物为主要增强剂的这类酚醛树脂复合材料制品具有优异的力学性能和良好的综合性能,可替代金属用于交通、机械、建筑、化工等许多领域。如制造汽车、拖拉机车厢,各类机器外罩,滑轮,导向轮,风扇及风机叶片,绝缘器件,石油及化工容器,石油及化工管道,建筑模板,隔板,扶梯,格栅等。若用碳纤维或聚芳酰胺(凯芙拉)纤维增强,制品性能更优异且可用于特殊场合,如碳纤维增强酚醛塑料可作为耐烧蚀材料和高性能摩擦制动材料服务于航空航天工程。此类增强塑料所用酚醛树脂为液态热固性酚醛树脂,并且多采用具有高性能的各种改性酚醛树脂。其制品成型方法以手糊、低压、拉挤成型工艺为主。(四)酚醛层压塑料酚醛层压塑料制品通常包括层压板、层压管、层压棒以及覆铜层压板。这些型材因电绝缘性优良,力学性能和耐热性能都较好,又易进行二次加工(锯、钻、铣等机加工),所以大多用于电气及电子工业,制成绝缘板、绝缘管、电容器管、电子仪器底板等,覆铜板则专用于电子线路板(印刷线路板)。层压塑料的填充增强材料有大片纸、棉布、玻璃布,特殊需要时也有用碳纤维织物的。树脂则多采用液态热固性酚醛树脂。生产基本工艺流程是:首先合成符合要求的酚醛树脂液,第二步是用树脂液浸渍连续长纸、布或玻璃布,随后进入卧式或立式烘箱内进行干燥处理,在驱赶挥发成分的同时,使酚醛树脂由甲阶段结构转变到乙阶段结构。若生产层压板,则将上述浸胶材料按要求尺寸裁割成单片,再按要求将多张单片层叠后送入多层热压机进行热压成型,成型后的层压板,其中酚醛树脂已转入丙阶段结构,材料性能达到其最佳水平。层压管、层压棒是采用将浸胶材料卷绕后热压成型的工艺生产。更多的内容可参见本书第五章第四节。(五)酚醛造型材料金属铸造需要模型,最佳造型材料是覆膜砂。覆膜砂就是在硅砂粒表面包覆一层树脂的产物。酚醛树脂用于覆膜砂生产已有多年历史,但近年来高性能酚醛树脂的应用才更好地满足了造型的要求,所以酚醛树脂覆膜砂是最好的、也是用量最多的铸造用造型材料。用于生产覆膜砂的酚醛主要有两类,一类是固体粉末和液体,加入固化剂,加热而固化,用于壳型黏结剂和热芯盒树脂砂;另一类是液体,在加热或特殊催化条件下可室温固化,为自硬型树脂砂。酚醛树脂覆膜砂的生产过程很简单,一种主要工艺是:首先合成符合要求的酚醛树脂,加入必要的助剂(如固化剂)后与加热的硅砂粒均匀混合,冷却风干即成。本书第六章对此领域有详细介绍。(六)酚醛隔热、隔音材料酚醛泡沫塑料是近年来产量迅速上升的一类隔热、隔音材料,其特殊优点在于耐燃、燃烧少烟,烟的毒性低,强度高,耐化学腐蚀性高,这些特点正是以往应用较多的聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯泡沫塑料所欠缺的。在特别强调生产、生活安全,注重环境保护等应用条件的要求下,需要隔热或隔音的场合,酚醛泡沫塑料受到重视和大量选用成为必然。酚醛泡沫塑料或夹层酚醛泡沫结构材料在高层建筑保温结构、文娱体育场馆装饰板、车辆厢体内壁板、化工车间及管道隔热层等领域已获得广泛应用。此种泡沫塑料是由热固性酚醛树脂(或热塑性酚醛树脂)在发泡剂的作用下产生泡孔结构并在固化促进剂(或固化剂)的作用下交联、固化而制得的。本书第十一章将做详细论述。(七)木制品黏结剂及其他专用型黏结剂木制品黏结剂主要用于胶木板、刨花板、纤维板和装饰板。酚醛类木制品黏结剂比另一主要竞争产品的脲醛树脂木制品黏结剂有黏结强度高、耐湿性好、含甲醛较少等优点。在此领域消耗的酚醛树脂量占酚醛树脂总产量的很大份额,如2004年在我国的用量比为16%。用作木制品黏结剂的酚醛树脂有水溶性、醇溶性的热固性酚醛树脂,它们大多用氨水为催化剂合成。也有用氢氧化钡催化并经减压脱水制成的常温固化型酚醛树脂黏结剂用于木制品加工。此外,环氧改性酚醛树脂、聚乙烯醇缩醛改性酚醛树脂、丁腈胶改性酚醛树脂配制的黏结剂多具有一定的专用性。胶合板的生产过程为:合成符合要求的酚醛树脂黏结剂备用,原木去皮后旋成长片再裁切成单板,干燥后备用,将黏结剂涂刮于木单板并干燥,根据胶合板成品的厚度要求进行组坯,板坯送人多层热压机热压成型,经裁切修整得最后制品。(八)酚醛基涂料酚醛树脂涂料或酚醛树脂漆是以酚醛树脂或改性酚醛树脂为基料制成的,是酚醛树脂最早的应用领域,至今仍是最重要的应用领域之一。此类涂料具有硬度高、光泽好、快干、耐水、耐酸碱、电绝缘、品类多等优点,所以广泛用作装饰漆、绝缘漆和防腐保护漆。松香改性酚醛树脂、丁醇醚化酚醛树脂及各种烷基酚类酚醛树脂等因与桐油、亚麻子油有良好的混溶性,是制造酚醛涂料的主要基料。关于酚醛基涂料已有许多油漆涂料方面的著作可供参考,本书不再作介绍。(九)耐火材料结合剂耐火材料及耐火制品(耐火砖、耐火容器等)广泛用于金属冶炼工业、水泥工业、陶瓷工业。结合剂是生产耐火材料不可缺少的组分,它起到将耐火性物质颗粒料及粉料胶结到一起的作用,且在遭受高温之后仍能起到黏结作用。酚醛树脂用作耐火材料结合剂的优点有:胶黏性好,工艺性好;高温炭化后残碳率高,一般达55%~70%;比传统的焦油沥青类结合剂更具环保性;突出的高温黏结强度。为生产各种耐火制品,常需选用高性能酚醛树脂作为结合剂,性能指标颇为严格。如水分含量和游离酚含量通常要低于3%,甚至低于1.0%;制造不同耐火材料要求树脂的黏度范围严且窄;残碳率必须高于40%~45%等。由于金属冶炼工业,尤其钢铁工业的迅猛发展,耐火材料需求大增,导致酚醛树脂在此领域应用量逐年上升,并成为高性能酚醛树脂的最主要的市场之一。本书第九章将专题论述此一领域的应用。(十)炭化功能性材料酚醛树脂高温炭化的残碳率高居目前主要高分子聚合物的首位,因此利用这一特点制造适宜高温炭化的高性能酚醛树脂及其制品,将它们高温炭化后可以获得具有一些特殊性能(功能性)的材料或制品,主要有碳/碳复合材料、石墨/酚醛碳复合材料、活性碳纤维、碳泡沫材料、碳质气体分离膜、新电源材料、玻璃碳和木陶瓷等。这些酚醛炭化材料或制品均具有耐高温性、耐烧蚀性、耐化学腐蚀性、高导电性、高导热性、高吸附性等功能,因而可分别应用于航空航天领域、超级电容器、新电源材料及高级分离膜等的制造。这一领域所消耗的酚醛树脂量虽然尚不多,但因技术含量和使用价值高,其生产和应用都有极高的社会效益和经济效益。本书特设一章(第十章)加以介绍,希望引起读者重视。(十一)电子封装材料半导体微电子技术是一切先进科学技术发展的重要基础,半导体芯片是半导体微电子技术的核心,为完成对大量芯片和电路的保护功能,必须将它们进行封装。当前的封装材料90%以上是酚改性环氧树脂,固化剂则是高性能酚醛树脂。作为环氧树脂的固化剂,主要选用热塑性酚醛树脂。以酚醛树脂作为固化剂的主要优点是所形成的封装料储存稳定性好、封装后耐热性高、电绝缘性优等。酚醛树脂在电子封装领域用量正在逐年增长。