酚醛树脂概况一特点是什么

一、酚醛树脂特点酚醛树脂(phenolicresins)是一种以酚类化合物与醛类化合物经缩聚而制得的一大类合成树脂。所用酚类化合物主要是苯酚,其他还可用甲酚、混甲酚、壬基酚、辛基酚、二甲酚、腰果酚、芳烷基酚、双酚a或几种酚的混合物等;所用醛类化合物主要是甲醛,其他还常用多聚甲醛、糠醛、乙醛或几种醛的混合物。由于苯酚-甲醛树脂是酚醛树脂中最典型和最重要的一种,所以若不特别说明,一般即以其为代表进行论述。生产酚醛树脂,根据所采用原料反应官能度、酚与醛的摩尔比及合成反应催化剂(反应物系ph值)的不同又分为热塑性酚醛树脂(novolaks)和热固性酚醛树脂(resoles)两大类产品,前者在无固化剂促进下具有热可塑性,后者则不需固化剂也具有自固化特性(甚至于常温环境)。酚醛树脂是被人类最早合成的一种树脂。树脂是高分子化合物,所以酚醛树脂具有高分子化合物的基本特点,即:(1)分子量(相对分子质量)大,且呈现多分散性;(2)分子结构有多样性,在不同条件下可分别制成线型、支链型、网状结构;(3)酚醛树脂处于线型、支链型结构状态,具有可溶可熔可流动的可加工性,当转变为体型(三向网状)结构状态,就固化定型且失去可溶可熔和可加工性;(4)酚醛树脂如同所有高分子化合物一样不能被加热蒸发,过高的温度只能使其裂解,甚至炭化。综上可知,即使同一种类型酚醛树脂产品,其性能也可多变的。没有固化形成网状结构之前的酚醛树脂,其性能是不稳定的,不能作为制品来使用,它对于酚醛树脂生产企业虽然是产品,但实际却是制造各种各样有用材料或制品的中间品。因而酚醛树脂产品的性能,必然要与其下游材料或制品的生产相适应。在各种实用性材料和制品结构中,绝大多数场合酚醛树脂都是起着黏结剂的作用,且在各种材料和制品生产的最终,转变为网状结构。酚醛树脂特有的化学结构和大分子交联网状结构赋予了它许多优良性能。(1)卓越的黏附性交联固化的酚醛树脂由于性脆,强度低,单独使用几乎没有可能。以酚醛树脂为黏结剂,与各种填料或增强材料结合制成的多种多样复合型材料却有着优良的物理、化学性能和使用性能。填料和增强剂,按化学成分有无机物、有机物和金属之分;按物种有植物、矿物、人工制成物之分;按几何形状有粉、珠粒、短纤维、长纤维、小薄片、大片板等之分。这些材料的表面和表层性能差异极大,正是由于酚醛树脂具有卓越的对各种各样填料和增强剂的黏附性,才能使之与它们良好粘接,制成种类繁多的复合型材料。酚醛树脂卓越的黏附性首先源自于其大分子结构上的大量极性基团,极性强是促成其对其他材料浸润、黏附的有利因素;酚醛树脂固化前可以制成固态粉末,具有可熔流动的加工性,也可以制成水溶液、乙醇溶液、水乳液,它们在填料和增强剂表面均有良好的铺展性;当前述酚醛树脂复合型材料加工成型为最终制品后,其中酚醛树脂黏结剂已转变为交联网状结构并固化,得以保证黏结界面的稳定和持久。(2)优良的耐热性酚醛树脂固化后依靠其芳香环结构和高交联密度的特点而具有优良的热稳定性。酚醛树脂在200℃以下基本是稳定的,一般可在不超过180℃条件下长期使用。酚醛树脂与同样能形成交联网状结构热固性树脂(不饱和聚酯树脂、环氧树脂)的热性能数据对比于表1-1。图1-1为通用酚醛树脂的热失重曲线。(3)独特的抗烧蚀性酚醛树脂交联网状结构有高达80%(质量份)左右的理论含碳率,在无氧气氛下的700℃高温热解的残碳率通常在55%~75%之间,见表1-2。表1-1几种热固性树脂的热性能项目酚醛树脂不饱和树酯树脂环氧树脂耐热/℃(martens),din53458耐热/℃,din53461玻璃化转变温度/℃,din53445180210>300115145170170180200表1-2各种配合醛树脂的氧指数和残碳率所用的酚氧指数/%残碳率/%novolakresolenovolakresole苯酚m-甲酚m-氯代苯酚m-溴代苯酚34~3533757536747656~57515041545046酚醛树脂在更高温度下热解时将吸收大量热能,同时形成具有隔热作用的较高强度的炭化层,当用于航天飞行器的外部结构时,在其返回地面穿过大气之际,酚醛树脂的热解高残炭特性就起到了独特的抗烧蚀性作用和对航天飞行器的保护作用。(4)良好的阻燃性阻燃性对于建筑材料、石油化工设备和管道保温材料、交通运输工具(车、船、飞机等)的结构和装饰材料都是极重要的性能。酚醛树脂制成的泡沫塑料以及酚醛树脂基复合材料在这些领域都有极高的利用价值,这是因为酚醛树脂有良好的阻燃性。关于高分子树脂的阻燃性的讨论,通常包括是否可燃、燃烧时有无明焰、燃烧过程有无滴落物、燃烧时的发烟率、所发烟的毒性等。表征高分子树脂阻燃性的参数主要有氧指数和燃烧速率。氧指数越高,树脂的阻燃性越好,表1—3列出几种高分子树脂泡沫塑料的氧指数加以对比,可见酚醛树脂泡沫塑料的氧指数最高。燃烧速率或阻燃级别按表1—4所示来区分,其中94v-0级显然优于94v-1级。大多数高分子树脂都是易燃的,在加入大比例阻燃剂的情况下才能达到上述阻燃性。但酚醛树脂是少有的例外,它不必添加阻燃剂就可达到阻燃要求,且具有低烟释放、低烟毒性等特点,当然外加阻燃剂更可提高其阻燃性。酚醛树脂(泡沫)的燃烧发烟起始温度在500℃之上,在各种高分子化合物起始发烟温度中属最高一等;其表征发烟程度的最大消光系数为o.02(此值越小表示发烟程度越低),在各种高分子化合物最大消光系数中居于最低一等。表1-3几种高分子泡沫塑料的氧指数材料氧指数/%材料氧指数/%聚苯乙烯聚氨酯19.521.7聚氨酯,阻燃剂酚醛树脂氯乙烯25.032~3626.0表1-4ul燃烧速度等级94v-0在直立棒火焰烯烧试验中5个试样10个点燃点在平均5s内熄来,并且每个试样点燃在10s内熄灭;且每个试样在30s后没有发亮的燃烧,也没有可点燃棉花的燃烧火星滴下。94v-1在直立棒火焰烯烧试验中5个试样10个点燃点在平均25s内熄来,并且每个试样点燃在30s内熄灭;且每个试样在60s后没有发亮的燃烧,也没有可点燃棉花的燃烧火星滴下。