改性酚醛泡沫原位填充芳纶蜂窝复合材料的制备工艺研究-材料加工工程专业论文.docxVIP

南京航 南京航空航天大学硕士学位论文 改性酚 改性酚醛泡沫原位填充芳纶蜂窝复合材料的制备工艺研究 万方数据 万方数据 万方数据 万方数据 摘 要 酚醛泡沫因为具有轻质、隔音、隔热、防火、低烟、低毒、比强度高、导热系数低等优异 的性能，故而被广泛应用于交通、建筑、船舶等领域。相对于其它泡沫材料，酚醛泡沫的防火 阻燃性能尤为突出，且其还具有相当的成本优势。然而，这种材料的力学性能不强，且存在着 较脆、易碎的不足，这些方面的缺陷大大限制了酚醛泡沫的应用。为了解决这些问题，本课题 提出采用芳纶蜂窝作为骨架增强材料，通过改性的酚醛泡沫原位填充芳纶蜂窝的空隙的方法来 提高酚醛泡沫的力学性能。该思路是将酚醛泡沫的低密度、高防火性能与芳纶蜂窝的高强度、 高模量相结合从而获得一种轻质高强又防火的材料。论文主要针对改性酚醛泡沫原位填充芳纶 蜂窝的制备工艺中需要重点解决的酚醛树脂改性工艺问题、酚醛树脂发泡和增强、增韧的工艺 问题及芳纶蜂窝和酚醛树脂之间的相容性问题进行研究。 为了获得性能更好的酚醛树脂，本课题研究了 PH 值、合成温度、F/P 比等因素对合成的甲 阶酚醛树脂性能的影响。结果表明最佳的甲阶酚醛制备工艺为控制反应体系 PH 为 8，F/P 的摩 尔比为 1.8，在 90oC 的条件下进行聚合。在此基础之上，本课题采用三聚氰胺作为改性剂来降 低合成的甲阶酚醛树脂的游离单体，结果表明三聚氰胺改性的甲阶酚醛树脂固化温度稍有提高， 而游离酚、醛含量明显降低。当三聚氰胺与苯酚的质量比为 1:15 时，树脂中游离单体总量最低， 为 2.43%。 通过正交试验的设计方法分析了酚醛发泡的各个参数对酚醛泡沫性能的影响，确定了最佳 的发泡工艺参数为：用 3%DC193 作为表面活性剂，6%正戊烷作为发泡剂，6%的磷酸和苯磺酸 配制的混酸与甲阶酚醛树脂充分混合均匀，倒入发泡模具并放入平板硫化机中加热至 90oC 发泡 成型。在此基础之上，为了进一步改善酚醛泡沫的性能，采用中空玻璃微珠和聚乙烯醇、聚乙 二醇、聚乙烯吡咯烷酮等原料复配的增韧剂对酚醛泡沫进行改性，实验结果表明：当采用硅烷 偶联剂处理的中空玻璃微珠添加量为树脂的 10wt%，复配增韧剂用量为树脂的 10wt%时，所得 到的酚醛泡综合沫性能最优。 采用芳纶蜂窝对酚醛泡沫进行增强处理，大幅度提升了酚醛泡沫的力学性能。且其分析结 果表明，蜂窝越厚、孔径越小，其与酚醛泡沫的相互增强效果就越明显，通过 SEM 发现，小 孔径蜂窝增强的酚醛泡沫的蜂窝壁附近均是微小的泡孔，蜂窝壁与酚醛泡沫的结合力更强。小 孔径蜂窝增强的酚醛泡沫其高温尺寸稳定性和隔热效果更好，其阻燃性能有所下降，但材料最 终的阻燃性能仍能满足国家 A 级最高防火的标准。 关键词：酚醛泡沫，中空玻璃微珠，芳纶蜂窝，甲阶酚醛树脂，正交实验，力学性能 I ABSTRACT Phenolic foams are widely used to transportation, building and ships, due to their unique properties, such as light weight, acoustic and thermal insulation, fireproofing, low smoke and toxic, high specific strength and low thermal conductivity. Relative to other foams, the fire retardant properties of phenolic foam is outstanding, and it also has a cost advantage. However, poor mechanical property, the brittleness and the fragility limit the application of phenolic foams. In order to solve these problems, aramid cellular as the skeleton reinforced material is employed to improve mechanical properties of modified phenolic foam. In this idea, low density and high fire resistance of phenolic foam are used in combination with high strength and high modulus of aramid cellular in order to