CN102964772A

CN102964772A - 短切纤维增强酚醛树脂泡沫材料及其制备方法

Info

Publication number: CN102964772A
Application number: CN2012105169619A
Authority: CN
Inventors: 郑勇; 黄金登; 戢超
Original assignee: FUJIAN TEN-LEAD ADVANCED MATERIAL Co Ltd
Current assignee: FUJIAN TEN-LEAD ADVANCED MATERIAL Co Ltd
Priority date: 2012-12-05
Filing date: 2012-12-05
Publication date: 2013-03-13
Anticipated expiration: 2032-12-05
Also published as: CN102964772B

Abstract

短切纤维增强酚醛树脂泡沫材料及其制备方法，涉及酚醛树脂泡沫材料。提供一种具有较强的刚性和强度，以及较高的抗冲击性能和脱粘、掉粉的性能的短切纤维增强酚醛树脂泡沫材料及其制备方法。按质量比的原料组成为酚醛树脂100，纤维2～25，发泡剂2～20，表面活性剂1.5～10，固化剂2.5～30。将酚醛树脂和表面活性剂、发泡剂混合后冷却成A料；将A料和固化剂通过短切纤维树脂喷枪调好，即制成连续纤维增强酚醛树脂泡沫材料，再喷射到模具中固化即得产物。或将酚醛树脂、表面活性剂和发泡剂混合后制成混合物C；将纤维加入混合物C中，分散均匀后制成混合物D；将固化剂加入混合物D中，制成混合物E，再倒入模具中固化得产物。

Description

短切纤维增强酚醛树脂泡沫材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及酚醛树脂泡沫材料，尤其是涉及一种短切纤维增强酚醛树脂泡沫材料及其制备方法。

背景技术

酚醛树脂泡沫材料具有轻质、防火、遇明火不燃烧、无烟、无毒、无滴落，使用温度围广（-196～+200℃）低温环境下不收缩，是暖通制冷工程理想的绝热材料，由于酚醛泡沫闭孔率高，导热系数低，隔热性能好，并具有抗水性和水蒸气渗透性，因此是一种理想的保温节能材料。但是酚醛树脂泡沫的弯曲强度和冲击强度等技术指标不能满足使用要求，而且普通的酚醛泡沫板存在脆性大、易碎、脱粘、掉粉等缺点，因而限制了它的使用。为弥补这一缺陷，采用增强纤维的手段来提高酚醛树脂泡沫材料的强度、脆性、脱粘和掉粉的性能。

中国专利CN101974164A公开一种高发泡酚醛树脂泡沫材料的制备工艺，将质量分数90％~92％的热固性酚醛树脂液体、4％的Zn粉、4％~6％的HMTA加入容器中搅拌均匀，搅匀后加热并继续搅拌；加热至50~65℃，固化反应1~2min后，获得酚醛树脂泡沫材料。该发明工艺可制得发泡倍数8~10倍的酚醛树脂泡沫材料，同时工艺简单、成本低。

中国专利CN1281480为了得到一种有以下特征的酚醛树脂泡沫材料,用一种烃类作为发泡剂来制成这种酚醛树脂泡沫材料。该酚醛树脂泡沫材料具有极好的绝热性能、高的抗压强度和其他机械强度、改进的脆性,以及它对地球环境是友好的。

中国专利CN102558758A公开一种酚醛树脂泡沫材料及其制备方法，所述的酚醛树脂泡沫材料由A组分和B组分组成，其中A组分按重量份数计算由100份甲阶酚醛树脂、10~20份中粘度壳聚糖、10~30份木质素聚醚多元醇、0~20份氢氧化铝、5~10份表面活性剂、10~20份发泡剂一氟二氯乙烷（HCFC-141b）、10~30份稀释剂甲酸甲酯组成，B组分为复合增韧酸性催化剂20~50份。其制备方法即将A、B两组份分别混合均匀，再相互混合后倒入模具内，在80℃温度下发泡得到酚醛树脂泡沫材料。该发明的一种酚醛树脂泡沫材料在不降低其防火阻燃性能的同时具有较高的抗压强度和柔韧性，适用于防火等级要求较高建筑的外墙保温施工。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有的酚醛树脂存在的上述缺陷，提供一种具有较强的刚性和强度，以及较高的抗冲击性能和脱粘、掉粉的性能的短切纤维增强酚醛树脂泡沫材料及其制备方法。

所述短切纤维增强酚醛树脂泡沫材料按质量比的原料组成为：

酚醛树脂100，

纤维2～25，

发泡剂2～20，

表面活性剂1.5～10，

固化剂2.5～30。

所述酚醛树脂可采用热塑性酚醛树脂或热固性酚醛树脂。一般的酚醛树脂对于本发明都能适合，因为酚醛树脂要以棉花纤维全面混合。

所述发泡剂可选自氢氯氟烃类发泡剂、氢氟烃类发泡剂、烃类发泡剂等中的一种。

所述氢氯氟烃类可选自1，1-二氯-1-氟代乙烷、1-氯-1，2-二氯乙烷、1-氯-2，2-二氯乙烷、1-氯-1，1-二氯乙烷、一氯二氟甲烷等中的一种；所述氢氟烃类可选自1，1，1，3，3-五氟丙烷（HFC-245fa）、1，1，1，3，3-五氟丁烷（HFC-365mfc）、1，1-二氟乙烷，1，1，1，2-四氟乙烷、1，1，2，2-四氟乙烷等中的一种；所述烃类可选自链烷烃，链烯烃，环烷烃等中的一种，优选正丁烷、异丁烷、环戊烷、正戊烷、异戊烷等中的至少一种。

所述表面活性剂可选自吐温类（聚氧乙烯山梨醇酐单酯）表面活性剂、十二烷基苯磺酸钠、乳化剂OP类（壬基酚聚氧乙烯醚）、聚酯、聚醚改性硅油等中的至少一种。

所述固化剂可选自有机酸或无机酸，可以是硫酸、盐酸、甲基苯磺酸、石油磺酸类等中的至少一种。

所述纤维可选自棉花纤维、玻璃纤维、有机纤维、植物纤维、碳纤维等中的至少一种，优选棉花纤维。

所述短切纤维增强酚醛树脂泡沫材料的制备方法包括以下步骤：

1）将酚醛树脂和表面活性剂、发泡剂混合后，输送到冷却罐中冷却成A料；

2）将A料和固化剂通过短切纤维树脂喷枪调好，即制成连续纤维增强酚醛树脂泡沫材料；

在步骤2）中，所述A料和固化剂的质量比可为100∶（2.5~30）；所述短切纤维树脂喷枪的切割速率可为1000~3500mm／min。

3）将步骤2）制成的连续纤维增强酚醛树脂泡沫材料喷射到模具中固化，即得短切纤维增强酚醛树脂泡沫材料。

在步骤3）中，所述固化的温度可为50～90℃，固化的时间可为0.2～5h。

所述短切纤维增强酚醛树脂泡沫材料的第2种制备方法包括以下步骤：

1）将酚醛树脂、表面活性剂和发泡剂混合后，制成混合物C；

2）搅拌下，将纤维加入混合物C中，分散均匀后，制成混合物D；

3）将固化剂加入混合物D中，搅拌均匀后，制成混合物E；

4）将混合物E倒入模具中固化，得短切纤维增强酚醛树脂泡沫材料。

在步骤4）中，所述固化的温度可为50～90℃，固化的时间可为0.2～5h。

本发明所述短切纤维增强的酚醛树脂泡沫材料，通过混合浇注、化学发泡、固化、熟化等工艺制备而成。

本发明涉及到的酚醛树脂泡沫料，填充纤维在泡沫体中分布均匀，在适当的工艺条件下，进行发泡和固化，泡沫体的密度介于35～75kg/m³，泡沫体的抗压强度、脆性、明显改善，阻燃性能也不会改变而且热稳定性更强。普通的酚醛树脂泡沫材料在800℃下会收缩或开裂，而增强纤维的酚醛树脂泡沫材料不会开裂或收缩的现象。

对于人类所赖以生存的各式各类建筑物而言，安全问题始终是列于首位的。增强纤维酚醛树脂泡沫材料是一种性能优越的防火、隔热、隔音、轻质节能产品，增强纤维酚醛树脂泡沫塑料所兼备的这些特性，使它成为最理想的新型有机保温材料，非常适合作为建筑材料用于外墙保温、屋面保温和防火门内层之中。若能采用酚醛泡沫作外墙外保温材料，则可同时满足绝热和防火的要求。

具体实施方式

实施例1：

将粘度3000Pa.s、净含量100份的苯酚-甲醛树脂，4份硅油306，3份乙二醇，6份正戊烷在高速搅拌下混合均匀，在搅拌下将长度为10mm的棉花纤维12g加入混合物中，搅拌至分散均匀，加入10份浓度为20%硫酸水溶液，迅速搅拌均匀，将混合物通过预热50℃的模具中，密闭模具，在1.5h内升温到85℃固化2h；冷却后，可得到酚醛树脂泡沫材料制品，经测试，密度为62kg/m³、抗压强度为245kPa、抗弯强度为230kPa、抗拉强度为184kPa、抗冲击强度为0.082kPa、导热系数为0.020w\m·k。

实施例2：

将粘度6500Pa.s、净含量100份的苯酚—甲醛树脂，5份硅油DC-193，4份乙二醇，7份异戊烷在高速搅拌下混合均匀，在搅拌下将长度为5-8mm厘米的玻璃纤维14g加入混合物中，搅拌至分散均匀，加入10份浓度为70%甲基苯磺酸溶液，迅速搅拌均匀，将混合物通过预热50℃的模具中，密闭模具，在1h内升温到85℃固化1.5h；冷却后，可得到酚醛树脂泡沫材料制品，经测试，密度为65kg/m³、抗压强度为255kPa、抗弯强度为240kPa、抗拉强度为190kPa、抗冲击强度为0.091kPa、导热系数为0.021w\m·k。

实施例3：

将粘度4800Pa.s、净含量100份的苯酚—甲醛树脂，6份的吐温-80，6份十二烷基苯磺酸钠，10份异戊烷在高速搅拌下混合均匀，在搅拌下将长度为17mm的碳纤维20g加入混合物中，搅拌至分散均匀，加入12份浓度为80%石油磺酸溶液，迅速搅拌均匀，将混合物通过预热50℃的模具中，密闭模具，在1h内升温到85℃固化1.5h；冷却后，可得到酚醛树脂泡沫材料制品，经测试，密度为58kg/m³、抗压强度为255kPa、抗弯强度为240kPa、抗拉强度为190kPa、抗冲击强度为0.091kPa、导热系数为0.022w\m·k。

实施例4：

将粘度13500Pa.s、净含量100份的苯酚—甲醛树脂，5份的吐温-40，4份壬基酚聚氧乙烯醚，9份戊烷（70%正戊烷和30%异戊烷）在高速搅拌下混合均匀，在搅拌下将长度为20mm的有机纤维15g加入混合物中，搅拌至分散均匀，加入20份浓度为10%盐酸溶液，迅速搅拌均匀，将混合物通过预热50℃的模具中，密闭模具，在1h内升温到85℃固化1.5h；冷却后，可得到酚醛树脂泡沫材料制品，经测试，密度为60kg/m³、抗压强度为280kPa、抗弯强度为265kPa、抗拉强度为200kPa、抗冲击强度为0.104kPa、导热系数为0.023w\m·k。

实施例5：

将粘度7800Pa.s、净含量100份的苯酚-甲醛树脂，5份的硅油H-209，4份乙二醇，9份正戊烷在高速搅拌下混合均匀，在通过树脂喷枪的辅助下将长度为10mm的短切纤维15g和20份浓度为70%甲基苯磺酸溶液，迅速均匀地喷洒在预热50℃的模具中，密闭模具，在0.5h内升温到85℃固化1h；冷却后，可得到酚醛树脂泡沫材料制品，经测试，密度为54kg/m³、抗压强度为240kPa、抗弯强度为215kPa、抗拉强度为184kPa、抗冲击强度为0.085kPa、导热系数为0.022w\m·k。

实施例6：

将粘度2700Pa.s、净含量100份的苯酚-甲醛树脂，5份的硅油DC-193，4份壬基酚聚氧乙烯醚，10份异戊烷在高速搅拌下混合均匀，在通过树脂喷枪的辅助下将长度为15mm的短切纤维20g和15份浓度为20%硫酸溶液，迅速均匀地喷洒在预热60℃的模具中，密闭模具，在1h内升温到80℃固化2.5h；冷却后，可得到酚醛树脂泡沫材料制品，经测试，密度为58kg/m³、抗压强度为238kPa、抗弯强度为220kPa、抗拉强度为180kPa、抗冲击强度为0.081kPa、导热系数为0.023w\m·k。

实施例7：

将粘度9000Pa.s、净含量100份的苯酚—甲醛树脂，7份的硅油H-201，6份壬基酚聚氧乙烯醚，6份环戊烷在高速搅拌下混合均匀，在通过树脂喷枪的辅助下将长度为12mm的短切纤维23g和18份浓度为10%盐酸溶液，迅速均匀地喷洒在预热55℃的模具中，密闭模具，在1h内升温到85℃固化2h；冷却后，可得到酚醛树脂泡沫材料制品，经测试，密度为63kg/m³、抗压强度为250kPa、抗弯强度为225kPa、抗拉强度为190kPa、抗冲击强度为0.095kPa、导热系数为0.022w\m·k。

实施例8：

将粘度12000Pa.s、净含量100份的苯酚—甲醛树脂，8份的硅油吐温-40，5份壬基酚聚氧乙烯醚，8份戊烷（70%正戊烷和30%异戊烷）在高速搅拌下混合均匀，在通过树脂喷枪的辅助下将长度为8mm的短切纤维20g和18份浓度为80%石油磺酸溶液，迅速均匀地喷洒在预热50℃的模具中，密闭模具，在0.5h内升温到85℃固化1.5h；冷却后，可得到酚醛树脂泡沫材料制品，经测试，密度为65kg/m³、抗压强度为275kPa、抗弯强度为240kPa、抗拉强度为200kPa、抗冲击强度为0.110kPa、导热系数为0.023w\m·k。

实施例9：

将粘度7500Pa.s、净含量100份的苯酚-甲醛树脂，8份的硅油吐温-80，10份乳化剂OP10，10份正戊烷在高速搅拌下混合均匀，在通过树脂喷枪的辅助下将长度为10mm的短切纤维16g和18份浓度为70%甲基苯磺酸溶液，迅速均匀地喷洒在预热50℃的模具中，密闭模具，在1h内升温到85℃固化2.5h；冷却后，可得到酚醛树脂泡沫材料制品，经测试，密度为60kg/m³、抗压强度为248kPa、抗弯强度为220kPa、抗拉强度为185kPa、抗冲击强度为0.090kPa、导热系数为0.021w\m·k。

实施例10：

将粘度10000Pa.s、净含量100份的苯酚-甲醛树脂，5份的硅油DC-193，6份乙二醇，12份戊烷（70%正戊烷和30%异戊烷）在高速搅拌下混合均匀，在搅拌下将长度为13mm的有机纤维25g加入混合物中，搅拌至分散均匀，加入20份浓度为20%硫酸溶液，迅速搅拌均匀，将混合物通过预热50℃的模具中，密闭模具，在1h内升温到85℃固化2h；冷却后，可得到酚醛树脂泡沫材料制品，经测试，密度为64kg/m³、抗压强度为275kPa、抗弯强度为255kPa、抗拉强度为195kPa、抗冲击强度为0.100kPa、导热系数为0.020w\m·k。

对比例：

将粘度2500Pa.s、净含量100份的苯酚—甲醛树脂，4份硅油306，3份乙二醇，6份正戊烷在高速搅拌下混合均匀，加入10份浓度为20%硫酸水溶液，混合均匀。将混合物通过预热50℃的模具中，密闭模具，在1.5h内升温到85℃固化3h；冷却后，可得到酚醛树脂泡沫材料制品，经测试，密度为60kg/m³的，抗压强度为172kPa、抗弯强度为172kPa、抗拉强度为139kPa、抗冲击强度为0.067kPa、导热系数为0.023w\m·k。

Claims

1.短切纤维增强酚醛树脂泡沫材料，其特征在于按质量比的原料组成为：

酚醛树脂100，

纤维2～25，

发泡剂2～20，

表面活性剂1.5～10，

固化剂2.5～30。

2.如权利要求1所述的短切纤维增强酚醛树脂泡沫材料，其特征在于所述酚醛树脂采用热塑性酚醛树脂或热固性酚醛树脂；所述发泡剂可选自氢氯氟烃类发泡剂、氢氟烃类发泡剂、烃类发泡剂中的一种。

3.如权利要求1所述的短切纤维增强酚醛树脂泡沫材料，其特征在于所述氢氯氟烃类选自1，1-二氯-1-氟代乙烷、1-氯-1，2-二氯乙烷、1-氯-2，2-二氯乙烷、1-氯-1，1-二氯乙烷、一氯二氟甲烷中的一种；所述氢氟烃类可选自1，1，1，3，3-五氟丙烷（HFC-245fa）、1，1，1，3，3-五氟丁烷（HFC-365mfc）、1，1-二氟乙烷，1，1，1，2-四氟乙烷、1，1，2，2-四氟乙烷中的一种；所述烃类可选自链烷烃，链烯烃，环烷烃中的一种，优选正丁烷、异丁烷、环戊烷、正戊烷、异戊烷中的至少一种。

4.如权利要求1所述的短切纤维增强酚醛树脂泡沫材料，其特征在于所述表面活性剂选自吐温类表面活性剂、十二烷基苯磺酸钠、乳化剂OP类、聚酯、聚醚改性硅油中的至少一种；所述吐温类表面活性剂可采用聚氧乙烯山梨醇酐单酯；所述乳化剂OP类可采用壬基酚聚氧乙烯醚。

5.如权利要求1所述的短切纤维增强酚醛树脂泡沫材料，其特征在于所述固化剂选自有机酸或无机酸，所述固化剂可选自硫酸、盐酸、甲基苯磺酸、石油磺酸类中的至少一种。

6.如权利要求1所述的短切纤维增强酚醛树脂泡沫材料，其特征在于所述纤维选自棉花纤维、玻璃纤维、有机纤维、植物纤维、碳纤维中的至少一种，优选棉花纤维。

7.如权利要求1所述的短切纤维增强酚醛树脂泡沫材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

8.如权利要求7所述的短切纤维增强酚醛树脂泡沫材料的制备方法，其特征在于在步骤2）中，所述A料和固化剂的质量比为100∶（2.5~30）；所述短切纤维树脂喷枪的切割速率可为1000~3500mm／min；在步骤3）中，所述固化的温度可为50～90℃，固化的时间可为0.2～5h。

9.如权利要求1所述的短切纤维增强酚醛树脂泡沫材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

3）将固化剂加入混合物D中，搅拌均匀后，制成混合物E；

10.如权利要求9所述的短切纤维增强酚醛树脂泡沫材料的制备方法，其特征在于在步骤4）中，所述固化的温度为50～90℃，固化的时间为0.2～5h。