CN105647105B - 一种芳纶浆粕纤维增强酚醛泡沫复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种芳纶浆粕纤维增强酚醛泡沫复合材料及其制备方法，属于材料科学和加工领域。其原料组分包括可发性酚醛树脂、表面活性剂、固化剂、发泡剂、芳纶浆粕纤维。主要制备步骤如下：首先可发性酚醛树脂与表面活性剂混合均匀形成A料；再向A料中加入芳纶浆粕纤维，充分混合均匀形成B料；然后在一定温度条件下，向B料中依次加入固化剂、发泡剂，短时内高速搅拌混合均匀形成C料；最后将C料倒入经预热的模具中密闭恒温发泡固化得到芳纶浆粕纤维增强酚醛泡沫复合材料。本发明的优点是：所得到的酚醛泡沫材料由于引入了芳纶浆粕纤维增强体，纤维与树脂的良好结合可以使泡沫的压缩力学性能得到明显提高，同时热稳定性能也获得提升；所提出的制备方法，工艺简单，生产成本低廉，便于推广应用。

Description

一种芳纶浆粕纤维增强酚醛泡沫复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种泡沫材料，更具体的是通过添加少量芳纶浆粕纤维使泡沫复合材料的力学性能得到大幅度提升，满足人们对高强度低成本尺寸稳定性好保温材料的要求，属于材料科学和加工领域。

技术背景

酚醛泡沫塑料是近年来新兴的一类防火保温材料，由于具有易加工成型、价格低廉、化学稳定性好、导热率低、难燃、耐热、燃烧时发烟率低、毒性小且无熔滴物等优异特性，而被誉为“保温材料之王”。随着建筑节能技术的普遍实施，酚醛泡沫在外墙保温系统中的应用逐渐得到市场的认可。但是由于自身的刚性结构，普通酚醛泡沫的比强度有限、延伸率低、质脆、易开裂粉化掉渣，这些固有缺陷大大限制了酚醛泡沫在航空、航天，交通运输等高精技术领域的应用。因此，对酚醛泡沫的增强增韧改性十分必要。在众多的改性方法中，通过填加纤维增强泡沫材料的方法，可以将纤维材料的优良特性引入泡沫复合材料，使材料获得比普通泡沫更好的物理机械性能，一度成为行业中学者们关注的焦点。

研究表明，聚酰胺材料与酚醛树脂有较好的化学亲和性，酚羟基与酰胺键之间的氢键有助于这两种物质的共混。芳纶纤维本身具有较好的力学性能和阻燃性能，从理论上讲，应该是一种比较理想的酚醛树脂增强材料。芳纶浆粕纤维是对位芳纶表面原纤化的一种差别化短纤品种，其分子结构与芳纶纤维相同，因而保留了芳纶纤维高强、高模、耐热、耐磨、尺寸稳定好等优异性能。所不同的是其表面具有丰富的毛羽，直径介于纳米与微米之间，这使得芳纶浆粕的比表面积十分巨大。同时，芳纶浆粕纤维表面的氨基含量是对位芳纶纤维的10倍以上，极性基团丰富，因而与树脂或橡胶基体混合时粘结点多，更容易形成较好的结合。此外，芳纶浆粕纤维还具有很好的韧性，混合加工过程中不易破坏纤维的长径比，加上体积密度较小，和碳纤、玻纤相比更是一种理想的轻质增强材料。因此，自八十年代问世以来，芳纶浆粕纤维迅猛发展成为取代石棉纤维的理想增强材料，广泛应用于摩擦材料、密封材料、塑料增强等领域。

目前关于纤维增强酚醛泡沫的研究多采用的是短切玻璃纤维，且改性效果并不十分明显，至今还没有将芳纶浆粕纤维应用于泡沫材料增强改性的研究。

发明内容

本发明目的是克服现有技术的不足和局限性，提供一种压缩比强度和弹性模量明显提高且热稳定性和阻燃性能优异的芳纶浆粕纤维增强酚醛泡沫复合材料。

本发明的另一个目的是提供该材料的一种制备方法。

本发明目的是通过以下技术方案实现的：一种芳纶浆粕纤维增强酚醛泡沫材料，它有如下质量分数的组分发泡而成：

上述材料的制备的具体步骤为：

1)首先向酚醛树脂中加入表面活性剂均匀混合形成混合物A；

2)在机械搅拌作用下，将芳纶浆粕纤维分批逐渐加入A物中，再将混合物倒入双轴向高速混料机将纤维和树脂充分混合均匀，形成混合物B；

3)在一定温度条件下向混合物B中加入固化剂，高速机械搅拌1min后，再向其加入发泡剂，高速机械搅拌1min形成混合物C；

4)将混合物C倒入经预热的模具中，迅速用螺丝密封模具，放入80℃的烘箱进行发泡固化30min后，取出模具在室温下充分冷却一段时间，脱模取料即得到所述的芳纶浆粕纤维增强的酚醛泡沫材料。

优选的，所述可发性酚醛树脂是粘度在6000-9000mPa·s范围，固含量为60-80％的可发性酚醛树脂。

优选的，所述表面活性剂为硅油、聚乙二醇、Span-80、tween-80、蓖麻油聚乙烯醚、和聚氧乙烯嵌段共聚物中的一种或多种。

优选的，所述固化剂为有机酸，可以是甲苯磺酸、苯酚磺酸、苯磺酸中的一种或多种。

优选的，所述发泡剂为正戊烷、异戊烷、正己烷、异丙基氯中的一种或多种。

优选的，所述芳纶浆粕纤维的密度为1.03-1.04g/cm³，平均长度为1-2mm。

优选的，所述向混合物中先后加入固化剂、发泡剂的温度条件是0-5℃。

本发明的有益效果是：

本发明在酚醛泡沫的制备过程中通过添加少量的芳纶浆粕纤维，可以达到较好的发泡效果，柔韧而细小的浆粕纤维分布在泡沫胞体壁中，通过与酚醛基体的良好粘合达到到增强效果。填加浆粕纤维后，可以使泡孔尺寸明显变小且均一性有所提高，压缩强度和弹性模量得到明显增强，韧性和尺寸稳定性得到提高，且仍具备优异的热稳定性和阻燃性能。本发明提出的通过加入芳纶浆粕制备酚醛泡沫复合材料的方法，制备工艺简单，生产成本低廉，便于推广应用。

具体实施方式

以下结合实施例详细介绍本发明。

本发明在众多的短纤维中筛选了高强、高模、韧性好、耐高温、表面富含毛羽和极性基团的差别化芳纶短纤——芳纶浆粕纤维作为增强材料，在众多的酚醛泡沫配方中筛选了一种密度较低的酚醛泡沫配方，合成了一种新型的复合材料：芳纶浆粕纤维增强酚醛泡沫材料，其原料组分包括以下五种：可发性酚醛树脂、Span-80和硅油的混合物(表面活性剂)、正戊烷(发泡剂)、甲苯磺酸(固化剂)、芳纶浆粕纤维。

按重量份数计，每1g为一重量份，称量各组成原料：

粘度为7000mPa·s可发性酚醛树脂100g，Span-80和硅油的混合物8g，正戊烷4g，甲苯磺酸12g，芳纶浆粕纤维1-10g。

芳纶浆粕纤维密度为1.03-1.04g/cm³，平均长度为2mm。使用前需经丙酮去油和预分散处理。

上述材料的制备方法为：

首先向可发性酚醛树脂中加入Span-80和硅油，均匀混合形成混合物A；

在机械搅拌作用下，将芳纶浆粕纤维逐渐加入A物中，再将混合物放入双轴向高速混料机将纤维和树脂充分混合均匀，形成混合物B；

将混合物B在冰水浴条件下，向其中加入甲苯磺酸，高速机械搅拌1min后，再向其加入正戊烷，高速机械搅拌1min形成混合物C；

将混合物C倒入经预热的模具中，迅速用螺丝密封模具，放入80℃的烘箱进行发泡固化30min后，取出模具在室温下充分冷却一段时间，脱模取料即得到所述的芳纶浆粕纤维增强的酚醛泡沫材料。

性能测试：利用Instron，3385 H万能材料试验机，依据标准ASTM D1621-2010对材料进行压缩性能检测，采用TA Q500热重分析仪对材料的热稳定性进行检测。泡沫样品的密度基本相同，在65kg/m³左右，其检测结果如下表：

从实施例1-5可以看出，添加高性能芳纶浆粕纤维对酚醛泡沫复合材料的力学性能有明显的增强效果，对热学性能也有提升作用。

Claims (3)

1.一种芳纶浆粕纤维增强酚醛泡沫复合材料，其特征在于：按以下质量百分比的原料配制而成：

所述可发性酚醛树脂是粘度在6000-9000mPa·s范围，固含量为60-80％的可发性酚醛树脂；所述表面活性剂为硅油、聚乙二醇、Span-80、tween-80、聚氧乙烯嵌段共聚物中的一种或多种；所述发泡剂为正戊烷、异戊烷、正己烷、异丙基氯中的一种或几种；所述芳纶浆粕纤维的密度为1.03-1.04g/cm³，平均长度为1-2mm。

2.根据权利要求1所述的芳纶浆粕纤维增强酚醛泡沫复合材料，其特征在于：制备的具体步骤为：

1)首先向可发性酚醛树脂中加入表面活性剂均匀混合形成混合物A；

2)在机械搅拌作用下，将芳纶浆粕纤维分批逐渐加入混合物A中，再将混合物倒入双轴向高速混料机将纤维和树脂充分混合均匀，形成混合物B；

3)在一定温度条件下向混合物B中加入固化剂，高速机械搅拌1min后，再向其加入发泡剂，高速机械搅拌1min形成混合物C；

4)将混合物C倒入经预热的模具中，迅速用螺丝密封模具，放入80℃的烘箱进行发泡固化30min后，取出模具在室温下充分冷却一段时间，脱模取料即得到所述的芳纶浆粕纤维增强的酚醛泡沫材料；

所述向混合物B中先后加入固化剂、发泡剂的温度条件是0-5℃。

3.根据权利要求1或2所述的芳纶浆粕纤维增强酚醛泡沫复合材料，其特征在于：其制备步骤为：

1)首先将可发性酚醛树脂与表面活性剂混合均匀形成混合物A；

2)向混合物A中加入芳纶浆粕纤维，充分混合均匀形成混合物B；

3)在一定温度条件下，向混合物B中依次加入固化剂、发泡剂，短时内高速搅拌混合均匀形成混合物C；

4)将混合物C倒入经预热的模具中，80℃密闭恒温发泡固化30min后，取出模具，室温下充分冷却，脱模取料即得到所述的芳纶浆粕纤维增强的酚醛泡沫材料。