CN108727771A - 一种蜂窝结构原位填充酚醛泡沫的复合材料及制法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种蜂窝结构原位填充酚醛泡沫的复合材料及制法。该复合材料是在蜂窝结构材料中间填充酚醛泡沫而制成的复合材料。本发明充分发挥了蜂窝结构材料和酚醛泡沫的各自的优异性能，同时相互弥补了对方的缺点和不足，使二者达到了完美的结合。该蜂窝结构原位填充酚醛泡沫的复合材料的实测数据平压强度为3.25 Mpa，导热系数为0.035 W/m.k。其中，该蜂窝结构原位填充酚醛泡沫的复合材料的平压强度是酚醛泡沫平压强度的12.5倍。制得的复合材料具有质量轻，强度高，阻燃，耐高温，绝缘、保温隔热、防腐隔音、阻尼减震等优良性能。用在飞机、火箭、卫星、火车、建筑、船舶、体育器材领域。原料易得、价格便宜，制备方法简单，生产效率高。

Description

一种蜂窝结构原位填充酚醛泡沫的复合材料及制法
技术领域
本发明属于高分子复合材料技术领域，涉及一种蜂窝结构原位填充酚醛泡沫的复合材料及制法。
背景技术
能源危机，环境问题是当今社会发展过程中，人类所面临的两大难题，随着科学技术的不断发展，新材料的不断出现，对两大难题的解决提供了不小的帮助，因此新材料的研究和生产越来越受到人们的重视。随着高层建筑、交通、航空航天事业的迅猛发展，使得具有轻质，高强，隔热，吸音减震等优异性能的材料得到了更多的关注和应用。也使得对应用于这方面的材料的性能要求越来越高，尤其还对材料的力学性能、热稳定性、耐化学性、发烟性、耐燃烧性等性能的要求越来越严格。
随着航空事业的不断发展，复合材料在飞机中的应用越来越广，尤其在天花板、行李舱、舷窗内衬、厨房及卫生间等设施在内的内饰系统。作为航空产品低密度历来作为一个最重要的指标。波音公司做过这样一个统计，平均来说，一架飞机每载重一公斤飞行一小时所需燃油约0.03公斤，考虑到所有商用客机每年飞行5700万小时以上，这样如果每趟航班减重一公斤则每年可节省大约1700吨燃油并减少5400吨二氧化碳排放，因此减重无论是对于航空公司减少运营成本还是对于环保来说都具有非常重要的意义。除此之外优异的阻燃性能、隔热隔音、较高的强度、绿色环保也是必须具备的性能指标。
在航天事业不断发展的过程中，为了提高航天飞行器的有效载荷比，为了适应太空探测器超长工作时间及超长飞行距离的需要，对于目前采用的隔热材料，进一步降低材料的密度，同时提高材料的隔热效果，有助于使外太空飞行器在严酷的外太空环境下携带更多有效的载荷以飞的更远。同样，在现有隔热材料的基础上研制轻质、高强的隔热材料，将会有助于增强导弹武器的突防能力，从而推动包括导弹武器在内的航天飞行器的发展，这将对国防事业的发展作出贡献。
在国家科技部《十二五科技发展规划》中，新型节能环保材料被列为大力培养和发展的战略性新兴产业，成为今后数年国家产业发展的重要导向之一，如果能寻找一种绿色环保，防火保温性能好，质轻高强的复合材料将会极大的满足市场的需求，从而给人们的出行、生活提供方便和安全，同时也会对国防事业有重大意义。目前来看也只有酚醛泡沫能比较好的满足这些要求，但单纯的酚醛泡沫脆性大，强度不足等问题限制了其在实际生产中的应用。因此成了材料界研究的热点之一。
发明内容
为了解决已有技术存在的问题，本发明提供了一种蜂窝结构原位填充酚醛泡沫的复合材料及制法。本发明是以蜂窝结构材料为基础，中间填充酚醛泡沫而制成的复合材料。除了具有蜂窝结构材料的所有优点外，同时还具有保温隔热、防腐隔音、阻尼减震等优良性能。
本发明提供的一种蜂窝结构原位填充酚醛泡沫的复合材料，是在蜂窝结构材料中间填充酚醛泡沫而制成的复合材料，所述的蜂窝结构材料为Nomex 芳纶纸蜂窝、铝蜂窝和玻璃布蜂窝的一种。
本发明提的一种蜂窝结构原位填充酚醛泡沫的复合材料的制备方法，步骤和条件如下：
所述的蜂窝结构材料为Nomex 芳纶纸蜂窝、铝蜂窝和玻璃布蜂窝的一种；
酚醛泡沫的原料及质量百分比如下：酚醛树脂70-80%，表面活性剂3-8%，发泡剂5.5-10%，固化剂10-16%； 所述的表面活性剂为吐温-80、吐温-60、有机硅氧烷和烷基酚聚氧乙烯醚中的一种或几种按任意比例的混合物；所述的发泡剂为正戊烷、正己烷、石油醚和二氯甲烷中的一种或几种按任意比例的混合物；所述的固化剂为硫酸、磷酸和对甲苯磺酸中的一种或几种按任意比例的混合物；
（1）按配比，把酚醛树脂加入到容器中，加入配比量的表面活性剂，在室温下进行搅拌，使其混合均匀，搅拌速度为100-800r/min，搅拌时间为10-30min，使其混合均匀；
（2）再加入配比量的发泡剂，在室温下进行搅拌，搅拌速度为100-800r/min，搅拌时间为10-30min，使其混合均匀；
（3）再加入配比量的固化剂，在室温下进行搅拌，搅拌速度为800-1000r/min，搅拌时间为3-5min，得到酚醛泡沫胶液；
（4）将步骤（3）得到的胶液迅速倒入已经预热好的模具中，刮平，压入准备好的蜂窝结构材料，合上模具，送入烘箱中，烘箱温度为70-90℃，时间为40-60min；
（5）到达时间后，取出模具，冷却至室温，打开模具取出产品，得到目标物。
有益效果
本发明提供一种蜂窝结构原位填充酚醛泡沫的复合材料及制法。该复合材料是在蜂窝结构材料中间填充酚醛泡沫而制成的复合材料。
本发明充分发挥了蜂窝结构材料和酚醛泡沫的各自的优异性能，同时相互弥补了对方的缺点和不足，使二者达到了完美的结合，真正实现了1+1>2。该蜂窝结构原位填充酚醛泡沫的复合材料的实测数据平压强度（Mpa）为3.25，导热系数（W/m.k）为0.035。酚醛泡沫平压强度（Mpa）为0.26，导热系数（W/m.k）为0.038。其中，该蜂窝结构原位填充酚醛泡沫的复合材料的平压强度是酚醛泡沫平压强度的12.5倍。本发明原料易得、价格相对便宜，具有合成线路合理，制备方法简单，生产效率高等优点，具有重要的推广与应用价值。本发明制备原位填充酚醛泡沫的蜂窝结构材料特别适用于飞机天花板、行李舱和侧壁板、船舶壁板和橱柜以及高速列车天花板和侧壁板、地板等内装饰部件及其他民用装饰装潢。
具体实施例方式
实施例1 一种蜂窝结构原位填充酚醛泡沫的复合材料的制备方法和步骤如下：
（1）把质量百分比为75%的酚醛树脂加入到容器中，再加入质量百分比为3%的吐温-80，在室温下搅拌，搅拌速度由100r/min逐渐加速到500r/min，增加速率为25r/min，搅拌15分钟，使其混合均匀。
（2）在步骤（1）的基础上加入质量百分比为7%的正戊烷，室温下搅拌，搅拌速度由300r/min逐渐加速到800r/min，增加速率为25r/min，搅拌20min，使其混合均匀。
（3）在步骤（2）的基础上加入质量百分比为15%的对甲苯磺酸和磷酸的混合溶液，其中对甲苯磺酸、磷酸、水的质量比为2：1：2，快速搅拌，搅拌速度为1000r/min，搅拌5min。
（4）将步骤（3）得到的胶液迅速倒入已经预热到70℃的模具中，刮平，压入准备好的Nomex 芳纶纸蜂窝，合上模具，送入以恒温75℃的烘箱中，时间为50min。
（5）到达时间后，取出模具，冷却至室温，打开模具取出产品，得到目标物。
表1
实施例1得到的目标物的性能参数如表1所示。其中表观密度参照GB/T6345-1995标准检测；平压强度参照GB/T1453-2005标准检测；导热系数参照GB/T10294-2008标准检测；烟密度参照GB/T8323.2-2008标准检测。检测样品尺寸为：40mm×40mm×12.7mm。
酚醛泡沫检测样品尺寸为：40mm×40mm×12.7mm，相同的标准检测，酚醛泡沫的平压强度（Mpa）为0.26导热系数（W/m.k）为0.038。
实施例2 一种蜂窝结构原位填充酚醛泡沫的复合材料的制备方法和步骤如下：
（1）把质量百分比为78%的酚醛树脂加入到容器中，再加入质量百分比为4%的吐温-80和烷基酚聚氧乙烯醚的混合物，其中吐温-80和烷基酚聚氧乙烯醚的质量比为2.5：1，在室温下搅拌，搅拌速度由300r/min逐渐加速到800r/min，增加速率为25r/min，搅拌20分钟，使其混合均匀。
（2）在步骤（1）的基础上加入质量百分比为5.5%的石油醚，室温下搅拌，搅拌速度由100r/min逐渐加速到500r/min，增加速率为20r/min，搅拌20min，使其混合均匀。
（3）在步骤（2）的基础上加入质量百分比为12.5%的对甲苯磺、磷酸、硫酸的混合溶液，其中对甲苯磺酸、磷酸、硫酸、水的质量比为2：1：1：2，快速搅拌，搅拌速度为800r/min，搅拌5min。
（4）将步骤（3）得到的胶液迅速倒入已经预热到70℃的模具中，刮平，压入准备好的铝蜂窝，合上模具，送入已恒温75℃的烘箱中，时间为55min。
（5）到达时间后，取出模具，冷却至室温，打开模具取出产品，得到目标物。
表2
实施例2得到的目标物的性能参数如表2所示。其中检测标准及样品尺寸同实施例1。
实施例3 一种蜂窝结构原位填充酚醛泡沫的复合材料的制备方法和步骤如下：
（1）把质量百分比为75%的酚醛树脂加入到容器中，再加入质量百分比为3%的吐温-60和烷基酚聚氧乙烯醚的混合物，其中吐温-60和烷基酚聚氧乙烯醚的质量比为3：1，在室温下搅拌，搅拌速度由300r/min逐渐加速到700r/min，增加速率为10r/min，搅拌40分钟，使其混合均匀。
（2）在步骤（1）的基础上加入质量百分比为6%的正戊烷和二氯甲烷的混合物，其中正戊烷、二氯甲烷的质量比为1：1.2，室温下搅拌，搅拌速度由300r/min逐渐加速到700r/min，增加速率为12r/min，搅拌30min，使其混合均匀。
（3）在步骤（2）的基础上加入质量百分比为16%的对甲苯磺、磷酸、硫酸的混合溶液，其中对甲苯磺酸、磷酸、硫酸、水的质量比为2：1：1：2，快速搅拌，搅拌速度为950r/min，搅拌5min。
（4）将步骤（3）得到的胶液迅速倒入已经预热到70℃的模具中，刮平，压入准备好的玻璃布蜂窝，合上模具，送入以恒温75℃的烘箱中，时间为55min。
（5）到达时间后，取出模具，冷却至室温，打开模具取出产品，得到目标物。
表3
实施例3得到的目标物的性能参数如表3所示。其中检测标准及样品尺寸同实施例1。
实施例4 一种蜂窝结构原位填充酚醛泡沫的复合材料的制备方法和步骤如下：
（1）把质量百分比为70%的酚醛树脂加入到容器中，再加入质量百分比为8%的吐温-80和有机硅氧烷的混合物，其中吐温-80和有机硅氧烷的质量比为2.4：1，在室温下搅拌，搅拌速度由300r/min逐渐加速到700r/min，增加速率为10r/min，搅拌40分钟，使其混合均匀。
（2）在步骤（1）的基础上加入质量百分比为10%的正己烷和二氯甲烷的混合物，其中正己烷、二氯甲烷的质量比为1：2.5，室温下搅拌，搅拌速度由300r/min逐渐加速到700r/min，增加速率为12r/min，搅拌30min，使其混合均匀。
（3）在步骤（2）的基础上加入质量百分比为12%的对甲苯磺、磷酸、硫酸的混合溶液，其中对甲苯磺酸、磷酸、硫酸、水的质量比为2：1：1：2，快速搅拌，搅拌速度为950r/min，搅拌5min。
（4）将步骤（3）得到的胶液迅速倒入已经预热到70℃的模具中，刮平，压入准备好的Nomex 芳纶纸蜂窝，合上模具，送入以恒温80℃的烘箱中，时间为60min。
（5）到达时间后，取出模具，冷却至室温，打开模具取出产品，得到目标物。
表4
实施例4得到的目标物的性能参数如表4所示。其中检测标准及样品尺寸同实施例1。
实施例5 一种蜂窝结构原位填充酚醛泡沫的复合材料的制备方法和步骤如下：
（1）把质量百分比为80%的酚醛树脂加入到容器中，再加入质量百分比为3%的吐温-80，在室温下搅拌，搅拌速度由300r/min逐渐加速到700r/min，增加速率为10r/min，搅拌40分钟，使其混合均匀。
（2）在步骤（1）的基础上加入质量百分比为7%的正戊烷，室温下搅拌，搅拌速度由300r/min逐渐加速到700r/min，增加速率为12r/min搅拌30min，使其混合均匀。
（3）在步骤（2）的基础上加入质量百分比为10%的对甲苯磺、磷酸的混合溶液，其中对甲苯磺酸、磷酸、水的质量比为2：1：2，快速搅拌，搅拌速度为800r/min，搅拌7min。
（4）将步骤（3）得到的胶液迅速倒入已经预热到70℃的模具中，刮平，压入准备好的Nomex 芳纶纸蜂窝，合上模具，送入以恒温90℃的烘箱中，时间为40min。
（5）到达时间后，取出模具，冷却至室温，打开模具取出产品，得到目标物。
表5
实施例5得到的目标物的性能参数如表5所示。其中检测标准及样品尺寸同实施例1。

Claims (7)

1. 一种蜂窝结构原位填充酚醛泡沫的复合材料，其特征在于，是在蜂窝结构材料中间填充酚醛泡沫而制成的复合材料，所述的蜂窝结构材料为Nomex 芳纶纸蜂窝、铝蜂窝和玻璃布蜂窝的一种。
2.一种蜂窝结构原位填充酚醛泡沫的复合材料的制备方法，其特征在于，步骤和条件如下：
所述的蜂窝结构材料为Nomex 芳纶纸蜂窝、铝蜂窝和玻璃布蜂窝的一种；
所述的酚醛泡沫的原料及质量百分比如下：酚醛树脂70-80%，表面活性剂3-8%，发泡剂5.5-10%，固化剂10-16%； 所述的表面活性剂为吐温-80、吐温-60、有机硅氧烷和烷基酚聚氧乙烯醚中的一种或几种按任意比例的混合物；所述的发泡剂为正戊烷、正己烷、石油醚和二氯甲烷中的一种或几种按任意比例的混合物；所述的固化剂为硫酸、磷酸和对甲苯磺酸中的一种或几种按任意比例的混合物；
（1）按配比，把酚醛树脂加入到容器中，加入配比量的表面活性剂，在室温下进行搅拌，使其混合均匀，搅拌速度为100-800r/min，搅拌时间为10-30min，使其混合均匀；
（2）再加入配比量的发泡剂，在室温下进行搅拌，搅拌速度为100-800r/min，搅拌时间为10-30min，使其混合均匀；
（3）再加入配比量的固化剂，在室温下进行搅拌，搅拌速度为800-1000r/min，搅拌时间为3-5min，得到酚醛泡沫胶液；
（4）将步骤（3）得到的胶液迅速倒入已经预热好的模具中，刮平，压入准备好的蜂窝结构材料，合上模具，送入烘箱中，烘箱温度为70-90℃，时间为40-60min；
（5）到达时间后，取出模具，冷却至室温，打开模具取出产品，得到目标物。
3.如权利要求2所述的一种蜂窝结构原位填充酚醛泡沫的复合材料制备方法，其特征在于，步骤和条件如下：
（1）把质量百分比为75%的酚醛树脂加入到容器中，再加入质量百分比为3%的吐温-80，在室温下搅拌，搅拌速度由100r/min逐渐加速到500r/min，增加速率为25r/min，搅拌15分钟，使其混合均匀；
（2）在步骤（1）的基础上加入质量百分比为7%的正戊烷，室温下搅拌，搅拌速度由300r/min逐渐加速到800r/min，增加速率为25r/min，搅拌20min，使其混合均匀；
（3）在步骤（2）的基础上加入质量百分比为15%的对甲苯磺酸和磷酸的混合溶液，其中对甲苯磺酸、磷酸、水的质量比为2：1：2，快速搅拌，搅拌速度为1000r/min，搅拌5min；
（4）将步骤（3）得到的胶液迅速倒入已经预热到70℃的模具中，刮平，压入准备好的Nomex 芳纶纸蜂窝，合上模具，送入以恒温75℃的烘箱中，时间为50min；
（5）到达时间后，取出模具，冷却至室温，打开模具取出产品，得到目标物。
4.如权利要求2所述的一种蜂窝结构原位填充酚醛泡沫的复合材料制备方法，其特征在于，步骤和条件如下：
（1）把质量百分比为78%的酚醛树脂加入到容器中，再加入质量百分比为4%的吐温-80和烷基酚聚氧乙烯醚的混合物，其中吐温-80和烷基酚聚氧乙烯醚的质量比为2.5：1，在室温下搅拌，搅拌速度由300r/min逐渐加速到800r/min，增加速率为25r/min，搅拌20分钟，使其混合均匀；
（2）在步骤（1）的基础上加入质量百分比为5.5%的石油醚，室温下搅拌，搅拌速度由100r/min逐渐加速到500r/min，增加速率为20r/min，搅拌20min，使其混合均匀；
（3）在步骤（2）的基础上加入质量百分比为12.5%的对甲苯磺、磷酸、硫酸的混合溶液，其中对甲苯磺酸、磷酸、硫酸、水的质量比为2：1：1：2，快速搅拌，搅拌速度为800r/min，搅拌5min；
（4）将步骤（3）得到的胶液迅速倒入已经预热到70℃的模具中，刮平，压入准备好的铝蜂窝，合上模具，送入已恒温75℃的烘箱中，时间为55min；
（5）到达时间后，取出模具，冷却至室温，打开模具取出产品，得到目标物。
5.如权利要求2所述的一种蜂窝结构原位填充酚醛泡沫的复合材料制备方法，其特征在于，步骤和条件如下：
（1）把质量百分比为75%的酚醛树脂加入到容器中，再加入质量百分比为3%的吐温-60和烷基酚聚氧乙烯醚的混合物，其中吐温-60和烷基酚聚氧乙烯醚的质量比为3：1，在室温下搅拌，搅拌速度由300r/min逐渐加速到700r/min，增加速率为10r/min，搅拌40分钟，使其混合均匀；
（2）在步骤（1）的基础上加入质量百分比为6%的正戊烷和二氯甲烷的混合物，其中正戊烷、二氯甲烷的质量比为1：1.2，室温下搅拌，搅拌速度由300r/min逐渐加速到700r/min，增加速率为12r/min，搅拌30min，使其混合均匀；
（3）在步骤（2）的基础上加入质量百分比为16%的对甲苯磺、磷酸、硫酸的混合溶液，其中对甲苯磺酸、磷酸、硫酸、水的质量比为2：1：1：2，快速搅拌，搅拌速度为950r/min，搅拌5min；
（4）将步骤（3）得到的胶液迅速倒入已经预热到70℃的模具中，刮平，压入准备好的玻璃布蜂窝，合上模具，送入以恒温75℃的烘箱中，时间为55min；
（5）到达时间后，取出模具，冷却至室温，打开模具取出产品，得到目标物。
6.如权利要求2所述的一种蜂窝结构原位填充酚醛泡沫的复合材料制备方法，其特征在于，步骤和条件如下：
（1）把质量百分比为70%的酚醛树脂加入到容器中，再加入质量百分比为8%的吐温-80和有机硅氧烷的混合物，其中吐温-80和有机硅氧烷的质量比为2.4：1，在室温下搅拌，搅拌速度由300r/min逐渐加速到700r/min，增加速率为10r/min，搅拌40分钟，使其混合均匀；
（2）在步骤（1）的基础上加入质量百分比为10%的正己烷和二氯甲烷的混合物，其中正己烷、二氯甲烷的质量比为1：2.5，室温下搅拌，搅拌速度由300r/min逐渐加速到700r/min，增加速率为12r/min，搅拌30min，使其混合均匀；
（3）在步骤（2）的基础上加入质量百分比为12%的对甲苯磺、磷酸、硫酸的混合溶液，其中对甲苯磺酸、磷酸、硫酸、水的质量比为2：1：1：2，快速搅拌，搅拌速度为950r/min，搅拌5min；
（4）将步骤（3）得到的胶液迅速倒入已经预热到70℃的模具中，刮平，压入准备好的Nomex 芳纶纸蜂窝，合上模具，送入以恒温80℃的烘箱中，时间为60min；
（5）到达时间后，取出模具，冷却至室温，打开模具取出产品，得到目标物。
7.如权利要求2所述的一种蜂窝结构原位填充酚醛泡沫的复合材料制备方法，其特征在于，步骤和条件如下：
（1）把质量百分比为80%的酚醛树脂加入到容器中，再加入质量百分比为3%的吐温-80，在室温下搅拌，搅拌速度由300r/min逐渐加速到700r/min，增加速率为10r/min，搅拌40分钟，使其混合均匀；
（2）在步骤（1）的基础上加入质量百分比为7%的正戊烷，室温下搅拌，搅拌速度由300r/min逐渐加速到700r/min，增加速率为12r/min搅拌30min，使其混合均匀；
（3）在步骤（2）的基础上加入质量百分比为10%的对甲苯磺、磷酸的混合溶液，其中对甲苯磺酸、磷酸、水的质量比为2：1：2，快速搅拌，搅拌速度为800r/min，搅拌7min；
（4）将步骤（3）得到的胶液迅速倒入已经预热到70℃的模具中，刮平，压入准备好的Nomex 芳纶纸蜂窝，合上模具，送入以恒温90℃的烘箱中，时间为40min；
（5）到达时间后，取出模具，冷却至室温，打开模具取出产品，得到目标物。
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