模胎用高密度酚醛泡沫塑料的制备研究

模胎用高密度酚醛泡沫塑料的制备研究

李文凯薛鹏

中海油常州环保涂料有限公司江苏常州213016

摘要：传统的模胎材料主要由树脂或金属加工制成，质量大，成本高，不利于机械加工为复杂型面?将高强度硬质泡沫塑料用作模胎材料可以克服上述缺点，特别是大型模胎采用泡沫塑料优势更加明显?本文将通过调节配方?改变工艺?添加改性等手段，制备出能在180℃下使用的模胎用高密度酚醛泡沫塑料?

关键词：酚醛泡沫塑料；高温性能

一、实验部分

（一）材料与仪器

热固性甲阶酚醛树脂，工业级；吐温-80?甲基硅油?聚乙二醇-400均为化学纯；正戊烷?硫酸?冰乙酸均为分析纯；空心玻璃微珠，工业品(粒度范围200~600μm，堆积密度0.42g/cm3)?CTM8303型万能试验机；DT300A/0.01g型电子天平；101型烘箱；JB200-D型强力电动搅拌机；NP-1型傅里叶红外光谱仪；2910型差示扫描量热仪；自制铝模具(长270mm×宽270mm×厚35mm)?

（二）试样制备

将精确称量的酚醛树脂?匀泡剂?改性剂和物理发泡剂置于容器内，高速搅拌，混合均匀，再加入所需配比的混合酸催化剂，高速搅拌60s后，浇注到模具中，在70~80℃进行发泡，60min后打开模具，取出样品，进行升温后处理，得到酚醛泡沫塑料样品?

（三）性能测试

1.密度按GB/T6343—1995测试?

2.压缩性能按GB/T8813—1988测试?

3.玻璃化转变温度(Tg)测定利用差示扫描量热仪对共聚物进行分析，温度范围0~300℃，升温速率10℃/min，N2氛围，样品质量5mg?

4.分子链结构分析用小钢锉从试样上锉取1mg粉末与0.40gKBr混合，并反复碾磨直至无明显大颗粒，压片后用傅里叶红外光谱仪分析?

5.掉渣率测试将240#砂纸固定，取大小为3.0cm×3.0cm×3.0cm的泡沫?在泡沫上加一个100g的砝码，用人力水平拉动泡沫30次，计算泡沫前后质量变化的百分率，此即泡沫掉渣率。

二、结果与讨论

（一）发泡剂用量对酚醛泡沫塑料的密度影响实验以热固性甲阶酚醛树脂为原料，吐温-80和甲基硅油作为匀泡剂，聚乙二醇作为增韧剂，正戊烷作为物理发泡剂，玻璃微珠作为填料提高压缩强度，30%的硫酸和冰乙酸按3:1的比例混合作为混合酸催化剂?泡沫的表观密度主要通过物理发泡剂正戊烷(沸点36.1℃)的用量来调节?

泡沫的表观密度随物理发泡剂用量的增加而减小，所以通过调节发泡剂用量可以制备出不同密度的酚醛泡沫，当物理发泡剂用量占树脂用量1%时，泡沫密度可以达到255kg/m3?在实验中还发现，当制备大块酚醛泡沫时，因反应产生大量热，且凝胶量较低，被气化的发泡剂往往会提前溢出表面，引起泡沫底部出现烂泡或发泡倍率过低等现象?所以应适量多加些发泡剂，或者通过调节酸催化剂用量缩短发泡时间?

（二）混合酸催化剂对高密度酚醛泡沫发泡工艺的影响

酸催化剂能够催化树脂交联反应的发生?有机酸类固化剂可以对泡沫起到增塑作用，但成本相对较高，催化能力较弱；无机强酸类催化剂催化能力强，价格低廉，但反应结束后残留在泡沫中会产生内应力，同时对金属模具也会造成腐蚀?本实验保持正戊烷占酚醛树脂用量为1%，将30%的硫酸和冰乙酸按3∶1的比例混合使用，作为制备高密度酚醛泡沫时交联反应的催化剂?酚醛泡沫发泡及凝胶所需的时间随催化剂用量的增加而减少?但酸催化剂用量过多或过少时，制得的泡沫均匀性都较差?这是因为当催化剂用量过少时，体系粘度增加过慢，当体系内部的气泡生长到合适大小时，气泡膜的强度仍然很低，会形成联孔结构，导致泡沫强度下降，而体系表面的发泡剂将会直接溢出，从而导致泡沫表面出现孔洞，甚至引起塌泡现象；当催化剂用量过多时，体系粘度增加过快，发泡剂还未完全气化时泡沫已经凝胶，造成泡沫整体均匀性差，有些部位甚至没有发泡当混合酸催化剂用量在15%~20%时，气泡的生长速率和固化速率相匹配，能够制得泡孔均匀密实，泡沫表面平整的高密度酚醛泡沫塑料?

（三）聚乙二醇对高密度酚醛泡沫的影响

聚乙二醇-400属于有机低聚物，常温下粘度较低，与酚醛树脂具有较好的相容性，常作为增韧剂应用于酚醛泡沫中?

（四）热处理对高密度酚醛泡沫的质量变化影响制备好的酚醛泡沫中常有未充分反应的酚醛树脂或小分子残留，所以还需对泡沫进行升温后处理，除去体系中的小分子，并进一步提高泡沫中树脂的交联密度?图1为高密度酚醛泡沫在130℃下后处理时间与质量损失的关系?

图1酚醛泡沫在130℃下后处理时间与质量损失的关系

由图3可知，在130℃后处理时泡沫有明显的质量损失，说明有气体溢出，可能是酚醛树脂进一步后固化时产生的水?混合酸?物理发泡剂?匀泡剂等低分子残余物溢出?当后处理时间达到2.5h后，泡沫的质量已经基本不再下降?通过DSC测试还发现，泡沫的玻璃化温度由后处理前的253.73℃提升至263.92℃，耐热性得到进一步提高?

（五）高密度酚醛泡沫的高温稳定性

制备好的高密度酚醛泡沫需要在180℃高温下使用，所以还需对泡沫在180℃下进行性能测试?

结束语:

本文选择热固性酚醛树脂作为基础原料，加入物理发泡剂和匀泡剂，并混合均匀，然后加入酸类催化剂，进行快速搅拌，酸催化酚醛树脂发生交联反应，放出水和大量热，并使物理发泡剂气化，同时树脂逐渐交联固化，完成发泡的成型过程?

参考文献:

[1]欧阳昆，吴幼青，吴诗勇.酚醛泡沫的制备及改性研究[J].广西轻工业，2009，3(3):32-34.

[2]赵斯海.酚醛泡沫塑料制备工艺及性能的研究[J].辽宁丝绸，2009(3):24-25.

[3]张天才.结构型隔热?阻燃?吸音材料的研究[D].南京:南京理工大学，2004:35.