專利名稱：一種纖維填充酚醛泡沫塑料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及酚醛泡沫材料，特別涉及纖維填充酚醛泡沫塑料及其制備方法。
背景技術(shù)：
作為低密度材料，酚醛泡沫塑料除了具有一般泡沫塑料質(zhì)輕、隔熱的特點(diǎn)以外，還具有阻燃、耐熱、耐化學(xué)腐蝕、成本低等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工程及建筑工業(yè)領(lǐng)域中高溫、腐蝕環(huán)境下的隔熱、吸音、防爆材料。酚醛泡沫塑料固有的缺點(diǎn)——質(zhì)脆、尺寸穩(wěn)定性不好、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足限制了其應(yīng)用，特別是在大型薄壁或異型薄壁預(yù)成型泡沫制品的應(yīng)用方面受到限制。采用結(jié)構(gòu)添加劑或纖維填充對(duì)酚醛泡沫材料的增強(qiáng)、增韌研究已有報(bào)道，但針對(duì)提高泡沫材料預(yù)成型件尺寸穩(wěn)定性的研究未見(jiàn)報(bào)道。
US 20030187086A介紹了一種纖維增強(qiáng)酚醛泡沫塑料，采用柔性纖維增強(qiáng)酚醛泡沫塑料，在密度相當(dāng)?shù)臈l件下，泡沫材料脆性改善，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和耐磨性提高，但未提及泡沫體的尺寸變化情況。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)酚醛泡沫塑料存在的成型收縮率大、尺寸穩(wěn)定性不好的問(wèn)題，采用纖維對(duì)酚醛泡沫塑料進(jìn)行改性、增強(qiáng)，在有效提高材料的力學(xué)性能、阻燃性能、熱性能的同時(shí)，降低酚醛泡沫塑料的成型收縮率，提高酚醛泡沫塑料的尺寸穩(wěn)定性。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，在發(fā)泡酚醛樹(shù)脂體系中，均勻分散適量的纖維，在樹(shù)脂發(fā)泡過(guò)程中纖維與樹(shù)脂協(xié)同流動(dòng)，隨著樹(shù)脂的固化形成纖維均勻分布的填充酚醛泡沫塑料。
本發(fā)明涉及的酚醛泡沫塑料的組成至少包括酚醛樹(shù)脂、填充纖維、表面活性劑、固化劑、發(fā)泡劑五部分，制備過(guò)程包括混合、發(fā)泡、固化等基本過(guò)程。
本發(fā)明涉及的纖維填充酚醛泡沫塑料，其原料的質(zhì)量份組成為酚醛樹(shù)脂 100表面活性劑2～8固化劑3～40發(fā)泡劑2.5～30填充纖維 3～30本發(fā)明涉及的酚醛泡沫塑料的制備過(guò)程包括以下步驟(1)將酚醛樹(shù)脂和表面活性劑高速攪拌均勻，制成混合物A；
(2)攪拌下，將填充用纖維加入混合物A，攪拌至填充纖維分散均勻，制成混合物B；(3)靜態(tài)下，將固化劑和發(fā)泡劑加入混合物B，迅速攪拌均勻制成混合物C；(4)將混合物C迅速倒入35℃～55℃模具中，密閉模具，在1h～2h內(nèi)升溫至50℃～90℃，固化1h～8h，得到纖維填充酚醛泡沫塑料。
本發(fā)明涉及的酚醛泡沫塑料采用廣義的熱固性酚醛樹(shù)脂，可以是苯酚-甲醛、甲酚-甲醛、間苯二酚-甲醛、雙酚A-甲醛等含有醛基的醛類化合物與含有酚基的酚類化合物的縮聚產(chǎn)物中的一種或其中兩種或兩種以上的組合物，樹(shù)脂粘度介于3100mPa.s～38500mPa.s之間，固體含量介于60％～95％。
本發(fā)明涉及的酚醛泡沫塑料所采用的填充纖維，纖維橫截面可以是圓形截面、異形截面和/或中空截面。纖維長(zhǎng)度范圍介于0.2mm～20mm之間。
本發(fā)明涉及的酚醛泡沫塑料所用填充纖維可以是玻璃纖維、芳綸纖維、聚對(duì)苯撐苯并雙惡唑纖維(PBO纖維)、碳纖維中的一種或其中幾種的混合物。
本發(fā)明涉及的酚醛泡沫塑料所用的玻璃纖維可以是無(wú)堿玻璃纖維、中堿玻璃纖維、高硅氧玻璃纖維、高強(qiáng)度玻璃纖維、高模量玻璃纖維中的一種或其中幾種的混合物。
本發(fā)明涉及的酚醛泡沫塑料所用的芳綸纖維可以是對(duì)位芳酰胺和間位芳酰胺型的芳綸纖維，也可以是兩種纖維的混合物。
本發(fā)明涉及的酚醛泡沫塑料所用PBO纖維是標(biāo)準(zhǔn)型和/或高模量型中的一種或兩種的組合。
本發(fā)明涉及的酚醛泡沫塑料所用碳纖維可以是粘膠基碳纖維、聚丙烯睛(PAN)基碳纖維和瀝青基碳纖維中的一種或其中幾種的混合物，主要是通用型和高性能型碳纖維。
本發(fā)明使用的表面活性劑可以是通用的酚醛樹(shù)脂體系發(fā)泡用表面活性劑，如十二烷基苯磺酸鈉、吐溫類(如聚氧乙烯山梨醇酐單酯)、乳化劑OP類(壬基酚聚氧乙烯醚)、改性硅油中的一種或由幾種表面活性劑組成的混合表面活性劑體系。
本發(fā)明涉及的固化劑可以是通用的酚醛樹(shù)脂體系發(fā)泡用酸類固化劑，包括有機(jī)酸和無(wú)機(jī)酸，可以是鹽酸、硫酸、鄰甲苯磺酸、對(duì)甲苯磺酸、石油磺酸中的一種或由其中幾種組成的混合固化劑體系。
本發(fā)明涉及的酚醛泡沫塑料使用的發(fā)泡劑可以是通用的酚醛樹(shù)脂體系發(fā)泡劑，包括低分子量烴類、氯氟烴類發(fā)泡劑(如F113、F11)、氫氯氟烴類發(fā)泡劑(如141B)中的一種或由其中幾種發(fā)泡劑組成的混合發(fā)泡體系。
本發(fā)明涉及的酚醛泡沫塑料，填充纖維在泡沫體中均勻分布，在適當(dāng)工藝條件下，發(fā)泡和固化同步進(jìn)行，泡沫體表觀密度介于80kg/m3～300kg/m3之間，泡沫體的尺寸穩(wěn)定性和抗變形能力明顯改善，尺寸收縮率和壓縮變形率分別降至3.8％以下和6.1％以下。
本發(fā)明涉及的酚醛泡沫塑料，特別適用于大型薄壁制件或薄壁曲面異型預(yù)成形制品加工。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1(對(duì)比例)將粘度為9300mPa.s、凈含量為100份的S-172酚醛樹(shù)脂(五三所生產(chǎn))和3份DC-193硅油(美國(guó)道康寧公司產(chǎn)品)在高速攪拌下混合均勻，停止攪拌，加入20份濃度為20％的硫酸水溶液和4.5份141B，攪拌至混合均勻；將混合物迅速倒入預(yù)熱到50℃的模具中，密閉模具，在1.5h內(nèi)升溫至90℃固化3h；冷卻后，得到表觀密度為142kg/m3的酚醛泡沫塑料。放置7天后尺寸收縮率為12.2％，0.2MPa下的壓縮變形率為8.2％。
實(shí)施例2將粘度為16500mPa.s、凈含量為100份的苯酚-甲醛樹(shù)脂和6.5份的吐溫-80在高速攪拌下混合均勻，攪拌下加入18份長(zhǎng)度為4.5mm的中空無(wú)堿玻璃纖維，直至短切纖維被充分分散；靜態(tài)下加入9份濃度為80％的石油磺酸水溶液和10份戊烷混合物(70％正戊烷、30％異戊烷)，攪拌至混合均勻；將混合物迅速倒入預(yù)熱到37℃的模具中，密閉模具，在1h內(nèi)升溫至60℃固化5h；冷卻后，得到表觀密度為196kg/m3的泡沫塑料。放置7天后的尺寸收縮率為0.75％，0.2MPa下的壓縮變形率為5.7％。
實(shí)施例3將粘度為30500mPa.s、凈含量為100份的甲階甲酚-甲醛樹(shù)脂、2.5份吐溫-40、1.5份十二烷基苯磺酸鈉在高速攪拌下混合均勻，攪拌下加入22份1mm的TWARON PULP 1099芳綸漿泊(荷蘭阿克蘇公司產(chǎn)品)，直至漿泊被充分分散；靜態(tài)下加入12份正戊烷和23份65％對(duì)甲基苯磺酸水溶液，攪拌至混合均勻；將混合物迅速倒入預(yù)熱到41℃的模具中，密閉模具，在1h內(nèi)升溫至70℃固化5h；冷卻后，得到表觀密度為150kg/m3的泡沫塑料。放置7天后的尺寸收縮率為1.18％。
實(shí)施例4將粘度為7260mPa.s、凈含量為100份的S-167樹(shù)脂(五三所生產(chǎn))、5份吐溫-40在高速攪拌下混合均勻，在攪拌下加入10份長(zhǎng)度為3mm的AS555型PBO纖維(日本東洋紡公司產(chǎn)品)，直至纖維被充分分散；靜態(tài)下加入10份CFC-113、32份80％石油磺酸水溶液，攪拌至混合均勻；將混合物迅速倒入預(yù)熱到37℃的模具中，密閉模具，在2h內(nèi)升溫至80℃，固化3h；冷卻后，得到表觀密度為151kg/m3的泡沫塑料。放置7天后的尺寸收縮率為0.52％，0.2MPa下的壓縮變形率為5.3％。
實(shí)施例5將粘度為3100mPa.s、凈含量為100份的S-172樹(shù)脂(五三所生產(chǎn))、5份乳化劑OP10在高速攪拌下混合均勻，攪拌下加入5份長(zhǎng)度為6mm的T-700碳纖維(日本東麗公司產(chǎn)品)，直至纖維被充分分散；靜態(tài)下加入30份10％鹽酸和15份環(huán)戊烷，攪拌至混合均勻；將混合物迅速倒入預(yù)熱到35℃的模具中，密閉模具，在1h內(nèi)升溫至50℃，固化8h；冷卻后，得到表觀密度為112kg/m3的泡沫塑料。放置7天后的尺寸收縮率為0.92％。
實(shí)施例6將粘度為18200mPa.s、凈含量為100份的苯酚/間苯二酚-甲醛樹(shù)脂、2份吐溫-60在高速攪拌下混合均勻，在攪拌下加入18份200μm的HTA E30碳纖維粉(日本東邦公司產(chǎn)品)，直至纖維粉被充分分散；靜態(tài)下加入20份濃度為10％的鹽酸水溶液、15份80％石油磺酸水溶液和2.5份HCFC-141B，攪拌至混合均勻；將混合物迅速倒入預(yù)熱到55℃的模具中，密閉模具，在1h內(nèi)升溫至80℃，固化3h；冷卻后，得到表觀密度為300kg/m3的泡沫塑料。放置7天后的尺寸收縮率為3.8％，0.2MPa下的壓縮變形率為3.5％。
實(shí)施例7將粘度為38500mPa.s、凈含量為100份的苯酚-甲醛樹(shù)脂、2份十二烷基苯磺酸鈉、2份DC-193硅油(美國(guó)道康寧公司產(chǎn)品)在高速攪拌下混合均勻，在攪拌下加入3份長(zhǎng)度為5mm的M40JB碳纖維(日本東麗公司產(chǎn)品)和15份TWARON PULP 1099芳綸漿泊(荷蘭阿克蘇公司產(chǎn)品)，直至纖維和漿泊被充分分散；靜態(tài)下加入30份濃度為20％的硫酸水溶液、10份濃度為65％的對(duì)甲基苯磺酸水溶液和20份正戊烷，攪拌至混合均勻；將混合物迅速倒入預(yù)熱到47℃的模具中，密閉模具，在1h內(nèi)升溫至75℃，固化3h；冷卻后，得到表觀密度為136kg/m3的泡沫塑料。放置7天后的尺寸收縮率為0.91％，0.2MPa下的壓縮變形率為3.9％。
實(shí)施例8將粘度為3300mPa.s、凈含量為100份的甲酚-甲醛樹(shù)脂、3份十二烷基苯磺酸鈉和1份DC-193硅油(美國(guó)道康寧公司產(chǎn)品)在高速攪拌下混合均勻，在攪拌下加入3份長(zhǎng)度為20mm的M50J纖維(日本東麗公司產(chǎn)品)，直至纖維被充分分散；靜態(tài)下15份戊烷混合物(70％正戊烷、30％異戊烷)和20份20％的硫酸，攪拌至混合均勻；將混合物迅速倒入預(yù)熱到52℃的模具中，密閉模具，在1h內(nèi)升溫至90℃，固化1h；冷卻后，得到表觀密度為168kg/m3的泡沫塑料。放置7天后的尺寸收縮率為1.25％，0.2MPa下的壓縮變形率為3.1％。
實(shí)施例9將粘度為8500mPa.s、凈含量為100份的甲酚-甲醛樹(shù)脂、6份吐溫-20在高速攪拌下混合均勻，在攪拌下加入6份長(zhǎng)度為12mm的無(wú)堿玻璃纖維，直至纖維被充分分散；靜態(tài)下加入45份65％對(duì)甲基苯磺酸水溶液和18份F113，攪拌5min；將混合物迅速倒入預(yù)熱到37℃的模具中，密閉模具，在2h內(nèi)升溫至80℃，固化3h；冷卻后，得到表觀密度為146kg/m3的泡沫塑料。放置7天后的尺寸收縮率為0.87％。
實(shí)施例10將粘度為10200mPa.s、凈含量為100份的苯酚/雙酚A-甲醛樹(shù)脂、6份吐溫-40和2份十二烷基苯磺酸鈉在高速攪拌下混合均勻，在攪拌下加入30份長(zhǎng)度為1.5mm的S-2高強(qiáng)度玻璃纖維(南京玻璃纖維研究院產(chǎn)品)，直至纖維被充分分散；靜態(tài)下加入50份80％石油磺酸水溶液和25份環(huán)戊烷，攪拌至混合均勻；將混合物迅速倒入預(yù)熱到42℃的模具中，密閉模具，在1h內(nèi)升溫至75℃，固化2.5h；冷卻后，得到表觀密度為205kg/m3的泡沫塑料。放置7天后的尺寸收縮率為2.12％，0.2MPa下的壓縮變形率為3.2％。
實(shí)施例11將粘度為29720mPa.s、凈含量為100份的苯酚-甲醛樹(shù)脂、4份吐溫-40在高速攪拌下混合均勻，在攪拌下加入8份長(zhǎng)度為15mm的葉形截面無(wú)堿玻璃纖維(歐文斯康寧公司產(chǎn)品)，直至纖維被充分分散；靜態(tài)下加入60份20％的硫酸水溶液、20份65％對(duì)甲基苯磺酸水溶液和30份F-113，攪拌至混合均勻；將混合物迅速倒入預(yù)熱到40℃的模具中，密閉模具，在1h內(nèi)升溫至60℃，固化6h；冷卻后，得到表觀密度為172kg/m3的泡沫塑料。放置7天后的尺寸收縮率為0.85％，0.2MPa下的壓縮變形率為6.1％。
實(shí)施例12將粘度為26500mPa.s、凈含量為100份的甲酚-甲醛樹(shù)脂、6.5份乳化劑OP10在高速攪拌下混合均勻，在攪拌下加入25份400μm的無(wú)堿玻璃纖維粉，直至纖維粉被充分分散；靜態(tài)下加入20份80％石油磺酸水溶液和25份正戊烷，攪拌至混合均勻；將混合物迅速倒入預(yù)熱到42℃的模具中，密閉模具，在1.5h內(nèi)升溫至90℃，固化2h；冷卻后開(kāi)啟模具，得到表觀密度為80kg/m3的泡沫塑料。放置7天后的尺寸收縮率為3.69％，0.2MPa下的壓縮變形率為4.7％。
權(quán)利要求
1一種纖維填充酚醛泡沫塑料，尺寸收縮率不大于3.8％，其原料組合物中至少含有酚醛樹(shù)脂、填充纖維、表面活性劑、固化劑、發(fā)泡劑五部分，質(zhì)量組成份數(shù)為酚醛樹(shù)脂 100表面活性劑 2～8固化劑 3～40發(fā)泡劑 2.5～30填充纖維 3～30。
2權(quán)利要求1所述纖維填充酚醛泡沫塑料，所用酚醛樹(shù)脂為粘度介于3100mPa.s～38500mPa.s之間的熱固性酚醛樹(shù)脂。
3權(quán)利要求1所述纖維填充酚醛泡沫塑料，所用填充纖維為玻璃纖維、芳綸纖維、碳纖維、PBO纖維中的一種或其中幾種的混合物。
4權(quán)利要求1所述纖維填充酚醛泡沫塑料，所用填充纖維長(zhǎng)度介于0.2mm～20mm之間。
5權(quán)利要求1所述纖維填充酚醛泡沫塑料，所用填充纖維截面可以是圓形、異形和/或中空中的一種。
6權(quán)利要求3所述纖維填充酚醛泡沫塑料所用玻璃纖維為無(wú)堿玻璃纖維、中堿玻璃纖維、高硅氧玻璃纖維、高強(qiáng)度玻璃纖維、高模量玻璃纖維中的一種或其中幾種的組合。
7權(quán)利要求3所述纖維填充酚醛泡沫塑料，所用芳綸纖維是對(duì)位芳酰胺和/或間位芳酰胺型中的一種或兩種的組合。
8權(quán)利要求3所述纖維填充酚醛泡沫塑料，所用PBO纖維是標(biāo)準(zhǔn)型和/或高模量型中的一種或兩種的組合。
9權(quán)利要求3所述纖維填充酚醛泡沫塑料，所用碳纖維為粘膠基碳纖維、聚丙烯睛基碳纖維和/或?yàn)r青基碳纖維中的一種或其中幾種的組合。
10權(quán)利要求1所述纖維填充酚醛泡沫塑料的制備方法包括(1)將酚醛樹(shù)脂和表面活性劑高速攪拌均勻，制成混合物A；(2)攪拌下，將填充用纖維加入混合物A，攪拌至填充纖維分散均勻，制成混合物B；(3)靜態(tài)下，將固化劑和發(fā)泡劑加入混合物B，迅速攪拌均勻制成混合物C；(4)將混合物C迅速倒入35℃～55℃模具中，密閉模具，在1h～2h內(nèi)升溫至50℃～90℃，固化1h～8h，得到纖維填充酚醛泡沫塑料。
全文摘要
本發(fā)明針對(duì)酚醛泡沫塑料存在的成型收縮率大，尺寸穩(wěn)定性差的問(wèn)題，采用纖維對(duì)酚醛泡沫塑料進(jìn)行填充，在發(fā)泡酚醛樹(shù)脂體系中，均勻分散適量的短切纖維和/或漿泊，在適當(dāng)工藝條件下，發(fā)泡和固化同步進(jìn)行，與未填充泡沫塑料相比，尺寸收縮率、壓縮變形率均顯著降低。本發(fā)明涉及的酚醛泡沫塑料的表觀密度介于80kg/m
文檔編號(hào)C08K7/14GK1648163SQ20041007585
公開(kāi)日2005年8月3日 申請(qǐng)日期2004年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月31日
發(fā)明者李瑩, 魏化震, 孫曉冬 申請(qǐng)人:中國(guó)兵器工業(yè)集團(tuán)第五三研究所