含玻璃鱗片的硼改性酚醛樹脂復(fù)合材料及其制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及含玻璃鱗片的硼改性酚醛樹脂復(fù)合材料及其制備方法，該材料各組分配比以重量份數(shù)計為：硼改性的酚醛樹脂１００，固化劑５－１０，固化促進劑２－５，尼龍５－３０，金屬氧化物０．１－１，脫模劑１－１．５，韌性劑０．１－１，玻璃鱗片５－１０，玻璃纖維５０－１００，石墨５－１５，膠體二氧化硅０．１－１。其制法為：先用硼酸酚酯過渡法或水楊醇過渡法合成硼改性酚醛樹脂，然后按上述配比將各組分混合，并攪拌均勻，即得熱固型含玻璃鱗片的硼改性酚醛樹脂復(fù)合材料；該材料的防腐蝕、抗靜電、阻燃及力學(xué)性能均比現(xiàn)有復(fù)合材料有明顯改進，能廣泛應(yīng)用于化工、煤炭、建筑、冶金、交通、機械制造及民用工業(yè)等領(lǐng)域。（*該技術(shù)在2013年保護過期，可自由使用*）

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及改性的酚醛樹脂復(fù)合材料及其制備方法，更確切地說，本專利技術(shù)涉及。眾所周知，纖維-樹脂復(fù)合材料因其重量輕、力學(xué)性能高、耐高溫、耐腐蝕等，已被大量應(yīng)用于航空和軍事工業(yè)上，預(yù)計未來有取代鋼鐵、鋁和木材等材料的發(fā)展趨勢。然而，現(xiàn)有技術(shù)中的樹脂復(fù)合材料尚存在生產(chǎn)成本高、制備工藝復(fù)雜，以及因缺乏完成大批量生產(chǎn)的質(zhì)量控制規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)而導(dǎo)致產(chǎn)品性能欠佳等問題，使其在日益擴展的應(yīng)用中難以取得令人滿意的效果，因此，探尋性能更為理想的新型復(fù)合材料無疑是新的目標(biāo)。本專利技術(shù)的目的是提供一種含玻璃鱗片的硼改性酚醛樹脂復(fù)合材料(簡稱“HBF材料”)及其制備方法，本專利技術(shù)材料由于以硼改性的酚醛樹脂為基料，并含有玻璃鱗片、玻璃纖維等多種增強劑和添加劑，其防腐蝕、抗靜電、阻燃及力學(xué)性能均得以明顯改進，能廣泛應(yīng)用于化工、煤炭、建筑、冶金、交通、機械制造及民用工業(yè)等領(lǐng)域。本專利技術(shù)提供的一種含玻璃鱗片的硼改性酚醛樹脂復(fù)合材料，其特征為各組分配比以重量份數(shù)計如下(1)硼改性的酚醛樹脂100，(2)固化劑5-10，(3)固化促進劑2-5，(4)尼龍5-30，(5)金屬氧化物0.1-1，(6)脫模劑1-1.5，(7)韌性劑0.1-1，(8)玻璃鱗片5-10，(9)玻璃纖維50-100，(10)石墨5-15，(11)膠體二氧化硅0.1-1。本專利技術(shù)采用硼改性的酚醛樹脂為基體材料是因為普通的酚醛樹脂極為脆弱，耐沖擊強度低，與其它塑料的共容性有限，若用增塑劑增加其柔性和彈性，還會導(dǎo)致其它性能下降，并造成加工困難。本專利技術(shù)從改變酚醛樹脂的成分和聚合的交聯(lián)結(jié)構(gòu)出發(fā)，經(jīng)深入研究，摸索出多種制備方法，使研制的硼改性酚醛樹脂的綜合性能明顯優(yōu)于普通酚醛樹脂。硼改性酚醛樹脂具有三種交聯(lián)結(jié)構(gòu)，這取決于下列制備方法(1)以苯酚、硼化物(如硼酸)、甲醛為原料，用硼酸酚酯過渡法制得具有硼-氧酯鏈結(jié)構(gòu)的硼改性酚醛樹脂，其結(jié)構(gòu)式為 反應(yīng)式為苯酚+硼化物→硼酸酚酯+甲醛→縮合成樹脂;(2)以苯酚、甲醛水溶液、硼酸為原料，用合成水楊醇過渡法制得具有上述硼-氧酯鏈結(jié)構(gòu)的硼改性酚醛樹脂，其反應(yīng)式為苯酚+甲醛水溶液→合成水楊醇+硼酸→縮合成樹脂;(3)以苯酚、硼烷、甲醛水溶液為原料，用雙酚化合物法可制得具有硼-碳酯鏈結(jié)構(gòu)的硼改性酚醛樹脂，其結(jié)構(gòu)式為 反應(yīng)式為硼烷+苯酚→雙酚化合物+甲醛水溶液→縮合成樹脂;此外，采用常規(guī)的局部反應(yīng)混合法，即在酚醛樹脂合成末期加硼化物也能得到硼改性的酚醛樹脂。本專利技術(shù)將硼改性酚醛樹脂與多種填料和添加劑相組合，對于改善復(fù)合材料性能具有意想不到的效果。本專利技術(shù)采用的固化劑可為四羥甲基氫氧化磷、四羥甲基氯化磷、六亞甲基四胺(即烏洛托品)或六甲撐四胺，最好為烏洛托品。本專利技術(shù)采用的固化促進劑為苯磺酰氯和多氯乙酸的混合物，其中用量以重量計，苯磺酰氯為60-90%，多氯乙酸為10-40%，該固化促進劑能有效地控制硼改性酚醛樹脂的固化穩(wěn)定性，苯磺酰氯能使硼改性的酚醛樹脂硬化后輕微膨脹，而多氯乙酸能使其逐步收縮，從而可避免復(fù)合材料在固化過程中形成內(nèi)部微裂或因過于膨脹而難以脫模。本專利技術(shù)所用的尼龍為尼龍6或尼龍6.6，加入尼龍可增強硼改性酚醛樹脂的韌性，以提高耐沖擊強度;本專利技術(shù)所用的韌性劑為縮丁醛。尼龍與縮丁醛相配合，可增加本專利技術(shù)材料在熱壓固化過程中的流動性，使材料均勻固化。本專利技術(shù)所用的金屬氧化物可為氧化鎂、氧化鈣或氧化鐵，該金屬氧化物具有催化劑、增稠劑和阻燃劑作用。本專利技術(shù)所用的脫模劑為硬脂酸鋅，它還兼有潤滑劑作用。本專利技術(shù)所用的玻璃纖維，其長度為2-3cm，經(jīng)預(yù)處理脫蠟去漿，最好預(yù)涂一層占玻璃纖維重量15%左右的聚乙烯醇縮丁醛或其它類型的聚乙烯樹脂，這樣，不僅可提高它與硼改性酚醛樹脂的粘合度，而且可從總體上增加材料的韌性和耐沖擊強度，提高復(fù)合材料的力學(xué)性能。本專利技術(shù)采用的玻璃鱗片，其厚度為6-10μm，片徑為20-50μm，該玻璃鱗片作為增強材料與玻璃纖維配合使用，不僅使復(fù)合材料具有纖維增強的力學(xué)結(jié)構(gòu)，還具有片狀的力學(xué)增強結(jié)構(gòu)，可改善材料內(nèi)部由于纖維分布不均勻產(chǎn)生的各向異性，提高了材料的均勻性，同時，由于玻璃纖維可增加腐蝕介質(zhì)的滲透，而玻璃鱗片阻擋腐蝕介質(zhì)的滲透，結(jié)果可提高材料抗腐蝕性能。上述玻璃纖維、玻璃鱗片與作為表層增強劑的膠體二氧化硅相配合，更增加了復(fù)合材料表面的硬度和強度及耐磨性能，這致使本專利技術(shù)材料性能具有不同于現(xiàn)有復(fù)合材料的突出優(yōu)點。本專利技術(shù)材料中添加石墨，不僅能提高材料的柔性，而且石墨是具有導(dǎo)電作用的抗靜電劑，可保證復(fù)合材料表面電阻率在107Ω左右，達到抗靜電標(biāo)準(zhǔn)。此外，若要求復(fù)合材料不呈黑色，則可加入適量硫酸。而且，在特定的應(yīng)用場合，可用黃銅粉或青銅粉代替石墨，但這勢必會增加成本，不利于普及。本專利技術(shù)含玻璃鱗片的硼改性酚醛樹脂復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟(1)硼改性酚醛樹脂的合成;(2)將(1)中制得的硼改性酚醛樹脂100份，固化劑5-10份，固化促進劑2-5份，尼龍5-30份，金屬氧化物0.1-1份，脫模劑1-1.5份，韌性劑0.1-1份，玻璃鱗片5-10份，玻璃纖維50-100份，石墨5-15份，膠體二氧化硅0.1-1份混合并攪拌均勻，即得熱固型含玻璃鱗片的硼改性酚醛樹脂復(fù)合材料。如上所述，可用硼酸酚酯過渡法制得具有硼-氧酯鏈結(jié)構(gòu)的硼改性酚醛樹脂，該方法中原料配比硼酸∶苯酚∶甲醛為1∶3∶2.94-3.6(以摩爾比計)，具體步驟如下將苯酚和硼酸加入反應(yīng)釜中，在140℃反應(yīng)20分鐘，然后升溫至＜190℃(185℃最佳)，保溫，用分餾法收集反應(yīng)生成的硼酸酚酯;在約80℃(77℃最佳)，加入甲醛(或多聚甲醛)，升溫至120℃，反應(yīng)40分鐘，待反應(yīng)液透明時減壓脫水，最終溫度不超過110℃，反應(yīng)終點由膠化速度控制，至50-70秒/200±1℃時，外觀不粘稠，產(chǎn)物呈透明金黃色，用無水乙醇或95%的工業(yè)甲醇溶稀，含膠量≤80%，即為所要的硼改性酚醛樹脂。另一種方法是用合成水楊醇過渡法，制得具有硼-氧酯鏈結(jié)構(gòu)的硼改性酚醛樹脂，該方法中原料硼酸∶苯酚∶甲醛的摩爾比為1-1.18∶3∶3.75-4.15，具體步驟如下將苯酚和甲醛(37%水溶液)，按上述配比加入反應(yīng)釜中，在攪拌下加入NaOH，NaOH的用量為苯酚、甲醛總量的0.16-0.2%，使PH達8.5-10.5(PH為9.8最佳)，在30-40分鐘內(nèi)，加熱至70℃，維持反應(yīng)1小時，然后抽真空減壓脫水，直至余壓達2-3汞(英)寸、溫度達50℃為止，其中游離醛不大于10%，產(chǎn)物為合成水楊醇，將制得的水楊醇冷卻至室溫，按上述配比加入硼酸，并不斷攪拌，在40分鐘內(nèi)，加熱至沸騰狀態(tài)(即104℃-106℃)，維持反應(yīng)40分鐘，然后抽真空減壓脫水，在減壓情況下進一步酯化和交聯(lián)，脫水終點以測定樹脂的膠化速度控制，當(dāng)達70-90秒/200±1℃時，停止減壓，加入無水乙醇溶稀樹脂，冷卻至40℃以下出料，得到外觀呈透明淺黃綠色的硼改性酚醛樹脂。按上述(2)方法，將制得的硼改性酚醛樹脂與填料和添加劑混合，并攪拌均勻，即得本專利技術(shù)含玻璃鱗片的硼改性酚醛樹脂復(fù)合材料。用特制的熱壓模具，用大于100噸的液壓機，在20-75kg/cm2壓力下和160℃-200℃下，保溫保壓3-6分鐘，即可得到熱固型復(fù)合材料制件，產(chǎn)品放置5小時以上自行完全固化，不產(chǎn)生本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種含玻璃鱗片的硼改性酚醛樹脂復(fù)合材料，其特征為各組分配比以重量份數(shù)計如下：（１）硼改性的酚醛樹脂１００，（２）固化劑５－１０，（３）固化促進劑２－５，（４）尼龍５－３０，（５）金屬氧化物０．１－１，（６）脫模劑１－１．５，（７）韌性劑０．１－１，（８）玻璃鱗片５－１０，（９）玻璃纖維５０－１００，（１０）石墨５－１５，（１１）膠體二氧化硅０．１－１。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：肖宏遙，李生富，祁壽勛，徐忠躍，蔣復(fù)年，吳治奎，楊廣順，崔圣奇，
申請(專利權(quán))人：肖宏遙，
類型：發(fā)明
國別省市：11[中國|北京]