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酚醛泡沫及其复合材料制备与性能研究

作　者: 王志才
导　师: 白培康；匡松连
学　校: 中北大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 酚醛泡沫三维间隔连体织物高温发泡复合材料
分类号: TQ328
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

酚醛泡沫是一种性能优异的材料,在常用的隔热泡沫材料中,酚醛泡沫塑料具有其他泡沫塑料无法比拟的优势。三维间隔连体织物是一种新型织物,具有整体性、可设计性和中空特性,且其复合材料可以一次成型,能大大降低成本。制备三维间隔连体织物酚醛泡沫复合材料有助于提高酚醛泡沫的性能,扩大其应用范围。系统研究了高温发泡制备酚醛泡沫的工艺条件及配方。针对采用常温发泡模具进行高温发泡时,常常产生树脂液溢出量及发泡压力不易控制的问题,设计了带有放气控制单元的酚醛树脂高温发泡模具,树脂液溢出量过多的问题得到了解决,发泡压力可调。研究了酚醛树脂高温发泡的工艺条件,由室温加热至90℃,保温4h,再升温至170℃,保温4h,可制备出性能优良的酚醛泡沫。在确定发泡工艺条件的前提下,研究了酚醛树脂固含量、不同发泡剂对制备酚醛泡沫的影响,实验发现:酚醛树脂的固含量的适宜范围为79%左右,采用HH-3发泡剂制备的泡沫较好。进一步研究了发泡剂HH-3不同用量对制备酚醛泡沫的影响,实验发现:添加3%用量的HH-3发泡剂制备的泡沫较好,泡沫孔均匀,细密,闭孔率较高。研究了表面活性剂Tw-80不同用量对制备酚醛泡沫的影响,实验发现:添加5%用量的Tw-80制备的泡沫较好,超过5%用量对酚醛泡沫的闭孔率的提高作用不大。针对酚醛泡沫增韧这一问题,研究了添加聚酰胺增韧酚醛泡沫的适宜用量,实验发现:聚酰胺添加量为10%较适宜,泡沫闭孔率可达95.25%,泡沫的韧性得到提高,使其粉化程度有了明显的降低。制备了三维间隔连体织物酚醛泡沫复合材料,研究了材料密度及芯柱高度对复合材料的平压强度的影响,发现:随着材料密度增加,平压强度近似呈现出指数增长;随着材料芯柱高度增加,平压强度呈现出下降的趋势。研究了三维间隔连体织物酚醛泡沫复合材料的耐灼烧性能,在温度为500℃、800℃的条件下灼烧,材料在高温与室温之间多次温度交替变化情况下,虽然在材料侧面发生龟裂,但材料仍保持其原有良好的几何形状,在高温灼烧状态下材料结构性能良好。研究了三维间隔连体织物泡沫复合材料的隔热性能,经过最高热面温度1200℃的石英灯静热测试后,表面状态完整,没有出现裂纹,1200s时背面温度为151.1℃,具有良好的抗静热性能。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-11
第1章绪论  11-28
  1.1 课题研究目的与意义  11-13
  1.2 酚醛树脂概况  13
  1.3 酚醛泡沫概况  13-14
  1.4 酚醛泡沫的组成  14-17
    1.4.1 酚醛树脂  14-15
    1.4.2 催化剂/固化剂  15
    1.4.3 发泡剂  15-16
    1.4.4 表面活性剂  16-17
  1.5 国内外酚醛泡沫研究与市场应用  17-20
    1.5.1 酚醛泡沫国内外研究进展  17-19
    1.5.2 市场应用  19-20
  1.6 酚醛泡沫增韧研究  20
  1.7 三维间隔连体织物泡沫复合材料研究进展  20-27
    1.7.1 三维间隔连体织物  20-22
    1.7.2 三维间隔连体织物复合材料的制备方法  22-24
    1.7.3 三维间隔连体织物复合材料性能研究  24-27
  1.8 课题研究内容  27-28
第2章实验部分  28-42
  2.1 实验原料  28
  2.2 主要实验仪器及设备  28-29
  2.3 酚醛泡沫的制备  29
  2.4 三维间隔连体织物增强酚醛泡沫复合材料的制备  29-30
    2.4.1 三维间隔连体织物的预定型  29-30
    2.4.2 织物增强酚醛泡沫复合材料的制备  30
  2.5 酚醛树脂高温发泡模具设计  30-36
    2.5.1 模具结构方案的确定  31-35
    2.5.2 模具使用情况  35-36
  2.6 物性表征  36-42
    2.6.1 酚醛树脂的性能测试  36-37
    2.6.2 酚醛泡沫性能测试  37-40
    2.6.3 酚醛泡沫复合材料的性能测试  40-42
第3章酚醛泡沫高温制备工艺的优化  42-51
  3.1 酚醛树脂的粘温曲线  42-43
  3.2 酚醛泡沫配方的DSC 曲线  43-46
  3.3 酚醛泡沫配方的凝胶时间  46-47
    3.3.1 酚醛树脂的凝胶时间  46
    3.3.2 添加有HH-3 及Tw-80 的酚醛树脂凝胶时间  46-47
  3.4 酚醛泡沫高温发泡制备工艺的优化  47-49
    3.4.1 80℃保温再升温至170℃制备酚醛泡沫工艺  47-48
    3.4.2 90℃保温再升温至170℃制备酚醛泡沫工艺  48-49
    3.4.3 100℃保温再升温至170℃制备酚醛泡沫工艺  49
  3.5 酚醛泡沫高温制备工艺  49-51
第4章酚醛泡沫的性能及其影响因素  51-69
  4.1 酚醛树脂的发泡性能  51-61
    4.1.1 酚醛树脂固含量对泡沫体的影响  51-52
    4.1.2 发泡剂种类对泡沫体的影响  52-56
    4.1.3 发泡剂用量对泡沫体的影响  56-60
    4.1.4 表面活性剂用量对泡沫体闭孔率的影响  60-61
  4.2 聚酰胺改性酚醛树脂的性能  61-63
    4.2.1 聚酰胺用量对树脂凝胶化时间的影响  61-62
    4.2.2 聚酰胺改性酚醛树脂的DSC 曲线  62-63
  4.3 聚酰胺改性酚醛树脂的发泡性能  63-69
    4.3.1 聚酰胺用量对泡沫起泡时间的影响  63-64
    4.3.2 聚酰胺用量对泡沫闭孔率的影响  64-65
    4.3.3 聚酰胺用量对泡沫压缩强度的影响较  65-66
    4.3.4 聚酰胺用量对泡沫弯曲强度影响  66-67
    4.3.5 聚酰胺用量对泡沫掉渣率影响  67-68
    4.3.6 聚酰胺用量对泡沫体微观形貌的影响  68-69
第5章酚醛泡沫复合材料性能及其影响因素  69-75
  5.1 复合材料平压强度  69-71
    5.1.1 密度对复合材料平压强度的影响  69-70
    5.1.2 芯柱高度对复合材料平压强度的影响  70-71
  5.2 增韧酚醛泡沫对复合材料平压强度的影响  71
  5.3 复合材料耐灼烧性能  71-72
  5.4 复合材料的隔热性能  72-75
    5.4.1 酚醛泡沫的热导率  72-73
    5.4.2 复合材料的石英灯性能  73-75
结论  75-77
参考文献  77-82
攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果  82-83
致谢  83

酚醛泡沫及其复合材料制备与性能研究

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