塑料材料第3章 通用热固性塑料

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注塑法 酚醛模塑料的注塑对原料、注塑机 和生产工艺参数的控制等均有特殊要求。
(3)酚醛模塑料的性能与应用
酚醛模塑料制品具有良好的力学强 度、耐化学腐蚀性、电绝缘性和尺 寸稳定性,使用温度范围宽。但一 般为深色。 酚醛模塑料制品主要用作电器绝缘 件、日用品、汽车电器和仪表零件 等。
1.4.2酚醛层合制品
E、润滑剂 增加物料的流动性,并使物料易于脱模。常 用的润滑剂有硬脂酸盐和无机酸酯类如硬脂 酸甘油酯、硬脂酸环己酯等,加入量为物料 总量的0.1%-1.5%左右。 F、增塑剂 只在高聚合度树脂模塑粉中加入,可提高其 流动性,改善产品的韧性和冲击强度。常用 内增塑剂为缩水甘油醚-a-甲苯基醚等。加 入量为物料总量的5%-15%左右。 G、着色剂 无机颜料用量一般为物料总量的0.5%-5% 左右;有机颜料用量一般为物料总量的0.01 %-0.5%左右。
b. 填料 填料是酚醛模塑料的重要组
成部分,加入量为30%-60%。填 料的性质影响制品的机械强度、耐 热性、电绝缘性和成本的高低,视 制品的性能要求而选用。
c. 固化剂 选用热塑性PF时加入,常用 六亚甲基四胺,一般用量为树脂质量 的10%-15%,用量过多过少都不宜。 d. 增塑剂 改善PF的可塑性及流动性, 常用内增塑剂为水或糠醛等,外增塑 剂为二甲苯及苯乙烯等。
1.2.1热塑性酚醛树脂
热塑性酚醛树脂为线型结构,可反 复地熔化和重新凝固,若不加固化剂, 在加热条件下无法进一步缩聚成体型 结构,具有可溶可熔的特点。
热塑性酚醛树脂中加入甲醛或能产生 甲醛的化合物,如六亚甲基四胺(也称 为六次或乌洛托品),通过加热即可固 化交联,形成三维网状体型结构的热固
性塑料。
2.2.2脲醛树脂的固化
脲醛树脂的固化是在加热到130-160℃下, 树脂分子链中的羟甲基与另一分子链中氮原子上的 活泼氢反应生成次甲基键;或者分子链中羟甲基之 间的相互反应形成甲醚键,而甲醚键在加热时不稳 定,易脱去甲醛并形成次甲基键;进一步缩聚形成 交联结构。 为加快反应速度,可加入固化剂如硫酸锌、磷 酸三丁酯、氨基磺酸铵、草酸二乙酯。 脲醛粘合剂固化时常用铵盐如氯化铵作固化剂。
酚醛层合制品相对密度小、吸水小、 力学强度高、电绝缘性好、热导率低、 摩擦系数小,可任意机械加工。
酚醛层合制品主要用于印刷线路板及 机械零件等。
1.4.3酚醛泡沫塑料
(1)酚醛泡沫塑料的组成
酸法酚醛泡沫塑料
用热塑性PF,加入发泡剂(如碳酸 氢钠)、固化剂(六甲基四胺)等,加 热到100-150℃时,树脂熔融,发泡剂 开始分解或气化而鼓泡,同时树脂缩聚 而硬化形成泡沫塑料,即可制成泡沫塑 料。
酚醛层合制品是由填料浸渍碱 法酚醛树脂后,再将溶剂除去,然 后经加热加压(温度155-180℃, 压力为5-12MPa)层压处理后固 化成为层压板、管材或其它形状的 制品。
(1)酚醛层合制品的组成
树脂 选用热固性甲阶PF乳液或乙醇溶液。 基材 片状的牛皮纸、石棉布、玻璃布和 棉布等。
(2)酚醛层合制品的性能及应用
热塑性酚醛树脂为淡黄色或微红色
的有毒脆性固体,常用作PF模塑粉和PF
泡沫塑料的原料。
1.2.2热固性酚醛树脂
热固性酚醛树脂分子链中存在较多未 反应的羟甲基和活泼氢原子,不用再加 固化剂,加热到170℃时就会发生交联 反应,形成三维交联网状结构的不溶不 熔产物。
热固性酚醛树脂可分为甲、乙、丙三个 阶段,甲阶PF为线型可溶可熔树脂,乙阶
(4)聚酰胺改性PF 用作改性的聚酰胺是一类羟甲基 聚酰胺,利用羟甲基或活泼氢在合成 PF过程中或在PF固化过程中发生反应 形成化学键而达到改性的目的。可提高 酚醛树脂的冲击韧性和粘结性,改善树 脂的流动性,并可保持酚醛树脂优点。
1.4 酚醛塑料
酚醛塑料因具有优异的耐热性和较 好的性价比,至今仍具有其它通用塑料
酚醛树脂的合成和固化过程完全遵循体型 缩聚反应的规律,控制不同的合成条件 (如酚和醛的比例,所用催化剂的类型 等),可以得到两类不同的酚醛树脂:
反应中,若醛的比例大于酚(1.1- 1.5:1),采用碱性催化剂,则生成体型 交联的聚合物,即热固性酚醛树脂 ; 反应中,若醛的比例小于酚(0.85:1), 采用酸性催化剂时,则生成线型聚合物, 即热塑性酚醛树脂 。
(2)环氧树脂改性PF
将40%热固性PF与60%二酚基丙 烷型环氧树脂混合,环氧树脂中的环氧 基团和羟基可与酚醛树脂中的羟甲基和 酚羟基进行化学反应,交联成复杂的体 型结构 ,兼有环氧树脂优良的粘结性和 PF优良的耐热性,同时又克服PF的脆性。
(3)有机硅改性PF
采用有机硅单体与酚醛树脂中的羟甲 基和酚羟基作用,以改进PF的耐热性、 耐低温性、耐水性、脆性和冲击强度。 用有机硅单体改性的PF复合材料可 在200-260℃范围内长时间工作,并可 作为瞬时耐高温材料,用于火箭、导弹、 宇宙飞船等领域。如用三烷氧基硅烷改 性的PF制成的玻璃钢在200℃下仍有良好 的稳定性。
热固性塑料
是指经加热或其它方法如辐射、催化等固化
成型后不能再加热软化而重复加工的一类塑料。
其树脂在加工前为线性或带支链的预聚体,加 工中发生化学交联反应使制品内部成为三维网 状结构,具有不溶、不熔的特点。
1.1酚醛树脂及塑料的简介
酚醛树脂是以酚类单体和醛类单体经缩聚
反应而制成的聚合物,其中以苯酚与甲醛为
原料缩聚而成的酚醛树脂最为常用 (Phenol-Formaldehyde, PF)。酚醛 树脂是第一个工业化的合成树脂品种。
1.2 酚醛树脂
酚醛树脂是以酚类单体和醛类单体 在酸性或碱性催化条件下经缩聚反应而 制成的聚合物。 酚类主要为苯酚,其次为甲酚和二甲 酚;醛类主要为甲醛,也可用糠醛及乙 醛。
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酚醛树脂的具体改性方法:
一、封锁酚羟基。采用二甲苯、二苯醚等 代替苯酚和甲醛缩聚,改性后的酚醛树 脂的耐水性、耐碱性、耐热性及电绝缘 性能得到改善;
二、引进其它组分。引进与酚醛树脂 发生化学反应或与它相容性较好的组 分,分割或包围酚羟基,使之丧失活 性,从而达到改变固化速度,降低吸 水性的目的 。 (1)聚乙烯醇缩醛改性PF PF分子中的羟基与聚乙烯醇缩醛 分子中的羟基可发生化学反应,形成 接枝共聚物。可提高PF对玻璃纤维 的粘合力,克服PF的脆性,提高PF 玻璃钢制品的力学强度。一般常用聚 乙烯醇缩丁醛。
2.3 脲醛塑料
2.3.1脲醛模塑粉
脲醛模塑料又称为压缩粉和电压粉, 以脲醛树脂为基础,加入填料、固化剂及 润滑剂等添加剂,经一定加工工艺制成的 粉状物料。日本为最大的海外生产商。 (1)脲醛模塑料的组成 A、树脂 选用低聚合度、低粘度的脲醛树脂,易于浸 渍填料和其它组分,主要起粘合作用。
B、填料 填料是脲醛模塑料的重要组成部分,加入 量为25%-35%。加入填料可改善制品的耐热性、 尺寸稳定性及刚性等和降低成本。常用的填料有玻 璃纤维、木粉、云母等。
(3)酚醛泡沫塑料的应用
酚醛泡沫塑料现在主要用作中央空调 风管、冷热输送管道、飞机、船舶、宾 馆及娱乐包厢等隔热、隔音材料等。
1.4.4 改性酚醛塑料
PF树脂共混改性的目的: 改善其韧性,提高耐热性和粘结性能。 PF树脂与塑炼后的丁腈橡胶或热塑性弹 性体、填料等各种助剂混合,得到抗冲 击级酚醛塑料,可克服PF的脆性,提高 其耐低温性能、冲击强度和韧性。所得 混合物呈以酚醛树脂为连续相,丁腈橡 胶为分散相的“海-岛”结构
2.1氨基树脂及塑料的简介 氨基树脂是以含有氨基或酰胺基的单体如脲、 三聚氰胺及苯胺等与醛类单体如甲醛经缩聚反 应而制成的聚合物(AF),其中脲甲醛(脲醛) 树脂(UF)和三聚氰胺(蜜胺)甲醛树脂(MF) 最为常用。AF树脂是产量最大的热固性树脂品 种。 氨基树脂的最大用途为刨花板和胶合板的粘 合剂,其次为涂料和纤维,塑料制品仅占10% 左右。
C、固化剂 在模塑温度下加快固化反应速度。常用 磷酸三甲酯、氨基磺酸铵、草酸、邻苯二甲酸和苯 甲酸等,一般用量为总物料质量的0.2%-2%,在 常温下不起或少起作用,在加热时可分解产生能加 快固化反应速度的酸性物质。 D、稳定剂 可与少量分解的固化剂反应,提高模塑 粉的贮存期。常用稳定剂为六次甲基四胺及碳酸铵 等,加入量为物料总量的0.2-2%左右。
碱法酚醛泡沫塑料 将热固性甲阶PF树脂与发泡液混 合,无需加热,靠发泡液与树脂反应热 促使制发泡剂分解而发泡,同时树脂缩 聚而硬化形成泡沫塑料。 发泡液由酸性固化剂(苯磺酸、酚 磺酸等)、发泡剂(如偶氮化合物类) 和表面活性剂(如聚乙二醇等)组成。
(2)酚醛泡沫塑料的特性
酚醛泡沫塑料具有良好的耐热性、 阻燃性、压缩强度,长期使用温度为 130-150℃,在200℃下开始发生热 氧化降解,脆性较大。
无法比拟的优点。产量占塑料的5%,
排第六位。
目前,中国酚醛塑料生产量已居世界 前列,国内市场消费量占全球市场的1/2。
酚醛塑料:
酚醛塑料是以酚醛树脂为基础,加 入填料和各种助剂,经一定成型工艺 制得的塑料。 酚醛塑料常用作:PF模塑料制品、 PF层压制品、PF泡沫塑料制品、PF纤 维制品、PF铸造制品、PF封装材料等 六种。
1.4.1酚醛模塑料
酚醛模塑料又称为酚醛压塑粉, 以酚醛树脂为基础,加入粉状填料、
固化剂、润滑剂、着色剂和增塑剂
等添加剂,经一定加工工艺制成的
粉状物料。
(1)酚醛模塑料的组成
a.树脂 选用热塑性PF或甲阶热固性PF
粉末,占总质量的35%-55%,主要
起粘合作用,将其它组分粘接起来成为
一个整体。树脂的性质在一定程度上决 定制品的最终性能。
e. 促进剂 常用促进剂为氧化镁或氧化钙 等,加入量为树脂质量的2%左右。 f. 润滑剂 常用的润滑剂有硬脂酸锌、硬 脂酸钡、硬脂酸镁、硬脂酸和油酸等, 加入量为树脂质量的1%-2%左右。 g. 其它添加剂 防霉剂、抗静电剂、阻燃 剂等。
(2)酚醛模塑料的加工成型
压塑法
温度为150-190℃,压力为10- 30MPa。制品形状简单、厚壁时取温度、 压力的下限;制品形状复杂、薄壁时取 温度、压力的上限。
(2)脲醛模塑料的加工成型 A、压制法:
一般加工结构简单的制品。 工艺条件为: 预热温度为70-80℃,模压温度为135-140℃, 压力为24-25MPa, 时间为1-2min。 厚制品宜用低温长时间; 薄制品宜用高温短时间。 B、注塑法: 一般生产结构复杂的制品。 工艺条件: 料筒温度后段为45-55℃,前段温度为75-100℃, 喷嘴温度85-110℃, 模具温度为140-150℃, 注塑压力为98-180MPa。
2.2 脲醛树脂 2.2.1 脲醛树脂的合成
脲醛树脂是以脲和甲醛在1:1.5-2的比例下 经缩聚反应而制成的聚合物。制造不同脲醛塑料 的脲醛树脂不同。 用于泡沫塑料的脲醛树脂,要求聚合度高,树脂 水溶液的粘度高,反应程度大,甲醛的用量大, 缩聚温度高; 用于模塑粉的脲醛树脂,要求粘度低,缩聚度小, 相应的反应程度低,甲醛的用量小,缩聚温度也 相对较低; 用于层压塑料的脲醛树脂,聚合度和粘度要求介 于前两者之间。
大量的芳环,加之固化后形成交联,
其分子链刚性较大,性脆,机械强
度低,抗氧化性、高频绝缘性和耐 电弧性较差,易吸水等,这些缺点 可以通过改性方法克服。
PF分子链中留下的酚羟基容易吸水, 使固化制品的电性能、耐碱性和力学性 能下降。同时酚羟基易在热或紫外光作 用下生成醌或其它结构,造成颜色的不 均匀变化 。
热塑性PF树脂与PVC树脂以及其它各 种助剂(填料、固化剂、润滑剂、颜 料等)混合后再用双辊开炼机辊压, 可制成耐酸及耐水蒸气性能优良的增
韧酚醛塑料。
热塑性PF树脂与CPE共混,加入合适的
相容剂,可使PF树脂的冲击强度大幅度
提高。CPE价格低,来源广,因此开发 CPE增韧酚醛塑料有着良好前景。
PF为少量交联的半可溶可熔树脂,丙阶PF
为交联网状结构的不溶不熔树脂。 一般合成的PF树脂控制在甲阶或乙阶, 以保证在具体加工制品时可以流动,加工 中加热即可固化。 热固性酚醛树脂为红褐色的有毒和强烈 苯酚味的粘稠液体或脆性固体,常用于层
压、泡沫及铸造等制品的原料。
1. 3 改性酚醛树脂
纯酚醛树脂的大分子主链中存在
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