对酚醛树脂性能的分析研究
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摘 要：分析了酚醛树脂种类，酚醛树脂固化原理，酚醛树脂的特性，注塑工艺技术，酚醛树脂的未来发展及绿色酚醛树脂的研究。
关键词：酚醛树脂；固化；特性；注塑工艺；绿色酚醛树脂
合成酚醛树脂的两种单体是苯酚和甲醛，通过聚合形成， 酚醛树脂原为无色或黄褐色透明物，因含有游离分子而呈微红色，市场销售往往加着色剂而呈红、黄、黑、绿、棕、蓝等颜色，有颗粒、粉末状。耐弱酸和弱碱，遇强酸发生分解，遇强碱发生腐蚀。不溶于水，溶于丙酮、酒精等有机溶剂中。对水、弱酸、弱碱溶液稳定。
一、我国生产的酚醛树脂种类
由苯酚和甲醛在催化剂条件下缩聚、经中和、水洗而制成的树脂。酚与醛的摩尔比大于一，用酸类物质作催化剂，生成热塑性酚醛树脂；酚与醛的摩尔比小于一，用碱类物质作催化剂，生成热固性酚醛树脂。主要包括：线型酚醛树脂、热固性酚醛树脂和油溶性酚醛树脂。我国主要生产有210、211、2112、2116、2118及2119等牌号。211树脂是用甲酚与甲醛缩合、松香改性、甘油酯化工艺得到；2118树脂由二酚基丙烷与甲醛缩合、松香改性、季戊四醇酯化工艺得到；2119树脂由二甲酚与甲醛缩合、松香改性、甘油酯化工艺得到；2112与2116树脂均采用酚醛浆配制，只是加成、酯化过程的配方不同；210树脂是松香苯酚甲醛甘油一步法生产制的。
二、酚醛树脂固化原理
酚醛树脂的固化就是使其转变为网状结构的过程，表现出凝胶化和完全固化的两个阶段，这一转变不仅是物理过程，也是重要的化学过程。表现出的特点是：树脂在固化前的结构因素影响显著；固化反应受催化剂、固化剂、树脂pH值等的影响显著；固化过程有热效应；固化速率受温度、压力的影响显著；固化过程有副产物如水、甲醛等产生；固化反应是不可逆过程。
酚醛树脂有热塑性和热固性两类。热塑性酚醛树脂为浅色至暗褐色脆性固体，溶于乙醇、丙酮等溶剂中，长期具有可溶可熔性，仅在六亚甲基四胺或聚甲醛等交联剂存在下才固化。主要用于制造压塑粉，也用于制造层压塑料、清漆和胶粘剂。热塑性酚醛树脂压塑粉主要用于制造开关、插座、插头等电气零件，日用品及其他工业制品。热固性酚醛树脂可根据需要制成固体、液体和乳液，可在热或酸作用下不用交联剂即可交联固化。热固性酚醛树脂压塑粉主要用于制造高电绝缘制件。热固性酚醛树脂可用于制造各种层压塑料、压塑粉；制造清漆或绝缘、耐腐蚀涂料；制造日用品、装饰品；制造隔音、隔热材料等。常见的高压电插座、胶粘剂和改性其他高聚物。
三、酚醛树脂的重要特性
1、高温性能：酚醛树脂固化后依靠其芳香环结构和高交联密度的特点而具有优良的耐热性，即使在非常高的温度下，也能保持其结构的整体性和尺寸的稳定性。酚醛树脂在200℃以下基本是稳定的，一般可在不超过180℃条件下长期使用。正因为这个原因，酚醛树脂才被应用于一些高温领域，例如耐火材料，摩擦材料，粘结剂和铸造行业。
2、粘结强度：酚醛树脂一个重要的应用就是作为粘结剂。卓越的粘附性首选源于其大分子结构上的大量极性基团，极性强是促成其对材料浸润、粘附的有利因素。当酚醛树脂复合型材料加工成型为最终制品后，其中酚醛树脂粘结剂已经转变为交联网状结构并固化，得以保证粘结界面的稳定和持久。酚醛树脂是一种多功能与各种各样的有机和无机填料都能相容的物质。设计正确的酚醛树脂，润湿速度特别快。并且在交联后可以为磨具、耐火材料，摩擦材料以及电木粉提供所需要的机械强度，耐热性能和电性能。水溶性酚醛树脂或醇溶性酚醛树脂被用来浸渍纸、棉布、玻璃、石棉和其它类似的物质为它们提供机械强度，电性能等。酚醛是普通电器行业中的首选材料。它可以经受短路，但仍能继续工作；它可能受电击炭化，但从不燃烧；甚至还能经受电弧的打击。
3、高残碳率：在温度大约为1000℃ 的惰性气体条件下，酚醛树脂会产生很高的残碳，独特的抗烧蚀性，酚醛树脂交联网状结构有高达80%左右的理论含碳率，在无氧气氛下的高温热解残炭率通常在55%～75%之间。酚醛树脂在更高温度下热降解时吸收大量的热能，同时形成具有隔热作用的较高强度的炭化层，当用于航天飞行器的外部结构时，在其返回地面穿过大气之际，酚醛树脂的热降解高残炭特性就起到了独特的抗烧蚀性作用和对航天飞行器的保护作用。
4、低烟低毒：酚醛树脂具有低烟低毒的优势。在燃烧的情况下，用科学配方生产出的酚醛树脂系统，将会缓慢分解产生氢气、碳氢化合物、水蒸气和碳氧化物。分解过程中所产生的烟相对少，毒性也相对低。这些特点使酚醛树脂适用于公共运输和安全要求非常严格的领域，如矿山，防护栏和建筑业等。
5、良好的阻燃性：阻燃性对于建筑材料、石油化工设备和管道保温材料、交通运输工具的结构和装饰材料都是极其重要的性能。酚醛树脂制成的泡沫塑料以及酚醛树脂基复合材料在这些领域都有极高的利用价值，这是因为酚醛树脂有良好的阻燃性。大多数高分子树脂都是易燃的，需要加入阻燃剂才能达到阻燃效果。但是酚醛树脂是少有的例外，它不必添加阻燃剂可达到阻燃要求，且具有低烟释放、低烟毒性等特征，其燃烧发烟起始温度在500℃以上，而且表征发烟程度的最大消光系数为0.02。
6、抗化学性：交联后的酚醛树脂可以抵制任何化学物质的分解。例如汽油，石油，醇，乙二醇和各种碳氢化合物。
7、高弹性模量：酚醛在普通塑料中具有最高的弹性模量，具有良好的电绝缘性质。它可与任何增强材料配合，可以用纸增强、布增强、玻璃纤维增强，甚至还有用芳香尼龙增强的。用石棉、金属粉增强的酚醛用于汽车的刹车片和离合器片。酚醛在机械行业中有广泛的应用，可制成任何形式的标准件如棒、板、带、片、齿轮、凸轮等。酚醛具有极高的压缩强度，高达215MPa。另一个主要用途是线路板，有一系列不同的增强材料满足不同线路板的需求。
8、加工形式多样：酚醛树脂的一大优点是可制成B阶段树脂。B阶树脂是尚未固化的树脂，分子链仍为线形。这使得酚醛树脂可以像热塑性树脂那样进行预浸，再进行成型加工。但是在加热加压条件下固化，就成为不熔不溶的固体。
四、注塑工艺技术
1、原料要求：在料桶和喷嘴内要有很好的流动性和热稳定性，以利于冲摸和防止堵流道。技术要求：拉西格流动度>200mm；在80～95度保持流动时间>10min；在75～85度保持流动时间>60min。提高树脂流动性的措施一是添加该性剂，如增塑，DBP；释剂苯酚甲醇丙酮糠醛等；结晶水化合物CaCl2.2H2O，Ba（OH）2.8H2O；剂底分子量聚乙烯蜡等；二是颗粒料进行表面处理，在表面施加涂层，涂层为脂肪酸金属盐，芳香酸烷基酯等。提高固化速度的措施一是合成高邻位酚醛树脂；二是在甲阶树脂中，加入有机羧酸盐或硼酸盐以加速固化。提高树脂热稳定性的措施可以添加热稳定剂如对叔丁基苯酚等。
2、工艺条件：为使生产正常运行，必须掌握工艺参数和严格操作规范。物料进入料筒，经过螺杆预塑和积料过程，温度由起始的40-60度升高到80-85度，此时物料主要发生物理变化，黏度不断降低，注射时，由于物料在喷嘴处流速变高，剪切产生的摩擦热使温度升高，射出的熔体温度一般控制在120-130度，这时的熔体呈现最好的流动状态，并接近硬化的临界塑性状态。在工艺制定中参考上述的情况制订相应的参数。
总之，有关酚醛树脂的开发和研究工作，主要围绕着增强、阻燃、低烟以及成型适用性方面开展，向功能化、精细化发展，现在各单位以高附加值的酚醛树脂材料为研究开发对象。如不含甲醛的环保型新酚醛树脂。是由苯酚和芳烷基醚通过缩合反应而产生的，新酚醛树脂具有良好力学性能、耐热性能.新酚醛树脂粘结力强，化学稳定性好，耐热性高，硬化时收缩小，制品尺寸稳定。
作者简介
李长彬（1964.2―），男，汉族，山东莱芜人，研究生学历，精细化工专业，工程师，主要研究方向：酚醛树脂、环氧树脂等新技术研发、加工设备设施的检测检验、自动化控制、新的催化剂方面的研究。