|
納米材料纖維改性酚醛樹脂及性能研究
何業(yè)盈 2012/12/30 14:16:31
第Ⅰ部分：文獻綜述
酚醛樹脂（PF）是世界上最早實現(xiàn)工業(yè)化的合成樹脂，經歷了100 多年的歷史。PF 具有價格低廉、耐熱、耐燒蝕、阻燃和燃燒發(fā)煙少等優(yōu)點，可廣泛用于模塑料、膠粘劑和涂料等領域。但是，PF 結構上的薄弱環(huán)節(jié)是酚羥基和亞甲基容易氧化[1]，從而使PF產品的機械強度降低，耐熱性受到影響。
酚醛樹脂主鏈中含有大量苯環(huán)，固化后形成交聯(lián)網狀結構. 酚醛樹脂作為摩擦材料，具有耐熱性好，力學強度高，耐磨性好，耐候性好等特點［2］. 因此它已成為工業(yè)部門不可缺少的材料，廣泛用于模壓復合材料，層壓扳，摩擦材料，隔熱和電絕緣材料，砂輪，耐候性好的纖維板等. 但是酚醛樹脂的延伸率低，脆性大，且反應殘余物甲醛對人體危害極大，不能適應現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展. 于是通過在酚醛樹脂中加入纖維、橡膠、無機粒子，從而達到復合材料強度，韌性，耐磨性提高以及污染的降低［3］.
常用的酚醛樹脂的增強增韌的方法有:在酚醛中加入丁腈，丁苯或天然橡膠進行物理混雜［4-6］;在酚醛樹脂中加入具有長鏈的腰果油，桐油使酚羥基醚化［7］;與玻璃纖維，碳纖維的共混［8，9］. 木質素中含有大量的酚羥基，醛基，作為填充物可以減少酚醛樹脂中苯酚甲醛的用量［10，11］.
氧化鋁是摩擦材料中常用的一種増摩組分,由于其硬度很高(莫氏硬度為9) ,所以,它在摩擦材料中的用量一般較少(通常不超過2 wt . %) . 但是,氧化鋁在摩擦材料中的作用卻非常重要,它除起增摩作用外,還能將摩擦材料表層形成的碳化膜及時清除,從而恢復摩擦材料的摩擦性能. 納米氧化鋁纖維不僅具有氧化鋁的高硬度等特性,還具有納米材料和纖維材料的特性,因此,利用納米氧化鋁纖維改性酚醛樹脂,可望同步改善酚醛樹脂的韌性和強度,顯著提高摩擦材料的性能.
原料生產和市場情況
全世界酚醛樹脂所需苯酚量2009 年為282. 4萬t，2010 年為291. 2 萬t( 增長3. 1%) 。2010 年全世界苯酚總需求量為805 萬t( 用于酚醛樹脂的苯酚為其總量的36. 17%) ，總產量為931. 2 萬t，其中86%的產量可以滿足需求。2009 年世界苯酚裝置的生產能力為983. 7 萬t，其中美國Sunoco、Shell、Ineos Phenol 等公司合計為274. 5 萬t; 西歐Ineos Phenol，Polimeri，Cepsa等公司為270 萬t; 日本三井化學、三菱化學、千葉フェノル等公司合計為87 萬t; 亞洲( 日本除外) MPS( 新加坡) 、錦湖P＆B( 韓國) 、中國FCFC( 中國臺灣) 及內地合計為287 萬t; 原東歐、中南美、南非等合計為65. 2 萬t。亞洲( 包括日本)2010 年度苯酚生產量為330 萬t，需求為352 萬t( 需進口22 萬t) ，其中用于酚醛樹脂的苯酚量為
129. 9 萬t，占總量的36. 9%。
進入21 世紀以來，酚醛樹脂在產品結構與應用上也出現(xiàn)了一些變化，其中木材膠粘劑的應用( 在北美占酚醛樹脂應用總量的60%) 與銷售在不斷下降，如以酚醛樹脂為首選膠粘劑的定向刨花板( OSB) 的消費在連續(xù)下降，原因包括酚醛樹脂的固化速度比脲醛( VF) 和三聚氰胺甲醛( MF) 樹脂慢以及環(huán)保組織正在督促消費者購買低甲醛釋放水平的復合木制品等。同時很多酚醛樹脂制造業(yè)轉移到低勞動力成本的地區(qū)，這也導致磨料樹脂在歐美銷量下降，在中國、印度和巴西等發(fā)展中國家銷量上升。
美國瀚森化工公司( Hexion Specilty Chemicals，Inc. ) 是世界上最大的熱固性樹脂供應商，生產和銷售以酚醛樹脂和環(huán)氧樹脂為主的特殊化學品，年銷售額達50 億美元。2010 年9 月Hexion 公司與Momentive 公司合并成世界最大特種化學公司。合并后的公司將使用Momentive Perfomance Materials的名稱。Hexion 公司擁有國際性的服務網絡，其下屬50 多個工廠遍及五大洲多個國家，主打產品包括剎車片和摩擦材料，砂輪片和砂紙，覆銅板，印刷線路板，耐火材料，PS 板，鑄造，復合材料，酚醛泡沫，絕熱隔熱材料，模塑料，涂料，芯片封裝用環(huán)氧模塑料，光刻膠等諸多高科技領域。
Hexion 公司在摩擦材料市場已成為全球的領軍企業(yè)。諸多的樹脂系統(tǒng)結構和無數(shù)的摩擦材料配方相兼容。其開發(fā)的樹脂新品種具有很強的高溫適應性，較好的靈活性以及填充物和纖維出色的兼容性，各類改性樹脂( 如腰果殼油改性，環(huán)氧樹脂改型，橡膠改性等) 顯著提高了摩擦材料強度、穩(wěn)定性以及抗衰減和耐磨性。據(jù)報道Hexion 公司已與俄羅斯工業(yè)化學品生產廠商建立了Hexion － S（未完，下一頁）
|