MPF玻璃布層壓防火板制備工藝研究

胡明星，梁 巖，宗小丹，肖 雪，王曉丹

(1.黑龍江工程學(xué)院 材料與化學(xué)工程學(xué)院,黑龍江 哈爾濱 150050; 2.哈爾濱中大化學(xué)建材有限公司,黑龍江 哈爾濱 150078)

MPF玻璃布層壓防火板制備工藝研究

胡明星1，梁 巖1，宗小丹2，肖 雪1，王曉丹1

(1.黑龍江工程學(xué)院 材料與化學(xué)工程學(xué)院,黑龍江 哈爾濱 150050; 2.哈爾濱中大化學(xué)建材有限公司,黑龍江 哈爾濱 150078)

為了得到性能優(yōu)良的防火板，在弱堿條件下對(duì)三聚氰胺與苯酚、甲醛進(jìn)行共縮聚得到三聚氰胺-苯酚-甲醛(MPF) 樹(shù)脂，并以其為基體樹(shù)脂制備一系列層壓板。結(jié)果表明，隨著甲醛與苯酚摩爾比的提高，MPF樹(shù)脂貯存期有一定延長(zhǎng)，防火板材的甲醛釋放量呈線性升高；防火板隨著玻璃纖維層數(shù)的增加，其沖擊強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、彈性模量、洛氏硬度都有很大提高，但耐燃性有所下降。

MPF；防火板；耐燃；玻璃纖維

高分子聚合物材料廣泛地應(yīng)用于生產(chǎn)和生活的各個(gè)方面，但與此同時(shí)由高分子聚合物材料的可燃性引起的火災(zāi)也帶來(lái)了重大的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。防火板是表面裝飾用耐火建材，廣泛應(yīng)用于室內(nèi)裝飾、家具、廚柜、實(shí)驗(yàn)室臺(tái)面、外墻等領(lǐng)域。防火板的品種很多，其中酚醛防火板成為被人們認(rèn)為性能滿意、成本有競(jìng)爭(zhēng)力的品種之一，從而具有廣闊的應(yīng)用前景。為了獲得耐燃性更好的防火板，很多學(xué)者在多方面進(jìn)行了酚醛樹(shù)脂的應(yīng)用研究。為了在紙質(zhì)防火板領(lǐng)域得到一種耐燃性能良好、價(jià)格適中的浸漬樹(shù)脂，本文通過(guò)三聚氰胺與苯酚甲醛共縮聚制備MPF樹(shù)脂，并以其制備出玻璃布增強(qiáng)、綜合性能都較好的層壓紙質(zhì)防火板。對(duì)防火板制備工藝及其部分性能進(jìn)行了研究。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

三聚氰胺( 99.9% 工業(yè)純)；甲醛( 37%工業(yè)純，杭州塘棲化工有限公司)；苯酚( 95% 工業(yè)純，上海高橋化工)；牛皮紙( 高級(jí)國(guó)產(chǎn)木漿紙，產(chǎn)地黑龍江) 。

1.2 樹(shù)脂合成

合成樹(shù)脂的配方按甲醛與苯酚的摩爾比1∶1.0、1∶1.1、1∶1.2、1∶1.3、1∶1.4、1∶1.5，三聚氰胺按苯酚的40%加入。

用電子天平按配方分別稱取三聚氰胺、苯酚、甲醛。將苯酚熔化并與甲醛一起加入到四口燒瓶中，開(kāi)動(dòng)攪拌器；加氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH值至8.0～9.5；使用恒溫水浴均勻升溫，當(dāng)燒瓶?jī)?nèi)溫度升至40～45 ℃時(shí)，加入三聚氰胺，繼續(xù)升溫；控制升高溫度，在90～95 ℃之間進(jìn)行保溫，注意測(cè)定控制PH值；保溫30 min。然后進(jìn)行溶水倍數(shù)的測(cè)定或水渾濁度的測(cè)定，當(dāng)溶水倍數(shù)(20 ℃水溫時(shí))到1～0.7倍或20 ℃水溫進(jìn)行水渾濁度檢測(cè)有球狀物時(shí)，反應(yīng)已到終點(diǎn)；保溫在45～60 min，立即降溫，當(dāng)溫度降到45 ℃時(shí)，結(jié)束放料。

1.3 防火板的制備

在平板硫化機(jī)上進(jìn)行防火板的制備，采用直接法浸膠工藝，使紙基兩面受膠，通過(guò)擠液輥和紙基運(yùn)行速度控制浸膠量。烘干箱采用蒸汽加熱，熱風(fēng)循環(huán)，使膠紙均勻干燥。浸膠紙基運(yùn)行速度10～15 m/min，烘箱溫度90～100 ℃，最終浸膠量30 g/m。

熱壓工藝為：預(yù)熱→升溫→保溫→冷卻，保溫溫度120 ℃，單位壓力5～7 MPa，時(shí)間30 min。冷卻后取下防火板。

采用以上制備工藝，在紙基的中間分別加三層、六層、九層玻璃纖維進(jìn)行增強(qiáng)。

1.4 防火板性能測(cè)試

沖擊試驗(yàn)在承德考思科學(xué)檢測(cè)有限公司生產(chǎn)的XJJD-50型簡(jiǎn)支梁沖擊試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。

拉伸試驗(yàn)在濟(jì)南匯科有限公司生產(chǎn)的WEW-B型電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。拉伸速度為2 mm/min。

洛氏硬度試驗(yàn)在上海倫捷機(jī)電儀表有限公司生產(chǎn)的 HR-150A型洛氏硬度試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。標(biāo)尺：HR15Y，淬火鋼球，15 kg，保持時(shí)間10 s。

2 結(jié)果與討論

2.1 MPF樹(shù)脂性能表征

合成樹(shù)脂的配方如文中1.2節(jié)所述，各實(shí)驗(yàn)方案中性能指標(biāo)如表1所示。

表1 性能指標(biāo)

在三聚氰胺加入量40% 、保溫溫度93 ℃、終點(diǎn)聚合到溶水倍數(shù)1( 20 ℃水溫)時(shí)，改變甲醛與苯酚的摩爾比，測(cè)試板材的甲醛釋放量如表1所示。由表1可知，隨著甲醛與苯酚摩爾比的提高，MPF樹(shù)脂貯存期有一定延長(zhǎng)，防火板材的甲醛釋放量呈線性升高。

2.2 沖擊性能

玻璃纖維層數(shù)對(duì)防火板沖擊性能的影響結(jié)果如圖1所示。

圖1 玻璃纖維的層數(shù)對(duì)沖擊性能的影響

由圖1可以發(fā)現(xiàn)，加入三層玻璃纖維的防火板沖擊強(qiáng)度與不加入玻璃纖維的防火板沖擊強(qiáng)度基本一致，平均沖擊強(qiáng)度在6.1 kJ/m2。隨著玻璃纖維層數(shù)的增加防火板的沖擊強(qiáng)度也隨之增加。三層以上玻璃纖維對(duì)防火板沖擊強(qiáng)度的影響很大，最高達(dá)到6.5 kJ/m2。

2.3 拉伸性能

玻璃纖維層數(shù)對(duì)防火板拉伸性能的影響如圖2所示。

圖2 玻璃纖維的層數(shù)對(duì)拉伸強(qiáng)度的影響

由圖2可知，不加玻璃纖維防火板的拉伸強(qiáng)度為14.35 MPa，防火板所承受拉伸強(qiáng)度隨著玻璃纖維層數(shù)的增加而增加，三層以前不算明顯，三層以后有顯著的增加現(xiàn)象，最高達(dá)到55.35 MPa。

玻璃纖維層數(shù)對(duì)防火板的彈性模量的影響如圖3所示。

圖3 玻璃纖維的層數(shù)對(duì)彈性模量的影響

由圖3可以看出，不加玻璃纖維防火板的彈性模量為3050 GPa，加三層玻璃纖維防火板的彈性模量為6386 GPa，所以不加玻璃纖維與加三層玻璃纖維的防火板相比較，彈性模量增大幅度很高，然而隨著玻璃纖維層數(shù)再增加，彈性模量增長(zhǎng)幅度不是那么明顯。

2.4 局部抗壓性能

采用洛氏硬度試驗(yàn)來(lái)表征防火板的局部抗壓性能。玻璃纖維層數(shù)對(duì)防火板洛氏硬度的影響結(jié)果如圖4所示。

圖4 玻璃纖維的層數(shù)對(duì)洛氏硬度的影響

由圖4可知，隨著玻璃纖維層數(shù)的增加，防火板的洛氏硬度增加，但增加趨勢(shì)存在明顯的不同。玻璃纖維少于三層時(shí)，防火板的洛氏硬度增加不明顯，但當(dāng)增加的玻璃纖維大于三層時(shí)，從三層的31 HRA增加到九層的82 HRA，防火板的洛氏硬度增加顯著。

2.5 耐燃性能

用酒精噴燈對(duì)防火板進(jìn)行水平耐燃性測(cè)試：把不加、加三層、加六層、加九層玻璃纖維的防火板分別放在距離酒精噴燈火焰3 cm處受熱10 min，觀察防火板的變化；把防火板放在酒精噴燈火焰的邊緣進(jìn)行受熱，觀察防火板的變化情況；把防火板直接放在酒精噴燈上進(jìn)行燃燒，觀察防火板的燃燒現(xiàn)象。

試驗(yàn)結(jié)果表明，在3 cm處時(shí)，防火板停留10 min沒(méi)有明顯的變化；在酒精噴燈附近時(shí)，加三層玻璃纖維的防火板最先在2 min后有明顯變黑現(xiàn)象，依次是加六層、九層、不加玻璃纖維的防火板。說(shuō)明添加玻璃纖維對(duì)板材耐燃性有所降低；直接放在酒精噴燈上時(shí)，防火板迅速變黑，但不起火焰，撤離酒精噴燈迅速熄滅。

3 結(jié)束語(yǔ)

MPF 樹(shù)脂中甲醛摩爾數(shù)直接影響樹(shù)脂貯存期和防火板的甲醛釋放量。玻璃纖維層數(shù)對(duì)防火板的性能有影響，結(jié)果表明加入玻璃纖維，防火板的拉伸性能、沖擊強(qiáng)度、洛氏硬度、彈性模量都有很大提高，但耐燃性有所下降。

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ResearchonthepreparationofMPFglassclothlaminatedfireproofboard

HU Ming-xing1,LIANG Yan1,ZONG Xiao-dan2,XIAO Xue1,WANG Xiao-dan1

(1.College of Materials and Chemistry Engineering,Heilongjiang Institute of Technology,Harbin 150050,China; 2.Harbin Zhongda Chemical Building Materials Co.,Ltd.,Harbin 150078,China)

In order to obtain the fireproof board with excellent performance，the copolycondensation of melamine,phenol and formaldehyde is carried out in the weak base condition to obtain MPF resin，and a series of laminates are prepared with MPF as the matrix resin.The results show that the storage period of MPF resin is prolonged with the increasing molar ratio of formal dehyde and phenol,meanwhile，the formaldehyde emission amount of fireproof board raises linearly.Along with the increase of glass fiber layers,the impact strength,tensile strength,elastic modulus and hardness of fireproof board have been improved greatly,meanwhile,the fire resistance decreases slightly.

MPF; fireproof board; fire resistance; glass fiber

2014-03-17

黑龍江省教育廳科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目(12531562)

胡明星(1964-)，男，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，研究方向：高分子材料合成及應(yīng)用.

TQ175.6

A

1671-4679(2014)06-0052-03

郝麗英]