試論酚醛樹(shù)脂及其復(fù)合材料成型工藝的研究進(jìn)展

譚小波

摘 要：酚醛樹(shù)脂具有安全環(huán)保、低毒低煙等顯著優(yōu)勢(shì)和特征，滿足工業(yè)生產(chǎn)需要，得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。文章介紹酚醛樹(shù)脂及其復(fù)合材料成型工藝的研究進(jìn)展，并對(duì)其發(fā)展做出展望，希望能為實(shí)際工作提供指導(dǎo)與借鑒。隨著技術(shù)發(fā)展和科研工作的深入，酚醛樹(shù)脂的性能會(huì)不斷改進(jìn)，在工業(yè)領(lǐng)域必將得到更為廣泛的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：酚醛樹(shù)脂；成型工藝；環(huán)氧樹(shù)脂；擠拉成型

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.24.006

0 引言

酚醛樹(shù)脂在工領(lǐng)域的應(yīng)用歷史已經(jīng)超過(guò)100年，也是最早工業(yè)化的合成樹(shù)脂。它的原材料容易獲得，合成工藝簡(jiǎn)單，合成后性能良好，具有阻燃、低煙、低毒等特征，滿足工業(yè)生產(chǎn)對(duì)材料的需要，其應(yīng)用范圍變得越來(lái)越廣泛，受到人們普遍關(guān)注和重視。并且隨著技術(shù)研究和進(jìn)步，酚醛樹(shù)脂的性能也不斷改進(jìn)，在工業(yè)領(lǐng)域得到更為有效的利用。

1 酚醛樹(shù)脂研究進(jìn)展

酚醛樹(shù)脂的反應(yīng)活性低，固化反應(yīng)放出縮合水，并且必須在高溫條件下才能進(jìn)行固化，制約其在復(fù)合材料領(lǐng)域的應(yīng)用。為彌補(bǔ)這種缺陷與不足，進(jìn)一步提高其綜合性能，人們加強(qiáng)相關(guān)研究工作，改進(jìn)其韌性，提高其耐熱和力學(xué)性能。并研制和開(kāi)發(fā)新型酚醛樹(shù)脂，為其推廣和應(yīng)用創(chuàng)造良好條件，具體來(lái)說(shuō)，這些工藝技術(shù)主要體現(xiàn)在以下方面。

（1）聚乙烯醇縮醛和聚酰胺。聚乙烯醇縮醛在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛，有著顯著的作用和效果，能確保酚醛樹(shù)脂的脆性，提高與玻璃纖維的粘結(jié)力，增強(qiáng)復(fù)合材料的力學(xué)強(qiáng)度，降低成型壓力，對(duì)該材料的推廣應(yīng)用具有重要影響。聚酰胺也是常用的材料類型，有利于增強(qiáng)酚醛樹(shù)脂的沖擊韌性和粘結(jié)性，利用過(guò)程中能發(fā)生反應(yīng)形成化學(xué)鍵，實(shí)現(xiàn)改性的目的。漁竿等利用聚酰胺制成，可以提高力學(xué)性能，促進(jìn)其作用有效發(fā)揮。

（2）環(huán)氧和有機(jī)硅。環(huán)氧的綜合性能良好，能兼顧熱固性酚醛樹(shù)脂和雙酚A型的優(yōu)勢(shì)，提高材料的粘結(jié)性與耐熱性，改善樹(shù)脂的脆性，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)交聯(lián)成復(fù)雜體型結(jié)構(gòu)，進(jìn)而達(dá)到提高材料性能的目的。有機(jī)硅的耐熱性和耐潮性良好，有機(jī)硅單體與酚羥基發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，增強(qiáng)酚醛樹(shù)脂的耐熱性與耐水性。所制成的復(fù)合材料綜合性能良好，能在200-260℃的高溫下工作較長(zhǎng)時(shí)間，也可用于瞬間耐高溫材料，滿足工業(yè)生產(chǎn)需要。

（3）硼和橡膠。引入硼元素能顯著改善酚醛樹(shù)脂的耐熱性、耐瞬間高溫性、耐燒蝕性，增強(qiáng)其力學(xué)性能，在火箭、導(dǎo)彈、空間飛行器領(lǐng)域可作為耐燒蝕材料。最常見(jiàn)的是硼酸苯脂，分解峰溫度高達(dá)625℃，有著良好的韌性和力學(xué)性能，彎曲強(qiáng)度可達(dá)420MPa，剪切強(qiáng)度達(dá)39.7MPa，同時(shí)還具有良好的耐水性。酚醛樹(shù)脂中增加橡膠能有效提高其韌性，加入量通常為樹(shù)脂質(zhì)量的2%—10%，沖擊韌性可達(dá)100%，可用于航空航天領(lǐng)域。

（4）烯丙基和酚醛氰酸脂。烯丙基通過(guò)不同官能團(tuán)聚合實(shí)現(xiàn)固化，改進(jìn)傳統(tǒng)固化方式，熱穩(wěn)定性更好，殘?zhí)悸矢?，具有良好的耐高溫性能。酚醛氰酸脂收縮率低，阻燃特性良好，在印刷電路板、電機(jī)絕緣配件、航空航天高性能結(jié)構(gòu)復(fù)合材料領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

（5）苯并噁嗪樹(shù)脂和二甲苯。苯并噁嗪成型固化時(shí)不會(huì)釋放小分子，改進(jìn)成型工藝，制品孔隙率低，顯著提高其性能。二甲苯引入流水性結(jié)構(gòu)，也顯著改善酚醛樹(shù)脂的耐水性、耐堿性、耐熱性、電絕緣性能。

（6）二苯醚甲醛樹(shù)脂和雙馬來(lái)酰亞胺。二苯醚甲醛耐熱性能、耐輻射性優(yōu)良，吸濕性較低，可作H級(jí)絕緣材料。雙馬來(lái)酰亞胺耐高溫性能，耐熱性良好，熱變形溫度達(dá)273℃，玻璃化溫度288℃。

2 酚醛樹(shù)脂復(fù)合材料成型工藝的研究進(jìn)展

傳統(tǒng)酚醛樹(shù)脂的應(yīng)用范圍廣泛，成型方法多種多樣，為促進(jìn)其得到更好應(yīng)用，復(fù)合材料界加強(qiáng)科學(xué)研究，重視酚醛玻璃鋼的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，滿足工業(yè)建設(shè)和發(fā)展需要。目前我國(guó)在這方面也取得一定進(jìn)步，主要工藝包括以下種類，并且發(fā)展勢(shì)頭良好。

（1）RTM成型工藝。將玻璃纖維等放入模腔，用壓力注入樹(shù)脂膠液，然后固化，脫模成型制品。RTM要求樹(shù)脂注射黏度為250-500mPa.s，以提高綜合性能。目前其工藝需求主要來(lái)自軍用產(chǎn)品，研究熱點(diǎn)為開(kāi)發(fā)專用改性酚醛樹(shù)脂。酚醛RTM制品種類繁多，導(dǎo)彈鼻錐、汽車部件、油井管活塞等，能充分發(fā)揮其阻燃和耐高溫、力學(xué)性能好的特點(diǎn)。很多公司還大力發(fā)展該工藝，制作軍工產(chǎn)品，同時(shí)還對(duì)設(shè)備性能改進(jìn)，生產(chǎn)酚醛玻璃鋼制品。

（2）拉擠成型工藝。常用基體為不飽和聚酯樹(shù)脂、乙烯基脂，拉擠成型工藝簡(jiǎn)單，增強(qiáng)材料種類繁多。實(shí)際工作面臨的問(wèn)題為反應(yīng)放出水分問(wèn)題、模具耐腐蝕問(wèn)題、樹(shù)脂固化和高黏度問(wèn)題，要加強(qiáng)改進(jìn)和完善，提升技術(shù)工藝水平，促進(jìn)拉擠成型工藝性能變得更加良好。

（3）SMC/BMC模壓成型工藝。將SMC/BMC模壓料放入金屬對(duì)模，在一定溫度和壓力下成型制品，研制的產(chǎn)品主要用于宇航、建筑、運(yùn)輸領(lǐng)域。隨著技術(shù)發(fā)展和進(jìn)步，整套工藝技術(shù)和制品被研發(fā)出來(lái)，包括專用樹(shù)脂、模壓工藝等也得到應(yīng)用。

（4）其它成型工藝。例如，連續(xù)層壓、纖維纏繞、預(yù)浸漬、低壓模壓、噴涂成型等，也是較為常見(jiàn)的工藝，并且各有自身特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，滿足產(chǎn)品制造需要，有著較為廣泛的應(yīng)用空間和發(fā)展?jié)摿Α?/p>

3 結(jié)束語(yǔ)

酚醛樹(shù)脂在化工領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，滿足工業(yè)領(lǐng)域建設(shè)和應(yīng)用的需要，對(duì)推動(dòng)工業(yè)發(fā)展，降低工業(yè)產(chǎn)品成本具有重要作用。隨著技術(shù)發(fā)展與進(jìn)步，酚醛樹(shù)脂的性能將會(huì)進(jìn)一步改善，新工藝和新產(chǎn)品將會(huì)不斷被研制出來(lái)，在工業(yè)生產(chǎn)中會(huì)發(fā)揮更大的作用。

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