環(huán)氧泡沫保溫材料的配方研究

1、環(huán)氧泡沫保溫材料的配方研究 摘要：采用雙酚a環(huán)氧樹脂，以鋁粉和naoh溶液為發(fā)泡劑，添加空心微珠等材料制得環(huán)氧保溫材料。結(jié)果表明，該材料具有保溫性好、防火、無毒、吸水率低等優(yōu)點(diǎn)，并兼有吸聲和阻尼效果。通過材料性能分析，提出了較佳配方及工藝參數(shù)。該材料在建筑、交通、工業(yè)及國防等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：保溫材料 環(huán)氧泡沫 空心微珠1 前 言環(huán)氧樹脂具有粘結(jié)性好、強(qiáng)度高、無毒、常溫固化、可發(fā)泡以及穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。以其為基料，添加空心微珠，并用鋁粉發(fā)泡，可制成環(huán)氯泡沫保溫材料。這種保溫材料具有保溫性好、吸水性小、無毒、耐熱性及防火性好等優(yōu)點(diǎn)，并兼有吸聲及阻尼效果。該材料的研究和應(yīng)用，彌補(bǔ)了我國有

2、機(jī)保溫材料防火性差、有毒性以及適用范圍窄等不足。它在建筑、交通、工業(yè)及國防等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。2 實(shí) 驗(yàn)21 原料(1)雙酚a環(huán)氧樹脂(2)固化劑。采用2種固化劑：聚酰胺固化劑(固化劑-1)及脂肪酸改性多元胺固化劑(固化劑-2)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。(3)發(fā)泡材料。一般國產(chǎn)有機(jī)發(fā)泡劑的毒性較大，不能采用；而鋁粉在堿性條件下反應(yīng)，生成的氫氣及a1(oh)3膠體，均無毒，a1(oh)3還有很好的阻燃性，對提高保溫材料的阻燃性有益。故采用鋁粉和naoh溶液為發(fā)泡材料。(4)空心微珠。提高保溫材料孔隙率是改善保溫材料性能的有效措施之一。提高孔隙率可以采用以下2種方法：一是發(fā)泡，二是選用空心填料。單純依靠發(fā)泡

3、來提高孔隙率會造成材料的強(qiáng)度及硬度降低，力學(xué)性能下降。因此，在發(fā)泡的同時(shí)，有必要引入合適的空心微珠作填料，在不影響力學(xué)性能的基礎(chǔ)上，改善保溫性能。常用的空心微珠有：空心玻璃微珠、活性碳、粉煤灰漂珠和酚醛微珠等。實(shí)驗(yàn)時(shí)我們對前3種空心微珠進(jìn)行了研究。空心微珠指標(biāo)：空心玻璃微珠：粒徑10180µm，堆積密度120kgm3；活性炭：粒徑1.02.5mm，堆積密度250 kgm3；粉煤灰漂珠：011mm，堆積密度260 kgm3。(5)其它材料。采用95乙醇(工業(yè)純)為稀釋劑，阻燃劑為海洋化工研究院生產(chǎn)的無毒性阻燃劑。22 配方實(shí)驗(yàn)配方如表1所示。23 工藝及成型將環(huán)氧樹脂用乙醇稀釋，加入

4、鋁粉、空心微珠及固化劑，攪拌均勻；然后滴人適量naoh溶液，迅速攪拌均勻，將形成的混合料注入模具中；混合料在60110min以內(nèi)逐漸發(fā)泡、膨脹并硬化成型，脫模后即為所需保溫材料。工藝參數(shù)：成型溫度和濕度：1030，相對濕度7095；攪拌：轉(zhuǎn)速300次min，時(shí)間10min；澆注成型，固化時(shí)間60110min。24 實(shí)驗(yàn)方法(1)表觀密度(o)：采用靜水天平置換法，儀器：分析天平(感量001g)。(2)孔隙率(p)：采用李氏比重瓶法測出密度()，孔隙率p = (1-o/)100。(3)導(dǎo)熱系數(shù)：采用drp-1雙平板導(dǎo)熱儀測試，40。(4)強(qiáng)度：在萬能材料試驗(yàn)機(jī)上測定材料的抗壓和抗折強(qiáng)度。(5)吸

5、水率(w)：w(glg)g100，gl、g分別表可試件在吸水飽和及絕對干燥條件上下的質(zhì)量。(6)阻燃性：采用氧指數(shù)儀測定材料的氧指數(shù)。(7)吸聲性能及阻尼性能：委托中科院聲學(xué)所檢測吸聲系數(shù)及阻尼損耗因子。3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論31 固化劑種類及用量的影響固化劑-1及固化劑-2在不同摻量條件下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果列于表2。由表2可見，2種固化劑中，固化劑-l的固化速度較慢。其摻量為520，固化時(shí)間為l1050min 。由于固化時(shí)間長，混合料有足夠的時(shí)間充分發(fā)泡，有利于形成數(shù)量多且分布均勻的孔隙。因此，所形成材料的孔隙率較高，表觀密度較低，但強(qiáng)度偏低。固化劑-2的固化速度快，摻量為515時(shí)，固化時(shí)間僅為6530

6、min，混合料粘度迅速增加，影響了氣泡的形成，故材料密度較大，孔隙率小，強(qiáng)度較高。根據(jù)上述結(jié)果，選擇固化速度較慢的固化劑-1，以便材料充分發(fā)泡，提高孔隙率，降低表觀密度，使材料具有優(yōu)良的保溫性能。固化劑-l的用量為1015，材料不僅孔隙較多，而且還具有一定的強(qiáng)度。32 發(fā)泡材料的影響發(fā)泡材料鋁粉及飽和naoh溶液用量與材料表現(xiàn)密度、孔隙率、吸水率及抗壓強(qiáng)度的關(guān)系列于表3。表3實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明，當(dāng)鋁粉用量由03增至06時(shí)，發(fā)泡數(shù)量增加，因此，表觀密度明顯降低，孔隙率提高，而強(qiáng)度降低?？紫?包括開口孔隙)增多，吸水率增大。為使保溫材料具有較好的保溫性能，同時(shí)具有一定的強(qiáng)度，且吸水率較低，鋁粉的用量以0

7、40.5為宜。飽和naoh溶液的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與鋁粉類似，但它對吸水率及強(qiáng)度的影響更顯著，摻量為05時(shí)性能較好。33 空心微珠的影響解決保溫性能與其它性能矛盾的有效措施是引入空心微珠?？招奈⒅楸旧硎嵌嘧涌椎?且孔隙封閉)，堆積密度小，可明顯提高材料的孔隙率，并且填充粗大孔隙，使材料的孔隙構(gòu)造發(fā)生變化，在改善保溫性能的同時(shí)，不會造成吸水率增大或強(qiáng)度降低?？招牟Ａ⒅橛昧恳约八c活性炭、粉煤灰漂珠搭配使用，材料表觀密度、吸水率、抗壓強(qiáng)度及發(fā)泡的影響見表4。由表4可見(1)當(dāng)空心玻璃微珠摻量在840時(shí)，隨著微珠用量增加，材料的表觀密度降低，吸水率也降低，而強(qiáng)度提高。說明引入空心微珠確實(shí)可以改善材料的綜合性

8、能。但當(dāng)空心玻璃微珠用量超出40，達(dá)到56時(shí)，由于混合料過干，造成發(fā)泡困難，影響了性能。所以空心玻璃微珠摻量不宜超過40。(2)當(dāng)將不同的空心微珠搭配使用時(shí)，其效果比摻等量同一種的空心玻璃微珠更好。如空心微珠摻量均為24時(shí)，摻3種空心微珠(等量)的材料要比單獨(dú)摻空心微珠的材料更輕，強(qiáng)度也略有增加。而且，當(dāng)3種空心微珠的用量(質(zhì)量比)為：活性炭：粉煤灰漂珠：空心玻璃微珠=1：(12)：(34)時(shí)，效果更好。34 性能檢測結(jié)果較佳配比的環(huán)氧泡沫材料表觀密度不大于265kgm3，孔隙率不大于45，吸水率為27，抗壓強(qiáng)度不小于028mpa，抗折強(qiáng)度大于01mpa，導(dǎo)熱系數(shù)不小于0042w(mk)，氧指數(shù)不小于28，耐熱性：100不降解，吸聲系數(shù)不小于012，損耗因子不小于011。4 結(jié) 論(1)以雙酚a環(huán)氧樹脂為基料，添加空心微珠，用鋁粉和飽和naoh溶液發(fā)泡，并加固化劑-1及適量阻燃劑，可制成任意尺寸和形狀的環(huán)氧泡沫保溫材料制品。(2)較佳配比：固化劑1摻量為10一