【doc】纖維增強酚醛樹脂的拉擠成型

1、纖維增強酚醛樹脂的拉擠成型第4期玻璃鋼/蔓合材料fiberreinforcedplastics/composites19914纖維增強酚醛樹脂的拉擠成型程珊譯編傳統(tǒng)的拉擠成型用基體樹脂為不飽和聚鷹樹脂和環(huán)氧樹脂.用酚醛樹脂作為拉擠成型的基體,是近年來新開發(fā)的.采用酚醛樹脂作為基體樹脂,除了具有聚酯類和環(huán)氧類的優(yōu)點外,它在耐熱性耐磨耗性耐燃燒性,電性能以及成本方面尤其突出.但是它的缺點是固化反應速度慢,成型周期長,而且在固化時有副產(chǎn)物水生成,水在高溫下迅速蒸發(fā)而在制品中留下氣泡,空穴,從而影響了酚醛拉擠制品的機械力學性能.為此,人們在酚醛樹脂改性拉擠成型工藝等方面傲了大量的研究工作.據(jù)資料介紹,

2、英國采用二價醇類作酚醛樹脂的改性劑,有機酸作固化劑,可在較低的溫度和壓力下迅速固化而獲得性能優(yōu)良的酚醛塑料制品.二價醇的用量為樹脂重量的12%一35%.美國用于拉擠成型的酚醛樹脂是一種低粘度低揮發(fā)份含量的液態(tài)樹脂.樹脂牯度最好控制在0.83pa?s.所得拉擠制品由于樹脂中的揮發(fā)份含量低,因而固化時可避免產(chǎn)生氣泡.但這種液態(tài)樹脂交聯(lián)程度低,因此拉擠成型前需將增強纖維先進行預熱,這樣在通過金屬模具時可提高固化速度.由此而帶來妁問題是模具溫度高,特別是模具末端高溫,如拉擠速度大時,樹脂固化所釋放出的水分會因高溫而迅速膨脹,從而使制品內(nèi)部產(chǎn)生氣泡.據(jù)稱,較理想的拉擠速度是i3m/min.日本用于拉擠成

3、型的酚醛樹脂則是吸取了英,美之長,且又有所發(fā)展.即在樹脂改性上,也采用了二價醇類作改性劑,但樹脂的交聯(lián)程度高,牯度大.另外,在拉擠設備上也有了改進.下面將較詳細地介紹日本的纖維增強酚醛樹脂拉擠成型的材料,工藝及制品性能.1.原材料(1)酚醛樹脂采用常用的苯酚和甲醛作為樹脂臺成的基本原料,在堿性催化荊存在下,過量的甲醛和苯酚進行縮合,制得甲階段的酚醛樹脂.縮合反應的終點控制在固體含量為6o%以上,甲醛含量在lo%以下即可.(2)增強材料玻璃纖維,碳纖維,芳綸纖維,或者它們的混雜纖維等有機纖維或無機纖維,其形態(tài)可以是連續(xù)的纖維,紗束,線,繩,也可以是纖維的織物如布等,連續(xù)纖維氈材也可以拉擠成型.2

4、.拉擠成型模具采用一種特殊的三段式加熱金屬模具,三段妁溫度控制范圍分別是100-i70c160200,14010o,最佳范圍是14016o.17010o和15018o.與不飽和聚酯樹脂和環(huán)氧樹脂的拉擠成型不同,酚醛拉擠成型的金屬模具溫度,尤其是模具束端溫度較高,通常要比樹脂的溫度高出120.拉擠制品的形狀,尺寸對模具溫度的設計影響頗太.例如,一個82cm,寬1.27cm商0.39cm的矩形對開孔模,當模具柬端溫度超過200c時,拉擠速度就必須下降(在431m/min以下),否則,會因為樹脂固化的副產(chǎn)物水在快速拉擠下,不能全部逸出,高溫下會迅速汽化膨脹而在制品內(nèi)留下空洞.氣袍,嚴重影響制品的性能

5、.上述矩形對開式金羈模的三段電熱板長度分別是15cm,40cm及15cm,電熱板等距離的安裝在模具的兩側(cè).j.樹脂膠液配鈳3.1膠液配方(見表1)表l拉擠】fi酚醛腔液配此甲階酚醛柑脂對甲蘋磺醢聚丙烯醇alo0滑石粉二氧化硅囂篙勰囂囂lo試卻l級i65平均分子量200300i65硅婉型偶聯(lián)劑ll3比重2.7ll,ll3o比重2.1ij對甲苯磺酸系作為固化劑,也可用苯酚磺酸,磷酸等.用量為樹脂的2和一10%(wt),最好是4%一8%.聚丙烯醇系作改性劑,亦可用多價的醇類二價醇或多價醇的用量占樹脂重量的15%以下較為理想.加入偶聯(lián)劑a-11o0的目的是改善樹脂和纖維的浸潤狀態(tài).滑石粉和二氧化硅系作

6、為填料,以降低成本,也可改善拉擠制品的物理機械性能.用量為樹脂重量的5%一10曬3.2膠液的配制甲階段酚醛樹脂交聯(lián)程度低,用于拉擠成型時固化時間長,反應釋放的低分子物多,在高溫下不可避免要形成氣泡或空穴.為此對膠液采取預處理以提高交聯(lián)程度.具體做法是將上述表1配方中除填料以外的其他組分先進行充分混合,在701o0下最好是8595下連續(xù)攪拌1224小時,讓其預反應以提高交聯(lián)程度,終點室溫下粘度為35pa?s來控制.此時,樹脂的固體含量約85%,游離醛含量在2%以下.待預聚膠液冷卻之前加入無機填料,充分攪拌后可傾入拉擠成型用的浸漬槽中.浸潰槽需有保溫加熱措施,保持浸漬膠液溫度在55左右,此時樹脂膠

7、液的粘度以1.21.spa?s最為合適.當然,膠槽溫度越高,樹脂粘度越低,而隨著加熱時間的延長,樹脂粘度又逐漸增高.例如,在55的膠槽中,樹脂的初始粘度為1.3pa?s左右,4小時以后,樹脂粘度升至1,6pa?s,8小時后,粘度可達2pa?s.而當膠槽溫度升至90時,樹脂初始粘度為1pa?s,4小時后即上升至2pa?s.所以提漬槽的樹脂溫度要隨拉擠制品的尺寸,形狀,纖維的種類和用量,拉擠速度等的變化作相應的調(diào)整.4.拉擠成型增強材料通過樹脂浸漬槽被樹脂充分浸漬后,連續(xù)進入金屬模中.多余的膠液由模具的入口處除去.在加熱的金屬模具中,拉制制品逐步定型并固化.制品可根據(jù)需要切割成一定長度.5.影響拉

8、擠制品性能的因素5.1摸具溫度和拉制速度的影響衰2是在不同模具溫度和不同拉制速度下所得制品的彎曲強度,制品的玻璃纖維含量為6o嘧(體積).由表2數(shù)據(jù)可見,當模具溫度高于200,拉制速度超過70cm/min時,由于體系固化反應的副產(chǎn)物水不能及時排出而在模具的出口處急速膨脹,在制品內(nèi)部產(chǎn)生了大量空穴和氣泡,因而制品的力學性能沒有測定.5.2啟固化對制品性能的影響酚醛樹脂的拉擠成型,其固化過程屬縮聚反應,因此固化程度不可能達到不飽和聚酯和環(huán)氧樹脂那樣高.為了提高制品的性能,必須進行后固化處理后固化處理的溫度和時間一般在1o0,12小時以上就能滿足要求用2002:3,12小時則更佳.表2酚醛扛持制品的

9、彎曲性能與槌溫,速度的關(guān)系(單位:mpa)拉制速度(t.i.ili)表3是金屬模溫度為16019017o,拉擠速度為11ocm/min時所得的制品經(jīng)不同時間,不同溫度下后固化所測得的彎曲強度和沖擊強度.沖擊強度采用擺錘式?jīng)_擊試驗強進行測試,試樣規(guī)格為長寬高(12.70.1)1.27o.25(cm)的帶缺口試件喪3不同后固化溫度和時問下的彎由強度和沖擊強度32b.238t.548335l5.0553.71100l90.62i3.t2280246.435.843it42204316448.9l50l45.2150.0【5【.1is9【l5544433393044684so03t02200191.2

10、ll9.0l54.91613170.9注:a一彎曲強度,mpa:b一沖擊強度,j/m.表4是表3中經(jīng)1,24,ix時后固化處理的制品與未經(jīng)后固化處理的制品在不同溫度下的介電常數(shù)值.表4后固化址理呻介電常數(shù)的影響處情i哥li50i.i.t!,竺!苧里蘭i_蘭l8_!蘭l竺一束經(jīng)后同化i6.42l6.729.37l10.由表3,4可見,經(jīng)過后固化處理后,酚醛拉擠制品的機械性能矛l介電性能顯著提高.綜上所述,酚醛樹脂用作增強塑料拉擠制品的基體時,對樹脂應做適當?shù)臒崽幚?以提高交聯(lián)程度,使之在拉擠成型時既可提高固化速度,又可大大減少固化過程中釋放出來的水,因而在拉擠的速度范靨內(nèi)就能驅(qū)趕出水分而不致在制品內(nèi)部留下氣泡或空穴.同時,拉擠模具采用特殊的三段式加熱,同樣有利于提高生產(chǎn)效率.對于拉擠制品,必須在臺適的溫度下經(jīng)過一段時問的后固化處理,可顯著地改善制品的性能.(i英國專利(2)美國寺剃(3)美國專剃(4)姜國專利(5)日本專利參考文獻136327t44i944058t2gi324784平r-235t20好,輕質(zhì),且濕練肘,耐剪切性強屏蔽作用不電磁波屏蔽用材料因溫度,濕度等環(huán)境變化而改變,顯示出較高的穩(wěn)