新型改性低毒脲醛树脂的合成及其UF/SF复合材料的制备研究

来源 :桂林工学院 桂林理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sdadlu
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本论文选用六亚甲基四胺做催化剂,用聚乙烯醇、三聚氰胺和硫脲作为改性剂,采用三次投料的工艺对脲醛树脂(UF)进行改性,通过优化配方,最后找出制备改性低毒的UF树脂最佳配方和工艺,按照GB/T 14074.1~13-93的检测标准,对自制的改性树脂进行性能检测,并借助FTIR、DSC等手段以及应用Kissinger理论对UF的结构和固化动力学进行探讨;对剑麻纤维进行碱处理、爆破处理,并对其结构和性能进行表征;用模压成型法制备出UF/SF复合材料,通过测试复合材料的静态力学性能、蠕变、应力松弛、热稳定性能、吸水性能以及电性能等,研究了固化剂施用量、UF的含量、UF树脂性能、剑麻处理方式对其性能的影响;对复合材料的断裂面、磨损面进行电镜扫描(SEM)分析,探讨了其宏观力学性能和耐磨性能产生的原因和作用机理。通过上述内容的研究,主要得出以下结论: (1)由优化配方实验可知,甲醛与尿素的摩尔比为1.2:1,三聚氰胺、聚乙烯醇和硫脲加入量分别为2.0%、1.5%和1.0%时UF树脂性能最佳,甲醛含量降低到了0.10%,树脂贮存稳定性好,贮存期大于80d,粘度、固含量等综合性能优良。 (2)固化实验研究结果表明,改性UF较普通UF能在较低温度下固化。改性树脂的固化峰的起始温度位于60.0℃,最高温度位于94.7℃,终止温度位于104.0℃,分别比未改性树脂的提前了57.1℃、23.4℃、22.8℃,这说明加入改性剂后,UF树脂的结构发生了改变,改性后的UF树脂对固化的工艺条件要求降低,在较低温度下就能固化,达到降低成本的要求;应用Kissinger理论对树脂固化动力学研究表明,改性UF树脂的表观活化能Ea=88.51367 kJ/mol,频率因子A=5.6×10<8>。 (3)DSC分析及对不同固化剂施用量的复合材料的性能测试都表明,改性UF固化剂氯化铵最佳施用量范围为1.0%~1.5%。用量为1.0%时,复合材料的耐冲击强度达到12.39 kJ/m<2>;耐磨性能最优,磨损体积仅为1.47×10<-6>m<3>,固化剂增加到3.0%时,其磨损体积增加42倍多:固化剂施用量为1.5%时,弯曲性能最好,硬度最高,弯曲强度达到了71.26MPa。 (4)研究发现,改性脲醛树脂用量为30%~40%时复合材料性能最好,效果最佳。UF树脂为30%时,冲击强度最大,达到12.24 kJ/m<,2>,是50%时的2.7倍;当UF用量为40%时,其弯曲强度、弯曲模量、比强度、比模量分别是15%用量的2.86倍,1.97倍,2.79倍,1.92倍;而UF用量为15%的复合材料磨损体积是40%的20.5倍。 (5)实验表明,树脂改性和剑麻改性均能提高复合材料的力学性能。UF2/SF3复合材料的比强度为36.04MPa·cm<3>/g,UF1/SF1的比强度为9.03 MPa·cm<3>/g,前者比后者提高了300%;UF2/SF1复合材料的弯曲模量、冲击强度分别比UF1/SF1复合材料的提高了201%、107%;UF1/SF3的磨损体积是UF2/SF3的3.27倍; UF2/SF2、UF2/SF3的比强度分别比LIF2/SF1提高了46.0%、37.0%;加入改性脲醛树脂的复合材料有较好的蠕变和应力松弛。 (6)树脂改性及剑麻的表面处理对复合材料的热性能、吸水性能及电性能都有一定的影响。UF的改性和剑麻碱处理都提高了UF/SF的耐水性和电性能,对复合材料的热稳定性影响不大。 (7)电镜扫描图从微观上很好地解释了各种UF/SF复合材料宏观性能不同的原因。
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