C-C復(fù)合材料用高成炭率酚醛樹脂的制備及其耐熱性能的研究.pdf

1、本文以甲醛和苯酚為原料，氨水為催化劑制備C/C復(fù)合材料用高成炭率酚醛樹脂(Phenolic Formaldehyde 簡稱PF)。系統(tǒng)地考察了甲醛/苯酚摩爾比、反應(yīng)溫度、保溫時間等工藝參數(shù)對酚醛樹脂的收率、固含量、游離甲醛含量、粘度、固化損失率以及成炭率等的影響，確立了制備高成炭率酚醛樹脂的工藝方法和工藝條件。同時結(jié)合傅立葉變換紅外光譜(FTIR)、熱重(TG)、示差掃描量熱分析(DSC)和固體核磁共振(13C-NMR)等分析測試手段，

2、探討了酚醛樹脂的內(nèi)在結(jié)構(gòu)與其熱穩(wěn)定性和成炭率之間的關(guān)系，找出了影響酚醛樹脂成炭率的主要結(jié)構(gòu)因素。
　　 研究結(jié)果表明，在酚醛樹脂的制備過程中，甲醛/苯酚摩爾比、反應(yīng)溫度、保溫時間是影響其內(nèi)在結(jié)構(gòu)和性能的主要工藝因素。隨著甲醛/苯酚摩爾比的增大，反應(yīng)溫度的升高，保溫時間的延長，酚醛樹脂的粘度逐漸增大，固化損失率和成炭率均呈先增大后減小的變化規(guī)律。制備高成炭率酚醛樹脂的最佳工藝條件為甲醛/苯酚摩爾比1.2:1，反應(yīng)溫度90 ℃，保溫

3、時間25 min。該工藝條件下制備的酚醛樹脂在700 ℃氮氣氣氛下的成炭率高達73.8[％]。與市售普通酚醛樹脂(成炭率57.5[％])相比，自制的氨酚醛樹脂具有更好的耐熱性能和更高的成炭率。
　　 通過對酚醛樹脂成炭率與其內(nèi)在結(jié)構(gòu)的關(guān)系探討，發(fā)現(xiàn)酚醛樹脂結(jié)構(gòu)中不同取代位亞甲基的相對含量是影響酚醛樹脂耐熱性能和成炭率的主要因素。P-P'位亞甲基的熱穩(wěn)定性高于O-O'位亞甲基，O-O'位亞甲基的存在會降低酚醛樹脂的熱穩(wěn)定性，但O-

4、O'位亞甲基有利于酚環(huán)烷化成環(huán)，在一定程度上可以提高樹脂的成炭率。
　　 為了進一步提高酚醛樹脂的耐熱性能和成炭率，使其更適合用作C/C復(fù)合材料的樹脂炭基體，還采用以下三種方法對自制的高成炭率氨酚醛樹脂進行了改性研究。一是在氨酚醛樹脂分子鏈中分別引入兩種具有反應(yīng)性官能團的活性稀釋劑——水楊醛和苯甲醛，通過形成新的共軛體系提高酚醛樹脂的成炭率；二是在酚醛樹脂的分子結(jié)構(gòu)中引入硼酸，改變其分子結(jié)構(gòu)，生成鍵能較高的硼酯鍵以提高酚醛樹脂的