热固性塑料
酚醛树脂的成型加工
成型加工方法主要有模压成型、层压成型、泡沫成型。 成型性好,但收缩及方向性比氨基树脂大,并含水分等挥 发物。成型前应预热,成型时应排气,否则需提高模温和成 型压力; 模温对流动性影响大,>160℃时流动性迅速下降; 固化速度比氨基树脂慢,固化时放热量大,而导热系数低。 大型厚壁制件内部易过热,导致固化不均。
1.加成生成多种羟甲基酚
OH OH
CH 2OH
CH 2OH
OH CH 2OH
CH 2OH
HOH 2C
OH CH 2OH
2.缩聚
CH 2OH
控制反应程度,可得
OH H2 OH
C
CH 2OH
线型结构,可 溶于丙酮、乙 醇的甲阶树脂
带支链、部分交联、有 弹性,加热软化而不融 化的固态乙阶树脂;
立体网状结构, 不溶不熔的固 体丙阶树脂
酸性条件(pH<7) 下,甲醛与苯酚摩尔比小于1(0.8)时缩 聚而成的一种线性树脂,可溶、可熔,分子内不含羟甲基。
其聚合度与苯酚用量有关,一般为4 ~12。因分子内不含 羟甲基,受热时只能熔融,不会自行交联。
依pH值大小,可得两种分子结构热塑性酚醛树脂: 通用型酚醛树脂
强酸条件下(pH<3),缩聚主要通过酚基的对位实现, 因此保留的活性点邻位多、对位少,而酚基邻位活性小, 对位活性大,因此后固化速度较慢。
耐电弧,耐燃。
模塑料主要用于色泽鲜艳的日用品、装饰品及电器零件, 如餐具、发卡、电器插座、钟表外壳等。
三聚氰胺甲醛树脂MF
由三聚氰胺(密胺)与甲醛缩聚合成的氨基树脂,又称密胺 树脂。
由于分子结构中具有三氮杂环结构,并有多个可进行交联 的活性基团,因此其固化产物的耐热性、耐湿性及力学性能 均优于UF。 表面硬度高,耐污染,色浅,可自由着色,广泛用于餐具、 医疗器械; 可在沸水中长期使用,短期使用温度可达150~200℃ ; 介电性能良好,耐电弧性突出。
酚醛树脂的固化
热固性酚醛树脂的固化 热压法固化(温度145~175℃)
热压过程产生溶剂、水分、甲醛等挥发分,需较大成型压 力加以排除,否则制品内易形成气泡和微孔;
热压中产生挥发分越多、温度越高,所需成型压力越大。 室温固化
用作粘合剂及浇注树脂时采用; 需加入酸类固化剂:盐酸、磷酸、对甲苯磺酸、苯酚磺酸
2.4.3 环氧树脂
分子中含有两个或以上环氧基团的线形高分子化合物, 其相对分子质量一般不高。经与多种类型的固化剂发生交联 反应制得具有不溶不熔性质的三维网状聚合物,英文名称为 Epoxy resin,简称EP。
环氧树脂产量大、品种多,具有一系列优异性能,可用 作胶黏剂、涂料、纤维增强树脂基复合材料基体,广泛应用 于机械、电机、化工、航空航天、汽车、建筑等领域。
目前工业上以UF和MF为主。
脲甲醛树脂UF
由脲(尿素)与甲醛缩聚合成的氨基树脂,经加成和缩聚 两步得到线形或带支链的预聚物,加热或加入草酸、苯甲 酸等固化剂交联成型。可用作模塑料、层压塑料、泡沫塑 料,还大量用作粘合剂、织物处理剂、涂料等。 透明,表面粗糙度低,易着色,固化后无毒、无臭、无味; 表面硬度高,耐刮伤,俗称电玉; 耐热性较差,长期使用温度≤70 ℃ ; 耐弱酸弱碱及油脂等介质,易吸水,吸湿后制品会发生变形 及裂纹;
使用温度比热塑性塑料高,高温下分子链不产生相对流动。
蠕变性小,形状稳定、绝缘性好、物理力学性能和老化性能 均优于热塑性塑料。
2.4.1 酚醛树脂
凡是酚类化合物与醛类化合物经缩聚反应制得的树脂统 称酚醛树脂,英文名称Phenolics resin。 常见酚类化合物有苯酚、甲酚、二甲酚、间苯二酚; 常见醛类化合物有甲醛、乙醛、糠醛。
最重要的酚醛树脂是苯酚和甲醛的缩聚产物,英文名称 Phenol-Formaldehyde,简称PF,是最早(1909年)实现 工业化的树脂品种。
通过控制原料苯酚和甲醛的物质的量比及体系pH值,可 合成两种性质不同的酚醛树脂: 热塑性酚醛树脂 热固性酚醛树脂
酚醛树脂的合成 热塑性酚醛树脂的合成
2.4.2 氨基树脂
含有氨基或酰胺基团的化合物与醛类化合物缩聚反应制得 的树脂统称氨基树脂,英文名称Amino resin,简称AF。 脲甲醛树脂(Urea Formaldehyde resin,简称UF) 三聚氰胺甲醛树脂(Melamine Formaldehyde resin,简称MF) 脲三聚氰胺甲醛树脂(简称UMF) 苯胺甲醛树脂
热塑性酚醛树脂的固化 加入固化剂甲醛或六次甲基四胺,与酚基活泼氢反应; 加入热固性酚醛树脂,其分子中的羟甲基与酚基活泼氢反应;
酚醛树脂的性能
强度及弹性模量比较高,长期经受高温后强度保持率高。质 脆,抗冲击性能差。 使用温度高,经玻纤和石棉填充最高使用温度可达180 ℃ 。 耐化学药品性能优良,可耐有机溶剂和弱酸,但不耐强酸和 强氧化剂,由于酚羟基的存在,耐碱性差。 吸水性较大,吸湿后制品会膨胀,产生内应力,出现翘曲。 电缘性较好,绝缘电阻和介电强度高,是优良的工频绝缘 材料,俗称“电木”。但介电常数和介电损耗较大,且电性能 受温度及湿度影响。 蠕变小,尺寸稳定,阻燃性好,发烟量低。
2.4 热固性树脂
热固性树脂/塑料:受热熔化成型的同时发生固化发应,使 可流动的线型或支化型分子转变成三维立体网状结构,再受 热不能熔融,也不在溶剂中溶解的树脂/塑料。 热固性塑料一旦固化,改变形状只能靠切、削等二次加工。
交联前,分子链上有两个以上可参加反应的基团;交联后, 分子间相互交叉连接,成为三维网状结构。
环氧树脂的特性
具有多样化的形式:从极低粘度的液态到高熔点固体; 粘附力强:极性羟基、醚键和环氧基团的存在,使其对 金属、木材等各种物质具有突出的粘附力,称“万能胶”; 收缩率低:固化过程为加成反应,没有水或其它挥发性 产物放出,收缩率≤2%,比PF、UP低; 力学性能:因含大量极性基团,固化后结构紧密,强度 高、模量大,力学性能优良,但脆性大; 化学稳定性:优良的耐酸、碱和溶剂性; 电绝缘性:宽广的温度和频率范围内,具有高介电性能、 耐表面漏电、耐电弧性。
高邻位酚醛树脂 用某些特殊的金属碱盐作催化剂,pH=4 ~7时,缩聚
主要通过酚基的邻位实现,保留了活性大的对位,可快速 固化,固化速度比通用型快2 ~3倍,制得的模压制品热刚 性更好。
热固性酚醛树脂的合成 碱性条件(pH=8~11) 下,甲醛与苯酚摩尔比大于1
(1.1 ~1.5)时缩聚而成。