摘 要

酚醛泡沫是由酚醛树脂通过特定的发泡工艺得到的一种多功能的泡沫塑料材料，由于它有轻质、防火、隔热、隔音、高比强度、导热系数低、绝缘等优异性能，且酚醛泡沫耐热、难燃、自熄、耐火焰穿透、遇火无滴落物，是墙体保温材料的绝佳选择，但是由于酚醛泡沫由酚醛树脂发泡而来，酚醛树脂分子结构上，与亚甲基连接的刚性芳环紧密堆砌，使得酚醛泡沫具有硬脆、易粉化、结构不稳定、易掉渣，影响了酚醛泡沫的应用，所以需要对它进行改性增韧，从而使之能够被应用到更加广泛的领域。

玻璃纤维、碳纤维、石棉纤维三种无机纤维难燃、材料易得、前期处理简单，是很好的增韧材料，所以本实验通过改变酚醛树脂合成中85℃温度下反应时间，并测试其各种性能以确定最优的反应时间，然后以前面得到的最优的酚醛树脂为基体，玻璃纤维、碳纤维、石棉纤维为增韧材料研究了不同比例、不同种类的纤维对酚醛泡沫吸水率、掉渣率、垂直于板面方向的拉伸强度等性能的影响。研究表明，反应时间为4小时是最佳反应时间，各个性能最优。由于纤维种类的不同，各种纤维的加入最佳比例也不同，例如当石棉纤维的加入量为树脂质量的1%时能够得到最佳性能的改性泡沫，而玻璃纤维和碳纤维加入量分别为树脂质量的2%和0.5%时改性泡沫达到了最优性能。

关键词：酚醛泡沫；增韧；无机纤维

Abstract

Phenolic foam is a kind of multifunctional foam material which is prepared by foaming . It exhibits excellent comprehensive properties, including light weight, low thermal conductivity coefficient, flame resistance without incorporating any fire-retardantadditives, nondroping during combustion, heat-resisting, fire-retardant, self-extinguish and insulative. So it is a perfect candidate for the thermal insulation material of walls. However, since it is foaming by phenolic resin which has a molecular structure of methylene connected rigid aromatic ring piled up closely, phenolic foam is stiff and brittle, easy to pulverization, and easy off slag, which have a bad impact for its application. In order to make the phenolic foam have a wider range of applications, it is necessary to toughening modified it.

Glass fiber, carbon fiber and asbestos fiber are all great toughening materials which are easily available and simple for their early treatment. In this experiment, we first investigated the effect of reaction time on the performance of the phenolic resin at 80^oC and the optimal reaction time was obtained. Then basing on this optimal time and the three kinds of inorganic fibers as the toughening materials, the influence of the three inorganic fiber on the performance of those different foam was studied. The experimental results showed that the phenolic resin reacting 4hour had the best performance. For foam, different kind of fiber had different influence on the property of phenolic foam. The best amount was 0.5%, 2%, and 1% when carbon fiber, glass fiber and asbestos fiber as the flexibilier respectively.

Key words: phenolic foam; modified toughening; inorganic fiber

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2酚醛树脂概况 2

1.2.1酚醛树脂的发展历史 2

1.2.2国内外酚醛树脂的发展以及应用概况 2

1.2.3酚醛树脂的分类 3

1.3 酚醛泡沫的概况 4

1.3.1酚醛泡沫的制备原料 4

1.3.2酚醛泡沫的制备工艺 6

1.3.3酚醛泡沫的改性 7

1.3.4酚醛泡沫的应用及其发展状况 8

1.4课题研究的目的意义 9

1.5 课题研究的主要内容 10

第二章 实验部分 11

2.1酚醛树脂的合成 11

2.1.1合成机理 11

2.1.2实验药品与仪器 12

2.1.3 酚醛树脂的合成 13

2.2 酚醛泡沫的制备及其改性 13

2.2.1实验药品与仪器 13

2.2.2无机纤维的偶联处理 14

2.2.3 酚醛泡沫的制备工艺 14

2.2.4 酚醛泡沫的改性 15

2.3 酚醛树脂及酚醛泡沫的测试与表征 15

2.3.1酚醛树脂粘度测试 15

2.3.2酚醛泡沫拉伸强度测试 15

2.3.3 酚醛泡沫吸水率测试 16

2.3.4酚醛泡沫掉渣率测试 16

第三章 结果与讨论 17

3.1不同反应时间对酚醛泡沫性能的影响 17

3.2无机纤维加入条件对泡沫性能的影响 19

3.3无机纤维种类和纤维加入比例对泡沫性能的影响 20

第四章 结论与展望 23

4.1结论 23

4.2展望 23

参考文献 24

致 谢 25

第一章 绪论

1.1研究背景

随着人类社会的不断进步，人民的生活水平得到很大的提升，需要用到能源的地方也越来越多，能源问题也越发引起人们的注意，而且中国作为世界上人口最大的国家，能耗的问题更加严重，这其中有非常大的一部分能耗就在建筑的制冷和保温问题上，这使外墙保温材料逐渐引起人们的注意，越来越多的人投入到研究外墙保温材料的队伍中来，高效的外墙保温材料的出现，可以有效减少石油、煤、天然气等能源的消耗，从而减少了二氧化碳、二氧化硫等温室气体及粉尘等的排放，使节能减排、保护环境更加顺利进行，使人们有一个更加舒适更加理想的生活环境。

我国目前使用的外墙保温材料多为聚苯乙烯泡沫板（EPS板）、聚氨酯板等，它们符合外墙保温材料需要较好的机械强度和较好的绝缘性能的条件，故而得到了广泛的应用。然而，EPS板或聚氨酯板的可燃性也限制了它们的应用。EPS板极易燃烧，而且在燃烧的过程中会有大量的有毒气体如一氧化碳、苯乙烯、混合芳香烃等产生，使在火灾中的人窒息、中毒^[1]，EPS板在燃烧时还会产生大量的滴落物，引燃其他物体，从而扩大灾情，阻碍火灾救援工作，造成了很多的惨剧的发生。例如，2009年，在建的北京市央视大楼新址发生特大火灾，大火持续了6个小时，造成直接经济损失16383万元；2010年，上海市静安区胶州路教师公寓发生特大火灾，导致42人遇难；2015年1月2日13，位于黑龙江省哈尔滨市道外区太古头道街的北方南勋陶瓷大市场的三层仓库起火，过火面积1.1万平方米。这些火灾之所以找出造成较大损失，与其使用易燃的保温材料，这些保温材料燃烧产生滴落物，扩大火势有不可分割的关系。所以，研究出一种隔热、防火性能良好而且又节能的外墙保温材料迫在眉睫。

酚醛泡沫是由酚醛树脂通过发泡而得到的一种泡沫型材料，有“第三代新兴保温材料”之称。它防火、隔音、隔热效果好，有较高的比强度、较低的导热系数，密度最低仅为30~40kg/m³，而且，酚醛泡沫阻燃效果明显，不燃烧，高温遇火无滴落物，这能有效防止火势的蔓延，使之成为目前泡沫保温材料中发展最快的品种，被称为“保温之王”^[2]，也越来越受到人们的重视。

1.2酚醛树脂概况

1.2.1酚醛树脂的发展历史

酚醛树脂（phenolic resins，简称 PF）是由酚类化合物如苯酚、甲酚、混甲酚、壬基酚、二甲酚、腰果酚、芳烷基酚、双酚 A 或几种酚的混合物，和醛类化合物如甲醛、多聚甲醛、糠醛、乙醛以及几种醛的混合物等经加成和缩聚合成的一种合成树脂。其中苯酚-甲醛树脂是应用最多，应用范围最广的一种树脂^[3]。