尖端領域使用的酚醛樹脂特性分析

酚醛樹脂（PF），英文名稱phenolic resin，也叫電木，又稱電木粉。酚醛樹脂為黃色、透明、無定形塊狀物質，因含有游離酚而微紅色，相對密度1.25 - 1.30。酚醛樹脂易溶于丙酮、酒精等有機溶劑中，不溶于水，對水、弱酸、弱堿溶液穩定但是遇強酸發生分解，遇強堿發生腐蝕。市售產品中加入色母或者著色劑而呈紅、黃、黑、綠、棕及藍等顏色，產品形態為顆粒或者粉末。

酚醛樹脂的合成

1872年，德國化學家拜爾（A. Baeyer)首先合成了酚醛樹脂。1907年，比利時裔美國人貝克蘭提出酚醛樹脂加熱固化法，使酚醛樹脂實現工業化生產。1910年，德國柏林建成世界第一家合成酚醛樹脂的工廠，開創了人類合成高分子化合物的紀元。

酚醛樹脂是酚類(苯酚、甲酚、二甲酚、叔丁酚及間苯二酚等)與醛類(甲醛、糠醛等)經催化劑、固化劑作用，經加成縮合反應制備而成的高分子聚合物。以苯酚、甲醛為原料，經酸或堿催化劑作用，加成縮聚，再經中和、水洗制成目標樹脂。根據所用的原料、催化劑、反應條件以及反應體系的區別，可以分別制備不同的酚醛樹脂，涵蓋熱固性樹脂和熱塑性樹脂。酚醛樹脂形態可以為黃色、深棕色的液體。

酚醛樹脂高分子材料特點

酚醛樹脂是最先人類合成的高分子材料之一，因此，酚醛樹具備高分子材料的基本特點。酚醛樹脂材料特點：1、相對分子量大，具備聚合物所需要的分子量，且分子量分布呈多分散性；2、聚合物分子結構具有多樣性，采用不同的反應條件可以制備成線型、支鏈型以及網狀結構；3、分子結構的多樣性，決定了聚合不同的性能以及加工性能。其中，線型、支鏈型為可加工型，目標樹脂可溶可熔可流動便于加工，網狀結構結構失去加工性能，但是可以針對具體產品形態，在制備階段進行加工改造；4、酚醛樹脂不能進行加熱蒸餾等方式進行純化，高溫會導致樹脂裂解，甚至碳化。

酚醛樹脂高分子材料使用特性

1、耐高溫性能

酚醛樹脂最重要的特征就是耐高溫性，即使在非常高的溫度下，也能保持其結構的整體性的尺寸的穩定性。 其中，耐高溫性能中最終的特點就是瞬時耐高溫燒蝕性能。

酚醛樹脂在200 ℃以下能夠穩定使用，使用溫度超過200  ℃，發生明顯氧化；340-360  ℃，進入熱分解階段；600-900 ℃，釋放出CO、CO2、H2O、苯酚等物質。通過進行化學改性，使用溫度還能提高更高。由于其所具有的高溫性能，尤其是瞬時耐高溫燒蝕性能，酚醛樹脂才被應用于一些高溫領域，例如：耐火材料，摩擦材料，黏結劑的鑄造行業。

2、黏結強度高

酚醛樹脂的分子結構中具有酚羥基結構，能與多種有機或無機填料相容且潤濕速率特別快，因而作為一種重要的黏結劑主體原料。同時，酚醛樹脂熱固交聯后，可以為主體材料提供所需要的機械強度、耐熱性能以及電性能，從而備受青睞。

所制備的酚醛樹脂的水溶性樹脂或者醇溶性樹脂，可以進水、醇形成溶液，用于浸漬紙、棉布、玻璃、石棉和其他類似的物質為它們提供機械強度，電性能等。典型的例子包括電絕緣和機械層壓制造，離合器片和汽車濾清器濾紙。

3、高殘碳率 

殘碳率：某一種有機材料（通常指酚醛樹脂及其衍生物）在一定的高溫下分解后殘留下來的物質重量與原物質重量的百分比。目前殘炭率最高的有機材料是酚醛樹脂及其衍生物。一般酚醛樹脂的殘炭率都在50%以上，經過特殊處理得酚醛樹脂的殘炭率可以達到80%以上。

惰性氣體，溫度1000℃時，酚醛樹脂會產生很高的殘碳率，有利于維持酚醛樹脂結構的穩定性，也是酚醛樹脂廣泛應用于耐火材料領域的重要原因。

4、耐酸堿、耐藥性強

酚醛樹脂雖然對強酸、堿具有不可抗性，但是弱酸堿還是可以的。同時，酚醛樹脂交聯后，可以抵制任何化學物質的分解。例如汽油，石油，醇，乙二醇和各種烴類化合物。

5、低煙無毒

酚醛樹脂在燃燒中，燃燒體系只會產生氫氣、烴類化合物、水蒸氣和碳氧化物，不含有毒害性物質如：二噁英等。高溫酚醛樹脂分解所產生的煙量也相對較小，因此，酚醛樹脂屬于低毒性物質。

鑒于酚醛樹脂的安全特性，酚醛樹脂材料也廣泛應用于公共運輸和安全要求非常嚴格的領域，如礦山，防護欄和建筑業等。

 酚醛樹脂改性方向

1、熱處理：熱處理能夠提高固化樹脂玻璃化轉變溫度，改善提高樹脂的各項性能。酚醛樹脂經熱處理后，可以提高提高交聯樹脂的流動性促使反應進一步發生，同時也可以除去殘留的揮發酚，降低收縮、增強尺寸穩定性、硬度和高溫強度。同時，樹脂也趨向于收縮和變脆。

2、聚乙烯醇縮醛改性酚醛樹脂：提高樹脂對玻璃纖維的粘結力，改善酚醛樹脂的脆性，增加復合材料的力學強度，降低固化速率從而有利于降低成型壓力。改性后酚醛樹脂性能取決于：1)、聚乙烯醇縮醛的分子量；2)、聚乙烯醇縮醛分子鏈中羥基、乙酰基和縮醛基的相對含量；3)、所用醛的化學結構。

3、聚酰胺改性酚醛樹脂：改性用聚酰胺為一類羥甲基聚酰胺，所含有的羥甲基或活潑氫在樹脂合成過程中或者固化過程中形成化學鍵達到改性目的。改性后酚醛樹脂具有高沖擊韌性和粘結性，以及加工流動性，保持了酚醛樹脂優點。

4、環氧改性酚醛樹脂：改性是通過酚醛樹脂中的羥甲基與環氧樹脂中的羥基及環氧基進行化學反應，以及酚醛樹脂中的酚羥基與環氧樹脂中的環氧基進行化學反應，最后交聯成復雜的體型結構。改性后樹脂具有優良的粘結性、耐熱性，也增強了樹脂的脆性。
 
5、有機硅改性酚醛樹脂：通過使用有機硅單體與線性酚醛樹脂中的酚羥基或羥甲基發生反應來改進酚醛樹脂的耐熱性和耐水性。改性后復合材料工作溫度提高至200～260℃，為瞬間耐高溫材料，作為火箭、導彈等燒蝕材料。

6、硼改性酚醛樹脂：改性樹脂中引入無機硼，提高樹脂的耐熱性、瞬時耐高溫性能、力學性能和耐燒蝕性，可以用于火箭、導彈和空間飛行器等空間技術領域作為優良的耐燒蝕材料。

7、二甲苯改性酚醛樹脂或二苯醚甲醛樹脂：二甲苯改性酚醛樹脂是在酚醛樹脂的分子結構中引入疏水性結構的二甲苯環，提高樹脂的耐水性、耐堿性、耐熱性以及電絕緣性；二苯醚甲醛樹脂是用二苯醚代替苯酚和甲醛縮聚而成的，二苯醚甲醛樹脂的玻璃纖維增強復合材料具有優良的耐熱性能，可用作H級絕緣材料，它還具有良好的耐輻射性能，吸濕性也很低。

酚醛樹脂應用領域

酚醛樹脂具有良好的耐酸性能、力學性能、耐熱性能，廣泛應用于涂料、防腐蝕工程、膠黏劑、阻燃材料及砂輪片制造等行業。
酚醛樹脂涂料是由酚醛樹脂及其改性產物配制而成，有醇溶性、松香改性及純酚醛樹脂涂料等類型。其特點是耐磨、耐水、耐潮、耐酸堿腐蝕、絕緣性好且干性快等。廣泛用于涂裝木器、家具、建筑物、船舶、機械及電機等方面。

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