C-C復(fù)合材料用高成炭率酚醛樹(shù)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(shù)脂(Phenolic Formaldehyde 簡(jiǎn)稱PF)。系統(tǒng)地考察了甲醛/苯酚摩爾比、反應(yīng)溫度、保溫時(shí)間等工藝參數(shù)對(duì)酚醛樹(shù)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(shù)脂的工藝方法和工藝條件。同時(shí)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(cè)試手段，

2、探討了酚醛樹(shù)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(shù)脂成炭率的主要結(jié)構(gòu)因素。
　　 研究結(jié)果表明，在酚醛樹(shù)脂的制備過(guò)程中，甲醛/苯酚摩爾比、反應(yīng)溫度、保溫時(shí)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(shí)間的延長(zhǎng)，酚醛樹(shù)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(shù)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(shí)間25 min。該工藝條件下制備的酚醛樹(shù)脂在700 ℃氮?dú)鈿夥障碌某商柯矢哌_(dá)73.8[％]。與市售普通酚醛樹(shù)脂(成炭率57.5[％])相比，自制的氨酚醛樹(shù)脂具有更好的耐熱性能和更高的成炭率。
　　 通過(guò)對(duì)酚醛樹(shù)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(shù)脂結(jié)構(gòu)中不同取代位亞甲基的相對(duì)含量是影響酚醛樹(shù)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(huì)降低酚醛樹(shù)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(shù)脂的成炭率。
　　 為了進(jìn)一步提高酚醛樹(shù)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(shù)脂炭基體，還采用以下三種方法對(duì)自制的高成炭率氨酚醛樹(shù)脂進(jìn)行了改性研究。一是在氨酚醛樹(shù)脂分子鏈中分別引入兩種具有反應(yīng)性官能團(tuán)的活性稀釋劑——水楊醛和苯甲醛，通過(guò)形成新的共軛體系提高酚醛樹(shù)脂的成炭率；二是在酚醛樹(shù)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(shù)脂的