摘 要

酚醛泡沫（Phenolic Foams）一种性能十分优异的节能防火材料，它具有燃烧时低烟，无毒，导热系数低，难以燃烧等特点，常常被用于高层建筑的节能、防火，交通运输以及船舶运输的隔热、航空航天的耐高温的场所。耐高温酚醛泡沫兼具低密度、高耐热的优良性能，经过高温处理后仍能基本保持其性能优点。

本文通过无机填料的改性和加入纤维来增强酚醛泡沫复合材料的相关性能，研究了酚醛泡沫的发泡工艺、发泡配方。确定了酚醛树脂发泡较为适宜的工艺条件：将充分混合后的树脂体系在85℃下固化30min，相同温度下后固化1.5h，从而制备出性能优异的酚醛泡沫复合材料。

在确定酚醛泡沫最佳发泡工艺条件的前提下，本文研究了无机填料白云母的用量对泡沫性能的影响。实验发现：无机填料白云母的用量影响到制品的表观密度、压缩强度、导热系数和耐高温性。随着无机填料白云母的用量的增多，制品表观密度、压缩强度、导热系数和耐高温性都呈现出上升趋势。

为了改善酚醛泡沫材料力学性能上的缺陷，如：脆性大、易粉化、易掉渣、强度低等。本文探讨了玻璃纤维对酚醛泡沫的改性效果，发现增强纤维的加入能够有效的提高酚醛泡沫材料的力学性能，可还以有效的改善制品易碎、易掉渣的缺点。研究也发现玻璃纤维增强的酚醛泡沫在经过高温烧蚀后仍能保持烧蚀前的结构和形状且其相关的性能损失较少。

使用万能力学试验机测试600℃烧蚀前后的酚醛泡沫的力学性能；根据GB/T10297-1998对其测定了导热系数。

关键词：酚醛泡沫；无机填料；纤维增强；耐高温；导热；复合材料

Abstrack

Phenolic foam (PF) , which has outstanding performances in flame retardancy, low smokiness, low toxicity, is a kind of excellent energy-saving fireproof material.PF is commonly used as heat insulating material in high-rise buildings, transportation, ship, aerospace industry, etc. High temperature resistant phenolic foam fetures both low density and high heat resistance. what’s more, it could keep its excellent performances after high temperature treatment.

In this paper, the foaming formula and process conditions of inorganic filler modified fiber reinforced phenolic foam composites were studied. The optimal technological scheme is as follows: cure resin with auxiliary reagent in 80℃ for 30 min, after-cure under at the same temperature for 1.5h. In this way the excellent properties of phenolic foam was prepared.

After determining the foaming process conditions, we have studied the influence of inorganic filler muscovite on the performances of PF. Experiments showed that the amount of inorganic filler muscovite affects the density of PF, compressive strength, thermal conductivity and high temperature resistance. As the amount ofinorganic filler muscovite increase, apparent density, compressive strength, thermal conductivity and high temperature resistance of the products show a downward trend.

In order to improve the brittleness of the phenolic foam, such as brittleness, easy pulverization and low strength, this paper studied the enhancement effect of glass fiber on phenolic foam. It was found that the addition of reinforcing fibers effectively improved the fragility and the compressive strength of phenolic foam material. Glass fiber reinforced phenolic foam after high temperature ablation can maintain the structure and shape before ablation and less performance loss.

the mechanical properties of phenolic foams before and after ablation were analyzed by universal testing machine. The thermal conductivity was measured according to GB / T10297-1998.

Key words: phenolic foam; inorganic filler; fiber reinforced; high temperature; thermal conductivity; composite

目 录

摘 要 i

Abstrack ii

第1章 绪论 1

1.1 研究目的及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 酚醛树脂概况 3

1.4 白云母概况 4

1.5 酚醛泡沫组成 4

1.5.1 热固性酚醛树脂 4

1.5.2 发泡剂 6

1.5.3 表面活性剂 6

1.5.4 功能性助剂及填料 7

1.6 泡沫形成机理 7

1.6.1 气泡核的形成 7

1.6.2 气泡核的增长 8

1.6.3 泡沫的稳定 9

1.7 课题研究内容 9

第2章 实验部分 10

2.1 实验原料 10

2.2 实验仪器及设备 10

2.3 酚醛泡沫的制备 11

2.3.1 发泡模具 11

2.3.2 发泡配方 11

2.3.3 发泡工艺 11

2.4 酚醛泡沫复合材料的性能测试 12

2.4.1 密度 12

2.4.2 压缩强度 12

2.4.3 导热系数 13

2.4.4 烧蚀失重率 13

第3章 酚醛泡沫的性能及其影响因素 14

3.1 密度 15

3.1.1 烧蚀前密度 15

3.1.2 烧蚀后密度 16

3.2 压缩性能 16

3.2.1 烧蚀前压缩性能 16

3.2.2 烧蚀后压缩性能 17

3.3 导热系数 18

3.4 烧蚀失重率 18

结论 20

参考文献 21

致 谢 23

绪论

研究目的及意义

酚醛树脂作为三大热固性树脂之一，因其耐热、耐燃、绝缘性能良好、易加工成型等优良特点而在多个领域中得到了广泛应用，成为人类历史上最早实用化的人工合成高分子。从前酚醛树脂多用作酚醛模塑料原料，而目前随着酚醛复合材料的进一步开发和产品制备工艺的日益完善，其在酚醛模塑料以外的需求也正在日益旺盛，其中最具代表性的便是酚醛泡沫材料。

酚醛泡沫（Phenolic foam）是一种性能优异的隔热防火材料，具有优异的难燃、低烟、低毒性能。酚醛泡沫的最高使用温度高达150℃，远高于聚苯乙烯泡沫板（70℃）和聚氨酯泡沫板（120℃）；但与传统无机保温材料如中空玻化微珠、岩棉、闭孔珍珠岩、泡沫玻璃等（使用温度普遍在430℃以上）相比差距较大。因此目前在高温工况下，仍大量使用导热系数高、保温性能差的传统无机材料。如何提高酚醛泡沫耐高温性，提高其机械性能成为本课题的研究重点。本课题拟采用可发性酚醛树脂作为基体，加入不同配比 无机填料白云母、表面活性剂、发泡剂、固化剂、增强玻璃纤维，制备改性酚醛泡沫复合材料，并分析上述变量对其各项性能指标的影响，以改善酚醛泡沫材料的机械、耐高温性能。

随着中国社会经济的不断发展，建筑楼房墙体保温隔热性能备受人们关注。许多高层建筑因大量使用聚苯乙烯泡沫板、聚氨酯泡沫板等易燃材料，引发了较多火灾事故，进而造成了巨大的财产损失和人员伤亡^[1]。例如上海静安大火中，事故现场在进行外墙改造施工时大量使用尼龙网、聚氨酯泡沫板等易燃材料，引起了该特大型火灾事故的发生，并造成了42死52伤的惨痛后果。事故中，尼龙、聚氨酯泡沫板都是易燃材料，燃烧过程中无自熄特性且会产生大量有毒有害气体和窒息烟雾，加剧了火灾事故所带来的后果。