摘 要

酚醛树脂在各大领域应用比较广泛，但是由于其自身结构中的亚甲基容易被氧化，导致酚醛树脂的应用在高温下存在缺陷使其阻燃性能变差。本文针对改性酚醛树脂阻燃特性进行研究，以纳米硅化物为改性材料，通过改性酚醛树脂的手段提高其热性能，在溶解粉末状普通酚醛树脂的过程中加入不同含量的纳米硅化物，将固化成型的酚醛树脂进行氧指数和垂直燃烧实验。结果表明：在氧指数和垂直燃烧的实验中，试样燃烧均匀，燃烧初期火光明亮、后期逐渐变小，燃烧结束后试样表面一层炭黑。当纳米硅化物的含量仅为0.5%时，氧指数最大，之后随着纳米硅化物含量的增加，氧指数反而在减小；垂直燃烧实验的结果说明用纳米硅化物改性的酚醛树脂属于V-1级别。改性酚醛树脂的阻燃性能随着纳米硅化物含量的增加呈现出先上升再下降的趋势。会出现这种变化趋势的主要原因在于纳米硅化物自身是一种粒子尺寸小、无定型的物质，少量的纳米颗粒可以有效地与酚醛树脂连接，Si元素的加入可以与酚醛树脂产生具有高键能的Si-O-C键，使酚醛树脂的阻燃性得到提高；但纳米颗粒较多时会聚集在一起，在酚醛树脂中分布不均匀，使热量传播更快，进而降低了酚醛树脂的阻燃性。

关键词：改性 酚醛树脂 火灾 阻燃

Design of a modified flame retardant phenolic resin

Abstract

Phenolic resins are widely used in various fields, but since methylene groups in their own structures are easily oxidized, the application of phenolic resins is deficient at high temperatures, which deteriorates flame retardancy. In this paper, the flame retardant properties of modified phenolic resin were studied. The nanosilicide was used as the modified material to improve the thermal properties of the modified phenolic resin. Different amounts of nanosilicide were added in the process of dissolving the powdered ordinary phenolic resin. The cured phenolic resin was subjected to oxygen index and vertical burning experiments. The results show that in the experiment of oxygen index and vertical combustion, the sample burns evenly, the fire is bright at the initial stage of combustion, and gradually becomes smaller at the later stage. After the combustion, the surface of the sample is a layer of carbon black. When the content of nano-silicide is only 0.5%, the oxygen index is the largest. Then, with the increase of nano-silicide content, the oxygen index is decreasing. The results of vertical combustion experiments show that the phenolic resin modified with nano-silicide belongs to V. -1 level. The flame retardant properties of the modified phenolic resin show a trend of increasing first and then decreasing as the content of nanosilicide increases. The main reason for this trend is that the nanosilicide itself is a small particle size, amorphous material, a small amount of nanoparticles can be effectively connected with the phenolic resin, and the addition of Si can produce a high bond with the phenolic resin. The energy of the Si-OC bond can improve the flame retardancy of the phenolic resin; however, when the nanoparticles are more, they will aggregate together, and the distribution in the phenolic resin will be uneven, which will make the heat transfer faster, thereby reducing the flame retardancy of the phenolic resin.

Key Words : modified ;Phenolic Resin ; Fire disaster; Flame retardant

目 录

摘要 Ⅰ

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 选题背景及研究意义 1

1.3 国内外研究现状 1

1.3.1 国内研究现状 1

1.3.2 国外研究现状 5

1.4 设计安排 6

第二章 实验仪器 7

2.1 JF-3氧指数测定仪 7

2.1.1 设备组成 8

2.1.2 实验原理 8

2.1.3 功能作用 8

2.2 CZF-5型水平垂直燃烧测定仪 9

2.2.1 设备组成 9

2.2.2 功能作用 9

第三章 实验及数据分析 11

3.1 制备实验材料 11

3.2 氧指数测定实验 13

3.2.1 实验过程 13

3.2.2 现象及数据 13

3.3 垂直燃烧测定实验 17

3.3.1 实验过程 17

3.3.2 现象及数据 18

3.4 讨论 22

第四章 结论 24

参考文献 25

致 谢 28

第一章 绪论

1.1 引言

酚醛树脂（PF）作为非常普遍的工业原料之一，由于其自身具有价格便宜、合成简单等特性，被广泛应用于各行各业，但是与强酸会发生分解反应、与强碱发生腐蚀，同时酚醛树脂分子中的部分结构氧化性极强容易被氧化，所以高温或者火灾场景对酚醛树脂及其材料有很大威胁。提高酚醛树脂耐火性能的一个很常用的方法就是对其进行改性实验，可以在开始制备酚醛树脂的时候加入添加剂材料，也可以在溶解纯酚醛树脂的过程中加入添加剂，这样可以利用添加剂的性质提高酚醛树脂的耐热性，从而达到改性的目的。

1.2 选题背景及研究意义

随着中国社会经济的日益发展，中国工业也逐渐兴起，在中国工业兴起的同时，酚醛树脂的应用领域也在不断增多，例如塑料、橡胶等，需求量也在逐渐变大。酚醛树脂的消耗量如此巨大的原因和其自身特点密不可分，酚醛树脂的许多特性与工艺过程的条件相吻合，比如耐磨、化学性质稳定等特点。但是酚醛树脂不适合应用于高温场景下的缺陷也与其自身存在的缺点有关，例如脆性大等，当温度达到某一定值时酚醛树脂会变脆失去稳定性，这在日常生活中会成为消防隐患 ^[1]，因此需要对普通的酚醛树脂进行改性实验来提高其耐热性能。

1.3 国内外研究现状

1.3.1 国内研究现状

20世纪末，我国酚醛树脂有了较快发展，涉及塑料、涂料等各个领域，1996年至今，我国社会经济迅速发展，工业领域也开始崛起，同时各行各业对酚醛树脂的需求量也在不断增加，涉及到的领域也是越来越宽。

国内针对酚醛树脂的改性实验研究主要有以下几种：

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