[發明專利]低溫等離子體改性氧化鋁增強酚醛樹脂及其制備方法

有效

• 申請號: 201310486001.7
• 申請日: 2013-10-17
• 公開（公告）號: CN103525003A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 張進;李家益;薛屺
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: C08L61/06
• 分類號: C08L61/06;C08K9/04;C08K3/22;C08K5/17
• 代理公司: 成都金英專利代理事務所(普通合伙) 51218
• 代理人: 袁英

技術領域

本發明涉及復合材料領域采用低溫等離子體改性氧化鋁增強酚醛樹脂及其制備方法。

背景技術

酚醛樹脂屬于有機高分子材料，隨著使用工況的日益惡劣，對其性能提出了更高的要求，需對純酚醛樹脂進行改性處理。目前的改性方法大致分為三類，包括有機改性、無機改性和復合改性。其中有機改性主要有機共混，如添加具有不同性能的聚合物共混、填充有機物超微顆粒如丁腈彈性納米粒子改性酚醛樹脂，還可用腰果殼油、桐油、亞麻油等熱塑性塑料和耐熱性較好的聚合物如聚酰亞胺、雙馬來酰亞胺等對酚醛樹脂改性；無機改性包括無機多元酸改性如硼酸、無機顆粒或剛性顆粒填充改性等；復合改性是有機共混與無機改性相結合的方法，如添加熱塑性聚合物于酚醛樹脂中通過有機共混達到增韌的目的，同時填充無機粒子或加入無機多元酸在酚醛樹脂中從而提高酚醛樹脂的耐熱性和力學強度。

相比其他改性粒子，Al2O3是一種價廉易得的無機陶瓷材料，它具有硬度高、耐磨性能及熱穩定性能好等優點，有助于提高樹脂的強度、硬度、耐磨性能和耐高溫性能，但是Al2O3與樹脂的結合力和分散效果不好，使樹脂強度達不到使用要求。現在為了增加Al2O3顆粒和樹脂的結合力，常用偶聯劑對Al2O3顆粒表面進行改性，偶聯劑改性增強機理是Al2O3顆粒經過表面處理后與酚醛樹脂分子鏈間形成物理交聯，增加了酚醛樹脂固化后的交連點，吸附了許多條分子鏈的顆粒均勻分布，能很好地均分載荷從而較少斷裂可能性，達到增強的效果。但是通過這種方法改性后的樹脂性能主要取決于偶聯劑，市面出售的偶聯劑種類有限。

等離子體指部分或全部電離的氣體，由自由電子、離子等微粒組成，宏觀上為電中性，等離子體作為物質存在的第四態已為人們所認識，而且等離子體技術已進入廣泛的實際應用領域。國內學者將等離子體分為高溫等離子體和低溫等離子體，其中，低溫等離子體的電離率較低，屬于非熱平衡等離子體，存在著大量的、種類較多、活性更強的粒子，易與所接觸的材料表面發生反應，具有成本低、無廢棄物、零污染等顯著優點。在等離子體反應器中，通過高頻、交直流、微波等能量激發少量有機單體分子放電，在電子的轟擊碰撞下，有機單體分子持續發生激活電離，產生自由基與基體材料發生反應，可以在材料表面產生新的改性基團。

發明內容

本發明的目的在于提供低溫等離子體改性氧化鋁增強酚醛樹脂，采用丙酮等離子體對Al2O3顆粒表面進行改性，使Al2O3顆粒有更好的結合力和相容性，使酚醛樹脂的剪切強度大大提高。

本發明的另一目的在于提供低溫等離子體改性氧化鋁增強酚醛樹脂的制備方法，該方法原理可靠，操作簡便，所使用的Al2O3增強微粒來源廣泛，成本廉價易得，具有廣闊的市場前景。

為達到以上技術目的，本發明提供以下技術方案。

本發明采用丙酮有機源，通過直流放電產生等離子體對Al2O3顆粒進行表面改性，處理后的Al2O3粉體表面沉積一層聚合物薄膜或者與聚合物結合性較好的基團，可以改善Al2O3顆粒在酚醛樹脂間的分散性、浸潤性，從而進一步提高Al2O3/酚醛樹脂基復合材料的力學、熱學等性能。

低溫等離子體改性Al2O3增強酚醛樹脂，由以下成分組成：100重量份酚醛樹脂，1-30重量份等離子體改性Al2O3，8重量份六次甲基四胺，100-150重量份丙酮和100-150重量份松香水；所述等離子體改性Al2O3是采用丙酮有機源，通過直流放電產生等離子體對Al2O3顆粒進行表面改性而成。

低溫等離子體改性Al2O3增強酚醛樹脂的制備方法，依次包括以下步驟：

1）Al2O3的低溫等離子體改性

將Al2O3放入低溫等離子體發生裝置中處理，調節丙酮氣體的流量45-65?ml/?min，控制裝置的處理溫度在50-80℃，壓力為0.?12-10?Pa，電壓在3KV-30KV之間，等離子體處理功率應控制在300-450?W之間，處理時間為3-5min。

2）固化劑的加入

將8重量份六次甲基四胺加到100重量份酚醛樹脂中，在40-60℃水浴中不斷攪拌，使六次甲基四胺和酚醛樹脂充分混合。

3）酚醛樹脂的稀釋

將100-150重量份丙酮和100-150重量份松香水加到步驟2）的酚醛樹脂中，在40℃水浴中緩慢攪拌，直至酚醛樹脂完全溶解。

4）改性后Al2O3與稀釋后酚醛樹脂的混合

將1-30重量份低溫等離子體改性Al2O3加入步驟3）稀釋后的酚醛樹脂中，在超聲波中分散0.5h。

5）固化