低温等离子体改性氧化铝增强酚醛树脂及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了低温等离子体改性氧化铝增强酚醛树脂及其制备方法，该增强酚醛树脂由以下成分组成：100重量份酚醛树脂，1-30重量份等离子体改性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；所述等离子体改性Al2O3是采用丙酮有机源，通过直流放电产生等离子体对Al2O3颗粒进行表面改性而成。本发明采用丙酮有机源，通过直流放电产生等离子体对Al2O3颗粒进行表面改性，处理后的Al2O3粉体表面沉积一层聚合物薄膜或者与聚合物结合性较好的基团，可以改善Al2O3颗粒在酚醛树脂间的分散性、浸润性，从而进一步提高Al2O3/酚醛树脂基复合材料的力学、热学等性能。
【专利说明】低温等离子体改性氧化铝增强酚醛树脂及其制备方法
【技术领域】[0001]本发明涉及复合材料领域采用低温等离子体改性氧化铝增强酚醛树脂及其制备方法。
【背景技术】
[0002]酚醛树脂属于有机高分子材料，随着使用工况的日益恶劣，对其性能提出了更高的要求，需对纯酚醛树脂进行改性处理。目前的改性方法大致分为三类，包括有机改性、无机改性和复合改性。其中有机改性主要有机共混，如添加具有不同性能的聚合物共混、填充有机物超微颗粒如丁腈弹性纳米粒子改性酚醛树脂，还可用腰果壳油、桐油、亚麻油等热塑性塑料和耐热性较好的聚合物如聚酰亚胺、双马来酰亚胺等对酚醛树脂改性；无机改性包括无机多元酸改性如硼酸、无机颗粒或刚性颗粒填充改性等；复合改性是有机共混与无机改性相结合的方法，如添加热塑性聚合物于酚醛树脂中通过有机共混达到增韧的目的，同时填充无机粒子或加入无机多元酸在酚醛树脂中从而提高酚醛树脂的耐热性和力学强度。
[0003]相比其他改性粒子，A1203是一种价廉易得的无机陶瓷材料，它具有硬度高、耐磨性能及热稳定性能好等优点，有助于提高树脂的强度、硬度、耐磨性能和耐高温性能，但是A1203与树脂的结合力和分散效果不好，使树脂强度达不到使用要求。现在为了增加A1203颗粒和树脂的结合力，常用偶联剂对A1203颗粒表面进行改性，偶联剂改性增强机理是A1203颗粒经过表面处理后与酚醛树脂分子链间形成物理交联，增加了酚醛树脂固化后的交连点，吸附了许多条分子链的颗粒均匀分布，能很好地均分载荷从而较少断裂可能性，达到增强的效果。但是通过这种方法改性后的树脂性能主要取决于偶联剂，市面出售的偶联剂种类有限。
[0004]等离子体指部分或全部电离的气体，由自由电子、离子等微粒组成，宏观上为电中性，等离子体作为物质存在的第四态已为人们所认识，而且等离子体技术已进入广泛的实际应用领域。国内学者将等离子体分为高温等离子体和低温等离子体，其中，低温等离子体的电离率较低，属于非热平衡等离子体，存在着大量的、种类较多、活性更强的粒子，易与所接触的材料表面发生反应，具有成本低、无废弃物、零污染等显著优点。在等离子体反应器中，通过高频、交直流、微波等能量激发少量有机单体分子放电，在电子的轰击碰撞下，有机单体分子持续发生激活电离，产生自由基与基体材料发生反应，可以在材料表面产生新的改性基团。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供低温等离子体改性氧化铝增强酚醛树脂，采用丙酮等离子体对A1203颗粒表面进行改性，使A1203颗粒有更好的结合力和相容性，使酚醛树脂的剪切强度大大提高。
[0006]本发明的另一目的在于提供低温等离子体改性氧化铝增强酚醛树脂的制备方法，该方法原理可靠，操作简便，所使用的A1203增强微粒来源广泛，成本廉价易得，具有广阔的市场前景。
[0007]为达到以上技术目的，本发明提供以下技术方案。
[0008]本发明采用丙酮有机源，通过直流放电产生等离子体对A1203颗粒进行表面改性，处理后的A1203粉体表面沉积一层聚合物薄膜或者与聚合物结合性较好的基团，可以改善A1203颗粒在酚醛树脂间的分散性、浸润性，从而进一步提高A1203/酚醛树脂基复合材料的力学、热学等性能。
[0009]低温等离子体改性A1203增强酚醛树脂，由以下成分组成:100重量份酚醛树脂，1-30重量份等离子体改性A1203，8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；所述等离子体改性A1203是采用丙酮有机源，通过直流放电产生等离子体对A1203颗粒进行表面改性而成。
[0010]低温等离子体改性A1203增强酚醛树脂的制备方法，依次包括以下步骤:
OA1203的低温等离子体改性
将A1203放入低温等离子体发生装置中处理，调节丙酮气体的流量45-65 ml/ min，控制装置的处理温度在50-80°C，压力为0.12-10 Pa，电压在3KV-30KV之间，等离子体处理功率应控制在300-450 W之间，处理时间为3-5min。
[0011]2)固化剂的加入 将8重量份六次甲基四胺加到100重量份酚醛树脂中，在40-60°C水浴中不断搅拌，使六次甲基四胺和酚醛树脂充分 混合。
[0012]3)酚醛树脂的稀释
将100-150重量份丙酮和100-150重量份松香水加到步骤2)的酚醛树脂中，在40°C水浴中缓慢搅拌，直至酚醛树脂完全溶解。
[0013]4)改性后Al203与稀释后酚醛树脂的混合
将1-30重量份低温等离子体改性A1203加入步骤3)稀释后的酚醛树脂中，在超声波中分散0.5h。
[0014]5)固化
将步骤4)的溶液在50-100°C烘箱中固化4-5小时，冷却后取出。
[0015]本发明用到的酚醛树脂、氧化铝、六次甲基四胺、丙酮、松香水均为市售，氧化铝粒度直径IOOnm~1.0 μ m。
[0016]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:
1)本发明采用丙酮等离子体对A1203颗粒表面进行改性，使A1203颗粒表面沉积一层聚合物，比用02、N2等无机气体为等离子体改性A1203颗粒有更好的结合力和相容性，使改性后酚醛树脂的剪切强度大大提高；
2)本发明不仅可以采用丙酮等离子体改性A1203颗粒，只要与酚醛树脂相容性好、在真空或者加热状态能中汽化的有机物都可以用作等离子体来改性A1203颗粒，改性时间短，效率高；
3)本发明所用的A1203增强微粒来源广泛，成本廉价易得；
4)用丙酮和松香水做稀释剂，使酚醛树脂在固化时表面光滑无气泡。
【专利附图】
【附图说明】[0017]图1为等离子体改性A1203增强酚醛树脂的工艺流程图。
【具体实施方式】
[0018]实施例1
将0.63g A1203放入低温等离子体发生装置中处理，调节丙酮的流量51 m L/ min，压力为4 Pa，电压为20KV，等离子体处理功率应控制在350 W，装置的处理温度在60°C，处理时间为3min。
[0019]将0.24g六次甲基四胺加到3g酚醛树脂中，充分混匀。
[0020]将3.5ml丙酮和3.5ml松香水加到充分混匀的酚醛树脂中，在40°C水浴中缓慢搅拌，直至酚醛树脂完全溶解。
[0021]将0.63g低温等离子体改性A1203加入稀释后的酚醛树脂中，在超声波中分散半个小时后喷涂在20CrMoNi钢表面，60°C烘箱中固化4小时。
[0022]按照GB7124-86要求测试复合材料的拉伸剪切强度，测得酚醛树脂复合材料的剪切强度为32.18MPa。
[0023]实施例2
将0.63g A1203放入等离子体发生装置中处理，调节丙酮的流量51 m L/ min，压力为5 Pa;，电压为20KV，等离子体处理功率应控制在350 W，装置的处理温度在60°C;处理时间为3min。
[0024]将0.24g六次甲基四胺加到3g酚醛树脂中，充分混匀。
[0025]将3.5ml丙酮和3.5ml松香水加到充分混匀的酚醛树脂中，在40°C水浴中缓慢搅拌，直至酚醛树脂完全溶解。
[0026]将0.63g低温等离子体改性A1203加入稀释后的酚醛树脂中，在超声波中分散半个小时后喷涂在20CrMoNi钢表面，60°C烘箱中固化4小时。
[0027]测得改性后的酚醛树脂复合材料的剪切强度为35.28MPa。
[0028]实施例3
将0.15g A1203放入等离子体发生装置中处理，调节丙酮的流量51 m L/ min，压力为5 Pa;，电压为20KV，等离子体处理功率应控制在350 W，装置的处理温度在60°C ;处理时间为 3min。
[0029]将0.24g六次甲基四胺加到3g酚醛树脂中，充分混匀。
[0030]将3.5ml丙酮和3.5ml松香水加到充分混匀的酚醛树脂中，在40°C水浴中缓慢搅拌，直至酚醛树脂完全溶解。
[0031]将0.15g低温等离子体改性A1203加入稀释后的酚醛树脂中，在超声波中分散半个小时后喷涂在20CrMoNi钢表面，60°C烘箱中固化4小时。
[0032]测得改性后的酚醛树脂复合材料的剪切强度为33.7IMPa0
【权利要求】
1.低温等离子体改性氧化铝增强酚醛树脂，由以下成分组成:100重量份酚醛树脂，1-30重量份等离子体改性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；所述等离子体改性Al2O3是采用丙酮有机源，通过直流放电产生等离子体对Al2O3颗粒进行表面改性而成。
2.如权利要求1所述的低温等离子体改性氧化铝增强酚醛树脂的制备方法，依次包括以下步骤: 1)将Al2O3放入低温等离子体发生装置中处理，调节丙酮气体的流量45-65ml/ min,控制装置的处理温度在50-80°C，压力为0.12-10 Pa，电压在3KV-30KV之间，等离子体处理功率控制在300-450 W之间，处理时间为3-5min ； 2)将8重量份六次甲基四胺加到100重量份酚醛树脂中，在40-60°C水浴中不断搅拌，使六次甲基四胺和酚醛树脂充分混合； 3)将100-150重量份丙酮和100-150重量份松香水加到步骤2)的酚醛树脂中，在40°C水浴中缓慢搅拌，直至酚醛树脂完全溶解； 4)将1-30重量份低温等离子体改性Al2O3加入步骤3)稀释后的酚醛树脂中，在超声波中分散0.5h ； 5)将步骤4) 的溶液在50-100°C烘箱中固化4-5小时，冷却后取出。
【文档编号】C08K9/04GK103525003SQ201310486001
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年10月17日 优先权日:2013年10月17日
【发明者】张进, 李家益, 薛屺 申请人:西南石油大学