一文详述酚醛树脂材料特性

　　酚醛树脂(PF)，英文名称phenolic resin，也叫电木，又称电木粉。酚醛树脂为黄色、透明、无定形块状物质，因含有游离酚而微红色，相对密度1.25～1.30。酚醛树脂易溶于丙酮、酒精等有机溶剂中，不溶于水，对水、弱酸、弱碱溶液稳定但是遇强酸发生分解，遇强碱发生腐蚀。市售产品中加入色母或者着色剂而呈红、黄、黑、绿、棕及蓝等颜色，产品形态为颗粒或者粉末。

　　酚醛树脂的合成

　　1872年，德国化学家拜尔(A. Baeyer)首先合成了酚醛树脂。1907年，比利时裔美国人贝克兰提出酚醛树脂加热固化法，使酚醛树脂实现工业化生产。1910年，德国柏林建成世界一家合成酚醛树脂的工厂，开创了人类合成高分子化合物的纪元。

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　　酚醛树脂是酚类(苯酚、甲酚、二甲酚、叔丁酚及间苯二酚等)与醛类(甲醛、糠醛等)经催化剂、固化剂作用，经加成缩合反应制备而成的高分子聚合物。以苯酚、甲醛为原料，经酸或碱催化剂作用，加成缩聚，再经中和、水洗制成目标树脂。根据所用的原料、催化剂、反应条件以及反应体系的区别，可以分别制备不同的酚醛树脂，涵盖热固性树脂和热塑性树脂。酚醛树脂形态可以为黄色、深棕色的液体。

　　酚醛树脂高分子材料特点

　　酚醛树脂是先人类合成的高分子材料之一，因此，酚醛树具备高分子材料的基本特点。酚醛树脂材料特点：1、相对分子量大，具备聚合物所需要的分子量，且分子量分布呈多分散性;2、聚合物分子结构具有多样性，采用不同的反应条件可以制备成线型、支链型以及网状结构;3、分子结构的多样性，决定了聚合不同的性能以及加工性能。其中，线型、支链型为可加工型，目标树脂可溶可熔可流动便于加工，网状结构结构失去加工性能，但是可以针对具体产品形态，在制备阶段进行加工改造;4、酚醛树脂不能进行加热蒸馏等方式进行纯化，高温会导致树脂裂解，甚至碳化。

　　酚醛树脂高分子材料使用特性

　　1、耐高温性能

　　酚醛树脂重要的特征就是耐高温性，即使在非常高的温度下，也能保持其结构的整体性的尺寸的稳定性。 其中，耐高温性能中的特点就是瞬时耐高温烧蚀性能。

　　酚醛树脂在200 ℃以下能够稳定使用，使用温度超过200 ℃，发生明显氧化;340-360 ℃，进入热分解阶段;600-900 ℃，释放出CO、CO2、H2O、苯酚等物质。通过进行化学改性，使用温度还能提高更高。由于其所具有的高温性能，尤其是瞬时耐高温烧蚀性能，酚醛树脂才被应用于一些高温领域，例如：耐火材料，摩擦材料，黏结剂的铸造行业。

　　2、黏结强度高

　　酚醛树脂的分子结构中具有酚羟基结构，能与多种有机或无机填料相容且润湿速率特别快，因而作为一种重要的黏结剂主体原料。同时，酚醛树脂热固交联后，可以为主体材料提供所需要的机械强度、耐热性能以及电性能，从而备受青睐。

　　所制备的酚醛树脂的水溶性树脂或者醇溶性树脂，可以进水、醇形成溶液，用于浸渍纸、棉布、玻璃、石棉和其他类似的物质为它们提供机械强度，电性能等。典型的例子包括电绝缘和机械层压制造，离合器片和汽车滤清器滤纸。

　　3、高残碳率

　　残碳率：某一种有机材料(通常指酚醛树脂及其衍生物)在一定的高温下分解后残留下来的物质重量与原物质重量的百分比。目前残炭率高的有机材料是酚醛树脂及其衍生物。一般酚醛树脂的残炭率都在50%以上，经过特殊处理得酚醛树脂的残炭率可以达到80%以上。

　　惰性气体，温度1000℃时，酚醛树脂会产生很高的残碳率，有利于维持酚醛树脂结构的稳定性，也是酚醛树脂广泛应用于耐火材料领域的重要原因。

　　4、耐酸碱、耐药性强

　　酚醛树脂虽然对强酸、碱具有不可抗性，但是弱酸碱还是可以的。同时，酚醛树脂交联后，可以抵制任何化学物质的分解。例如汽油，石油，醇，乙二醇和各种烃类化合物。

　　5、低烟无毒

　　酚醛树脂在燃烧中，燃烧体系只会产生氢气、烃类化合物、水蒸气和碳氧化物，不含有毒害性物质如：二噁英等。高温酚醛树脂分解所产生的烟量也相对较小，因此，酚醛树脂属于低毒性物质。

　　鉴于酚醛树脂的安全特性，酚醛树脂材料也广泛应用于公共运输和安全要求非常严格的领域，如矿山，防护栏和建筑业等。

　　酚醛树脂改性方向

　　1、热处理：热处理能够提高固化树脂玻璃化转变温度，改善提高树脂的各项性能。酚醛树脂经热处理后，可以提高提高交联树脂的流动性促使反应进一步发生，同时也可以除去残留的挥发酚，降低收缩、增强尺寸稳定性、硬度和高温强度。同时，树脂也趋向于收缩和变脆。

　　2、聚乙烯醇缩醛改性酚醛树脂：提高树脂对玻璃纤维的粘结力，改善酚醛树脂的脆性，增加复合材料的力学强度，降低固化速率从而有利于降低成型压力。改性后酚醛树脂性能取决于：1)、聚乙烯醇缩醛的分子量;2)、聚乙烯醇缩醛分子链中羟基、乙酰基和缩醛基的相对含量;3)、所用醛的化学结构。

　　3、聚酰胺改性酚醛树脂：改性用聚酰胺为一类羟甲基聚酰胺，所含有的羟甲基或活泼氢在树脂合成过程中或者固化过程中形成化学键达到改性目的。改性后酚醛树脂具有高冲击韧性和粘结性，以及加工流动性，保持了酚醛树脂优点。

　　4、环氧改性酚醛树脂：改性是通过酚醛树脂中的羟甲基与环氧树脂中的羟基及环氧基进行化学反应，以及酚醛树脂中的酚羟基与环氧树脂中的环氧基进行化学反应，交联成复杂的体型结构。改性后树脂具有优良的粘结性、耐热性，也增强了树脂的脆性。

　　5、有机硅改性酚醛树脂：通过使用有机硅单体与线性酚醛树脂中的酚羟基或羟甲基发生反应来改进酚醛树脂的耐热性和耐水性。改性后复合材料工作温度提高至200～260℃，为瞬间耐高温材料，作为火箭、导弹等烧蚀材料。

　　6、硼改性酚醛树脂：改性树脂中引入无机硼，提高树脂的耐热性、瞬时耐高温性能、力学性能和耐烧蚀性，可以用于火箭、导弹和空间飞行器等空间技术领域作为优良的耐烧蚀材料。

　　7、二甲苯改性酚醛树脂或二苯醚甲醛树脂：二甲苯改性酚醛树脂是在酚醛树脂的分子结构中引入疏水性结构的二甲苯环，提高树脂的耐水性、耐碱性、耐热性以及电绝缘性;二苯醚甲醛树脂是用二苯醚代替苯酚和甲醛缩聚而成的，二苯醚甲醛树脂的玻璃纤维增强复合材料具有优良的耐热性能，可用作H级绝缘材料，它还具有良好的耐辐射性能，吸湿性也很低。

　　酚醛树脂应用领域

　　酚醛树脂具有良好的耐酸性能、力学性能、耐热性能，广泛应用于涂料、防腐蚀工程、胶黏剂、阻燃材料及砂轮片制造等行业。

　　酚醛树脂涂料是由酚醛树脂及其改性产物配制而成，有醇溶性、松香改性及纯酚醛树脂涂料等类型。其特点是耐磨、耐水、耐潮、耐酸碱腐蚀、绝缘性好且干性快等。广泛用于涂装木器、家具、建筑物、船舶、机械及电机等方面。