基于变温红外的苯基苯酚改性酚醛树脂固化机理研究

doi:10.19936/j.cnki.2096-8000.20210528.005

复合材料科学与工程 ›› 2021, Vol. 0 ›› Issue (5): 37-42.DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20210528.005

基于变温红外的苯基苯酚改性酚醛树脂固化机理研究

张莹¹, 胡宏林^1*, 王在铎², 刘亮¹, 余瑞莲¹

1.航天材料及工艺研究所先进功能复合材料技术国防科技重点实验室,北京100076;
2.海装驻北京地区第一军事代表室,北京100076

收稿日期:2021-01-21 出版日期:2021-05-28 发布日期:2021-08-04
通讯作者: 胡宏林(1983-),男,博士,高级工程师,研究方向为树脂基复合材料,honglinhu@163.com。
作者简介:张莹(1980-),女,博士,高级工程师,研究方向为高分子物理化学。
基金资助:
基础加强计划重点基础研究项目(2019-JCJQ-ZD-278-00)

CURING MECHANISM OF PHENOLIC RESIN MODIFIED BY PHENYLPHENOL BASED ON VARIABLE TEMPERATURE FTIR SPECTRA

ZHANG Ying¹, HU Hong-lin¹, WANG Zai-duo², LIU Liang¹, YU Rui-lian¹

1. Science and Technology on Advanced Functional Composites Laboratory, Aerospace Research Institute of Materials & Processing Technology, Beijing 100076, China;
2. The First Military Representative Office of Naval Equipment Department in Beijing, Beijing 100076, China

Received:2021-01-21 Online:2021-05-28 Published:2021-08-04

摘要/Abstract

摘要： 针对高碳酚醛树脂固化反应机理随温度的演变机制不清晰的问题,采用变温红外光谱研究了树脂特征官能团羟甲基、不同取代位亚甲基和醚键的变化规律,结合热重-质谱分析了固化过程释放气体的种类,研究了树脂从90 ℃~230 ℃发生的主要固化反应。结果表明:90 ℃~120 ℃,主要为酚环对-对位相连的亚甲基生成反应,此阶段较难生成邻-对位亚甲基桥连结构;120 ℃~170 ℃,主要为对-对位相连的亚甲基生成反应;170 ℃~200 ℃,主要为醚键断裂和羰基的生成反应,以及丙基桥连结构的生成反应;200 ℃以上,主要为酚羟基之间的脱水反应以及羰基的生成反应,醚键在230 ℃以上基本断裂完全。本文提供了一个新的研究树脂固化机理的思路,为合理设计高碳酚醛树脂复合材料固化工艺制度提供了有益的指导和帮助。

关键词: 酚醛树脂, 固化机理, 变温红外, 热重-质谱, 复合材料

Abstract: To solve the problem that the curing mechanism of phenylphenol modified phenolic resin remained unclear, the characteristic structure hydroxymethyl, different substituent methylene, and ether bond were investigated by variable temperature FT-IR. The gas products released with the increase of curing temperature were characterized by Thermogravimetry-Mass Spectrometry. The curing mechanism from 90 ℃ to 230 ℃ was concluded finally. The results showed that the main reaction was the formation of the p-p methylene group in the range of 90 ℃~120 ℃. It is difficult to form the o-p methylene bridge at this stage. In the range of 120 ℃~170 ℃, the main reaction is the formation of the p-p methylene group. From 170 ℃ to 200 ℃, the main reactions are the breaking of the ether bond, the formation of the carbonyl group, and the formation of the propyl bridge. Above 200 ℃, the main reactions could be polycondensation reaction among phenolic hydroxyl groups, and the formation reaction of carbonyl groups. The ether bond breaks completely above 230 ℃. This work provides a new method to study the curing mechanism of phenolic resin. It is a benefit for the rational design of the curing process of phenolic resin.

Key words: phenolic resin, curing mechanism, variable temperature FT-IR, thermogravimetry-mass spectrometry, composites

中图分类号:

TB332

张莹, 胡宏林, 王在铎, 刘亮, 余瑞莲. 基于变温红外的苯基苯酚改性酚醛树脂固化机理研究[J]. 复合材料科学与工程, 2021, 0(5): 37-42.

ZHANG Ying, HU Hong-lin, WANG Zai-duo, LIU Liang, YU Rui-lian. CURING MECHANISM OF PHENOLIC RESIN MODIFIED BY PHENYLPHENOL BASED ON VARIABLE TEMPERATURE FTIR SPECTRA[J]. COMPOSITES SCIENCE AND ENGINEERING, 2021, 0(5): 37-42.

参考文献

[1] 黄发荣, 焦杨声. 酚醛树脂及其应用[M]. 北京: 化学工业出版社, 2011: 14-38.
[2] PEREZ J M, RODRIGUEZ F, ALONSO M V, et al. Curing kinetics of lignin-novolac phenolic resins using non-isothermal methods[J]. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 2009, 97(979): 979-985.
[3] 张清辉, 魏化震, 李锦文, 等. 新型酚醛树脂固化反应动力学及固化机理研究[J]. 广州化工, 2009, 37(7): 84-86.
[4] 吴瑶曼, 黄志镗. 用红外光谱法对热固性酚醛树脂固化过程的研究[J]. 高分子通讯, 1981(6): 403-408.
[5] KATOVI Z. Curing of resole type phenol formaldehyde resin[J]. Journal of Applied Polymer Science, 1967, 11(1): 85-93.
[6] 周大鹏. Dsc法研究不同邻对位比值酚醛树脂的固化行为[J]. 高分子材料科学与工程, 2008, 24(10): 131-133.
[7] 杨雪忠. 红外光谱法研究酚醛树脂热固化动力学[J]. 光谱学与光谱分析, 1987, 8(5): 13-15.
[8] 冀克俭, 邓卫华, 尤瑜升. 红外光谱法测定酚醛树脂的羟甲基指数[J]. 化学分析计量, 2002, 11(5): 21-23.
[9] NOMOTO M, FUJIKAWA Y, KOMOTO T, et al. Structure and curing mechanism of high-ortho and random novolac resins as studied by NMR[J]. Journal of Molecular Structure, 2010, 976(1-3): 419-426.
[10] CHRISTJANSON P, TONIS P, PAJU J. Structure and curing mechanism of resol phenol-formaldehyde prepolymer resins[J]. Proceedings of the Estonian Academy of Sciences, 2010, 59(1): 225-232.
[11] HE G, RIEDL B, AT-KADI A. Curing process of powdered phenol-formaldehyde resol resins and the role of water in the curing systems[J]. Journal of Applied Polymer Science, 2003, 89(5): 1371-1378.
[12] 朱超, 李建, 许培俊, 等. 高碳酚醛树脂的固化行为研究[J]. 石化技术与应用, 2007, 25(3): 124-126.
[13] 张衍, 刘育建, 王井岗, 等. DSC对苯基苯酚改性酚醛树脂固化机理研究[J]. 固体火箭技术, 2007, 30(2): 142-145.
[14] ZHANG J, MEI G, XIE Z, et al. Curing mechanism of phenolic resin binder for oxide-carbon refractories[J]. ISIJ International, 2016, 56(1): 44-49.
[15] 王晓静, 李寅, 梁欢, 等. 基于原位红外光谱的热固性酚醛树脂固化过程研究[J]. 宇航材料工艺, 2018, 48(6): 76-81.

基于变温红外的苯基苯酚改性酚醛树脂固化机理研究

CURING MECHANISM OF PHENOLIC RESIN MODIFIED BY PHENYLPHENOL BASED ON VARIABLE TEMPERATURE FTIR SPECTRA

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	李辉, 赵春江, 梁建国, 曾光, 王蕊, 边强. 变刚度复合材料层合板力学特性及失效机理分析[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(7): 5-10.
[2]	宫唯康, 刘晓阳, 荆玉才, 项俊宁, 李相国, 杨国涛. 预应力CFRP板加固钢-混凝土组合梁受弯性能的有限元分析[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(7): 11-19.
[3]	赵雄翔, 孙鹏文, 李建东. 基于应变能的风力机叶片铺层结构优化设计[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(7): 20-24.
[4]	冯钰茹, 王军利, 张宝军, 刘志远, 李金洋, 张宝升. 复合材料叶片建模及铺层参数对强度的影响分析[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(7): 25-31.
[5]	常腾飞, 湛利华, 李树健, 潘阳. 不同成型方法的树脂基复合材料帽形结构共固化成型质量研究[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(7): 32-38.
[6]	黄东辉, 曾少华. 自组装蒙脱土-碳纳米管对玻纤增强复合材料力学及界面性能的影响[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(7): 39-44.
[7]	满珈诚, 侯进森, 李哲夫, 岳广全, 徐鹏, 姜碧羽, 刘卫平. 连续碳纤维增强热固性预浸料压实性能的试验研究[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(7): 45-51.
[8]	林梅, 张铁军, 冯宇, 王旗, 武梦科. 湿热/干燥环境交替作用下碳纤维复合材料的吸湿/脱湿特性[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(7): 52-59.
[9]	高慧, 罗发, 渠永平, 王春海. SiC_f/Al₂O₃/Mullite复合材料的制备及吸波性能[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(7): 60-65.
[10]	王东萍. 磁性聚吡咯基复合材料吸附电镀废水中铜离子[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(7): 66-70.
[11]	鲁晓锋, 张颜明, 蒙丹, 苏成功. 全尺寸叶片静力测试中ANSYS梁模型应用与研究[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(7): 71-74.
[12]	宦胜民, 黄小波, 杨润苗, 向萌. 超支化不饱和聚酯的制备及其应用研究[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(7): 75-80.
[13]	王雅娜, 赵魏. 复合材料Ⅱ型分层ENF试验数据处理方法对比分析[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(7): 81-92.
[14]	田会方, 张国武, 吴迎峰, 任政. 水处理罐缠绕工艺中玻璃纤维团打结装置设计与分析[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(7): 93-98.
[15]	冯倩倩, 朱方龙. 聚合物辅助沉积法制备导电玄武岩纤维[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(7): 99-102.