一种导电酚醛泡沫/聚苯胺复合板及其制备方法 |
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| 申请号 | CN201410737008.6 | 申请日 | 2014-12-04 | 公开(公告)号 | CN104494259A | 公开(公告)日 | 2015-04-08 |
| 申请人 | 南京航空航天大学; | 发明人 | 姚正军; 左玉鑫; 周金堂; 李天明; 李琳; 姚芮; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种导电酚 醛 泡沫 /聚苯胺复合板及其制备方法，制备方法包括如下步骤：(1)将酚醛泡沫复合板放入丙 酮 中浸泡，将其混合后的溶液置于 乙醇 溶液中；放在双 氧 水 中浸泡后；将酚醛泡沫复合板干燥；(2)量取苯胺An用1M的 盐酸 定容，将稳定剂倒入容器中，将混合溶液倒入稳定剂所在的容器中搅拌均匀；(3)称取过 硫酸 铵，并用1M盐 酸溶液 定容；(4)取出盛有苯胺盐酸与稳定剂的混合溶液的容器内放入 冰 水中，放入酚醛泡沫复合板进行搅拌，倒入已降温的过硫酸铵；(5)酚醛泡沫复合板先用1M盐酸冲洗，放入1M盐酸中浸泡干燥，制得酚醛泡沫/聚苯胺复合板。本发明的酚醛泡沫板的压缩强度、弯曲强度和冲击韧性高。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种导电酚醛泡沫/聚苯胺复合板，其特征在于：所述导电酚醛泡沫/聚苯胺复合板包括三层，分别为透明导电聚苯胺薄膜层、改性酚醛树脂基板层和透明导电聚苯胺薄膜层；所述改性酚醛树脂基板层的上、下表面分别设置有透明导电聚苯胺薄膜层。 |
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| 说明书全文 | 一种导电酚醛泡沫/聚苯胺复合板及其制备方法技术领域[0001] 本发明涉及化学材料领域，具体涉及一种导电酚醛泡沫/聚苯胺复合板及其制备方法。 背景技术[0002] 酚醛树脂作为第一种工业化生产的树脂从问世到现在已经有了上百年的时间。这种树脂以其合成工艺简单、结构稳定、力学性能优良、防火性能优异而广泛应用于建筑、船舶、交通等领域。酚醛树脂发泡制得的酚醛泡沫具有加工工艺简单、难燃、低烟、抗高温蠕变等一系列优点。由于近年来国家对建筑用保温材料防火要求的不断提高，先前广泛应用的聚氨酯泡沫已经远远达不到安全标准，酚醛泡沫作为其最有可能的替代材料在建筑材料领域渐渐被人们重视。玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属增强材料，具有拉伸强度高、弹性系数高、价格便宜等一系列优点。采用玻璃纤维增强酚醛树脂泡沫可以将酚醛泡沫低密度、高防火性能与玻璃纤维的高强度、高模量相结合从而获得一种轻质高强又防火的材料。 [0003] 聚苯胺可以用来制备电磁干扰EMI屏蔽涂料和抗静电涂料。EMI屏蔽的原理是：采用低阻值的导体材料，并利用电磁波在屏蔽导体表面的反射和在导体内部的吸收以及传输过程的损耗而产生阻碍其传播的作用。 [0004] 传统的电磁屏蔽材料一般用铜或铝箔做成，存在质量大、成本高等多种缺陷。美国、德国、日本等国家已经开始对这方面开始研究，并且取得了巨大的进展。印度中央电化学研究所导电高聚物中心以聚酰亚胺和玻璃布为基体，利用原位聚合将聚苯胺沉积下来进行电磁屏蔽研究；导电高分子在航空领域中可保护电子元件免受雷电和电磁波的干扰，Hexcel将聚苯胺用于航空设备上；而美国的海军和空军正在进行全塑飞机的研究。 [0005] 目前，缺乏一种压缩强度、弯曲强度和冲击韧性高的导电酚醛泡沫/聚苯胺复合板及其制备方法。 发明内容[0006] 本发明的目的是提供一种压缩强度、弯曲强度和冲击韧性高的导电酚醛泡沫/聚苯胺复合板及其制备方法。 [0007] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：本发明提供了一种导电酚醛泡沫/聚苯胺复合板，所述导电酚醛泡沫/聚苯胺复合板包括三层，分别为透明导电聚苯胺薄膜层、改性酚醛树脂基板层和透明导电聚苯胺薄膜层；所述改性酚醛树脂基板层的上、下表面分别设置有透明导电聚苯胺薄膜层。 [0008] 进一步地，所述改性酚醛泡沫基板层按质量百分比由以下组分组成： [0009] [0010] 进一步地，所述改性酚醛树脂由以下重量份数的组分组成： [0011] 改性剂 1～4份 [0012] 甲阶酚醛树脂 100份。 [0014] 进一步地，所述甲阶酚醛树脂按质量百分比由以下组分组成： [0015] 苯酚 19～47％ [0016] 甲醛 52～78％ [0017] 催化剂 1％～5％。 [0020] 本发明的一种导电酚醛泡沫/聚苯胺复合板的制备方法，包括以下步骤： [0022] (2)量取苯胺An用1M的盐酸定容，并搅拌至An溶解，制得混合溶液，将稳定剂倒入容器中，然后将混合溶液倒入稳定剂所在的容器中搅拌均匀，降温至0～2℃；步骤(2)中各物质的体积分数比如下： [0023] 苯胺An 2～5％ [0024] 1M的盐酸溶液 25～30％ [0025] 稳定剂溶液 65～70％。 [0026] (3)称取过硫酸铵，并用1M盐酸溶液定容降温至0～2℃；步骤(3)中各物质的质量百分比如下： [0027] 过硫酸铵 12.8～20.4％ [0028] 1M的盐酸溶液 79.6～87.2％。 [0030] (5)反应后取出的酚醛泡沫复合板先用1M盐酸冲洗，再放入1M盐酸中浸泡后自然干燥，制得带有导电聚苯胺薄膜层的酚醛泡沫/聚苯胺复合板。 [0031] 进一步地，在步骤(1)中，震荡时采用超声波震荡12～17min，然后放入乙醇溶液中，并放在超声波清洗器中振荡10～15min，最后置于蒸馏水中，用超声波振荡清洗5～6次，每次3～5min；放在双氧水中浸泡0.5～1.5h后，用蒸馏水反复淋洗3～5遍；最后将酚醛泡沫复合板置于干净表面皿中，于烘箱中干燥； [0032] 在步骤(2)中，所述容器为烧杯；量取7.3ml的苯胺An用1M的盐酸定容至100ml并搅拌至An溶解，制得混合溶液；量取200ml的稳定剂倒入500ml的烧杯中，然后将混合溶液倒入稳定剂所在的容量为500ml烧杯中进行电磁搅拌，搅拌时间为3～8min； [0033] 在步骤(3)中，在此同时称取18～25g的过硫酸铵APS，并用1M盐酸溶液定容至100ml；在步骤(4)中，搅拌时采用磁力搅拌子；所述容器为烧杯；在步骤(5)中，浸泡时间为15～30min。 [0035] 有益效果：本发明的酚醛泡沫复合板提高现有酚醛泡沫板的压缩强度、弯曲强度和冲击韧性，在表面沉积聚苯胺薄膜，使酚醛泡沫具有防静电和电磁屏蔽性能，具有防静电和电磁屏蔽性能，具有良好的加工性，配方及设备都很简单，大大提高了生产效率。 [0036] (1)对现有设计的酚醛泡沫板技术进行改性，提高酚醛泡沫板的压缩强度、弯曲强度和冲击韧性，增加适用功效，在表面沉积聚苯胺薄膜，使酚醛泡沫具有防静电和电磁屏蔽性，扩充酚醛泡沫板的适用范围。本发明的酚醛泡沫复合板使得其压缩强度提高了50～60％，弯曲强度提高了95～115％，冲击韧性提高了120～140％； [0037] (2)创造性地在酚醛泡沫复合版表面利用原位聚合沉积聚苯胺薄膜，使得新型复合板具有防静电和电磁屏蔽性能。在制备酚醛树脂泡沫复合板过程中通过加入PVB对其进行改性使得酚醛泡沫复合板的冲击韧性比没有改性前有较大的提高，玻璃化转变温度得到降低。 [0038] (3)本发明的酚醛树脂玻璃化温度降低了23.1～24.5℃，具有较大的使用温度范围；酚醛泡沫复合板通过表面沉积聚苯胺薄膜使得其具有防静电和电磁屏蔽的功用，拓展了酚醛泡沫的适用范围。附图说明 [0039] 图1为本发明的结构示意图；1透明导电聚苯胺薄膜层；2改性酚醛树脂基板层。 具体实施方式[0040] 下面通过具体实施例对本发明做进一步的具体描述，但不能理解为是对本发明保护范围的限定。 [0041] 实施例1 [0042] 如图1所示，本发明提供了一种导电酚醛泡沫/聚苯胺复合板，所述导电酚醛泡沫/聚苯胺复合板包括三层，分别为透明导电聚苯胺薄膜层、改性酚醛树脂基板层和透明导电聚苯胺薄膜层；所述改性酚醛树脂基板层的上、下表面分别设置有透明导电聚苯胺薄膜层。 [0043] 所述改性酚醛泡沫基板层按质量百分比由以下组分组成： [0044] [0045] 所述改性酚醛树脂由以下重量份数的组分组成： [0046] 改性剂 1份 [0047] 甲阶酚醛树脂 100份。 [0048] 所述改性剂选自聚乙烯醇缩丁醛PVB、丁腈橡胶、天然橡胶、丁苯橡胶、腰果壳油CNSL、桐油、不饱和脂肪酸和丙烯酸的组合。 [0049] 所述甲阶酚醛树脂按质量百分比由以下组分组成： [0050] 苯酚 19％ [0051] 甲醛 52％ [0052] 催化剂 1％。 [0053] 所述增强纤维选自玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维和硼纤维中四种的组合；所述乳化剂选自CGY～1甲基硅油、DC193、吐温80和吐温60中四种的组合。 [0054] 所述发泡剂选自正戊烷、正己烷和二氯甲烷中三种的组合；所述固化剂选自磷酸、苯磺酸和醋酸中三种的组合。 [0055] 本发明的一种导电酚醛泡沫/聚苯胺复合板的制备方法，包括以下步骤： [0056] (1)将酚醛泡沫复合板放入丙酮溶液中浸泡，将其混合后的溶液置于乙醇溶液中，然后置于蒸馏水中清洗；放在双氧水中浸泡后，用蒸馏水反复淋洗；最后将酚醛泡沫复合板干燥； [0057] (2)量取苯胺An用1M的盐酸定容，并搅拌至An溶解，制得混合溶液，将稳定剂倒入烧杯中，然后将混合溶液倒入稳定剂所在的烧杯中搅拌均匀，降温至0～2℃；步骤(2)中各物质的体积分数比如下： [0058] 苯胺An 2％ [0059] 1M的盐酸溶液 25％ [0060] 稳定剂溶液 65％。 [0061] 所述的稳定剂是的浓度为10％的纳米级二氧化硅溶液、10％的碱性硅胶和2％水溶性高聚物聚乙烯吡咯烷酮组成。 [0062] (3)称取过硫酸铵，并用1M盐酸溶液定容降温至0～2℃；步骤(3)中各物质的质量百分比如下： [0063] 过硫酸铵 12.8％ [0064] 1M的盐酸溶液 79.6％。 [0065] (4)取出盛有苯胺盐酸与稳定剂的混合溶液的容器内放入冰水中，然后放入酚醛泡沫复合板进行搅拌，至温度恒定至1～2℃后倒入已降温的过硫酸铵； [0066] (5)反应后取出的酚醛泡沫复合板先用1M盐酸冲洗，再放入1M盐酸中浸泡后自然干燥，制得带有导电聚苯胺薄膜层的酚醛泡沫/聚苯胺复合板。 [0067] 实施例2 [0068] 实施例2与实施例1的区别在于：所述改性酚醛泡沫基板层按质量百分比由以下组分组成： [0069] [0070] 所述改性酚醛树脂由以下重量份数的组分组成： [0071] 改性剂 3份 [0072] 甲阶酚醛树脂 100份。 [0073] 所述改性剂选自聚乙烯醇缩丁醛PVB、丁腈橡胶、天然橡胶、丁苯橡胶、腰果壳油CNSL、桐油、不饱和脂肪酸或丙烯酸中的一种或几种的组合。 [0074] 所述甲阶酚醛树脂按质量百分比由以下组分组成： [0075] 苯酚 37％ [0076] 甲醛 68％ [0077] 催化剂 4％。 [0078] 所述增强纤维为玻璃纤维；所述乳化剂选自CGY～1甲基硅油和DC193。 [0079] 所述发泡剂选自正戊烷、正己烷和二氯甲烷三种的组合；所述固化剂为磷酸和苯磺酸。 [0080] 本发明的一种导电酚醛泡沫/聚苯胺复合板的制备方法，包括以下步骤： [0081] 在步骤(2)中，将稳定剂溶液倒入烧杯中，再量取苯胺An用1M的盐酸定容，并搅拌至An溶解，然后将溶液倒入稳定剂所在的烧杯中搅拌均匀，降温至1℃；步骤(2)中各物质的体积分数比如下： [0082] 苯胺An 4％ [0083] 1M的盐酸溶液 28％ [0084] 稳定剂溶液 68％。 [0085] 所述的稳定剂是的浓度为20％的纳米级二氧化硅溶液、20％的碱性硅胶和2.5％水溶性高聚物聚乙烯吡咯烷酮组成。 [0086] 在步骤(3)中，称取过硫酸铵，并用1M盐酸溶液定容降温至0～2℃；步骤(3)中各物质的质量百分比如下： [0087] 过硫酸铵 18％ [0088] 1M的盐酸溶液 82％。 [0089] 在步骤(4)中，取出盛有苯胺盐酸与稳定剂的混合溶液的容器内放入冰水中，然后放入酚醛泡沫复合板进行搅拌，至温度恒定至1.5℃后倒入已降温的过硫酸铵。 [0090] 实施例3 [0091] 实施例3与实施例1的区别在于： [0092] 所述改性酚醛泡沫基板层按质量百分比由以下组分组成： [0093] [0094] 所述改性酚醛树脂由以下重量份数的组分组成： [0095] 改性剂 4份 [0096] 甲阶酚醛树脂 100份。 [0097] 所述改性剂选自聚乙烯醇缩丁醛PVB、丁腈橡胶、天然橡胶、丁苯橡胶、腰果壳油CNSL、桐油、不饱和脂肪酸或丙烯酸中的一种或几种的组合。 [0098] 所述甲阶酚醛树脂按质量百分比由以下组分组成： [0099] 苯酚 47％ [0100] 甲醛 78％ [0101] 催化剂 5％。 [0102] 所述增强纤维为碳纤维、芳纶纤维和硼纤维三种的组合；所述乳化剂选自DC193、吐温80和吐温60三种的组合。 [0103] 所述发泡剂为二氯甲烷；所述固化剂选自磷酸、苯磺酸和醋酸三种的组合。 [0104] 本发明的一种导电酚醛泡沫/聚苯胺复合板的制备方法，包括以下步骤： [0105] 在步骤(2)中，将稳定剂溶液倒入烧杯中，再量取苯胺An用1M的盐酸定容，并搅拌至An溶解，然后将溶液倒入稳定剂所在的烧杯中搅拌均匀，降温至2℃；步骤(2)中各物质的体积分数比如下： [0106] 苯胺An 5％ [0107] 1M的盐酸溶液 30％ [0108] 稳定剂溶液 70％。 [0109] 所述的稳定剂是的浓度为30％的纳米级二氧化硅溶液、30％的碱性硅胶和2～3％水溶性高聚物聚乙烯吡咯烷酮中的一种或者几种组成。 [0110] 在步骤(3)中，称取过硫酸铵，并用1M盐酸溶液定容降温至0～2℃；步骤(3)中各物质的质量百分比如下： [0111] 过硫酸铵 20.4％ [0112] 1M的盐酸溶液 87.2％。 [0113] 在步骤(4)中，取出盛有苯胺盐酸与稳定剂的混合溶液的容器内放入冰水中，然后放入酚醛泡沫复合板进行搅拌，至温度恒定至2℃后倒入已降温的过硫酸铵。 [0114] 实施例4 [0115] 实施例4与实施例1的区别在于：本发明的一种导电酚醛泡沫/聚苯胺复合板的制备方法，包括如下步骤：在步骤(1)中，震荡时采用超声波震荡12min，然后放入乙醇溶液中，并放在超声波清洗器中振荡10min，最后置于蒸馏水中，用超声波振荡清洗5次，每次3min；放在双氧水中浸泡0.5h后，用蒸馏水反复淋洗3遍；最后将酚醛泡沫复合板置于干净表面皿中，于烘箱中干燥； [0116] 在步骤(2)中，所述容器为烧杯；量取7.3ml的苯胺An用1M的盐酸定容至100ml并搅拌至An溶解，制得混合溶液；量取200ml的稳定剂倒入500ml的烧杯中，然后将混合溶液倒入稳定剂所在的容量为500ml烧杯中进行电磁搅拌，搅拌时间为3min； [0117] 在步骤(3)中，在此同时称取18g的过硫酸铵APS，并用1M盐酸溶液定容至100ml；在步骤(4)中，搅拌时采用磁力搅拌子；在步骤(5)中，浸泡时间为15min。 [0118] 实施例5 [0119] 实施例5与实施例4的区别在于：本发明的一种导电酚醛泡沫/聚苯胺复合板的制备方法，包括如下步骤：在步骤(1)中，震荡时采用超声波震荡15min，然后放入乙醇溶液中，并放在超声波清洗器中振荡12min，最后置于蒸馏水中，用超声波振荡清洗5～6次，每次4min；然后放在双氧水中浸泡1h后，用蒸馏水反复淋洗4遍； [0120] 在步骤(2)中，搅拌时间为6min；在步骤(3)中，在此同时称取20g的过硫酸铵APS，并用1M盐酸溶液定容至100ml；在步骤(5)中，浸泡时间为20min。 [0121] 实施例6 [0122] 实施例6与实施例4的区别在于：本发明的一种导电酚醛泡沫/聚苯胺复合板的制备方法，包括如下步骤：在步骤(1)中，震荡时采用超声波震荡17min，然后放入乙醇溶液中，并放在超声波清洗器中振荡15min，最后置于蒸馏水中，用超声波振荡清洗6次，每次5min；用蒸馏水反复淋洗5遍； [0123] 在步骤(2)中，搅拌时间为8min；在步骤(3)中，在此同时称取25g的过硫酸铵APS，并用1M盐酸溶液定容至100ml；在步骤(5)中，浸泡时间为30min。 [0124] 对比例 [0125] 未沉积聚苯胺薄膜的酚醛树脂复合板材性能，其性能指标如表1所示： [0126] 表1 [0127]指标 测试方法或标准 效果 压缩强度 GB/T8813～2008 ≤10.14MPa 弯曲强度 GB/T8812.1～2007 ≤14.23MPa 冲击韧性 XJ～300A型冲击试验机 ≤6.75KJ/m2 表面电导率 SDY-4型四探针电导率测试仪 不导电 [0128] 试验1 [0129] 对各实施例的制得的带有导电聚苯胺薄膜层的酚醛泡沫/聚苯胺复合板进行如下试验： [0130] (1)压缩试验 [0131] 压缩试验根据标准GB/T8813～2008，采用CMT5105型电子万能试验机进行，试样尺寸为50mm×50mm×30mm，加载速率为2mm/min。 [0132] (2)弯曲试验 [0133] 弯曲试验根据标准GB/T8812.1～2007，采用CMT5105型电子万能试验机进行，试样尺寸为100mm×30mm×15mm，跨距为50mm，加载速率为2mm/min。 [0134] (3)冲击试验 [0135] 冲击试验采用简支梁法测试无缺口冲击试样，采用XJ～300A型冲击试验机进行，试样尺寸为100mm×30mm×15mm，厚度d＝15mm，跨距为40mm。 [0137] 对各实施例的制得的带有导电聚苯胺薄膜层的酚醛泡沫/聚苯胺复合板进行的试验可知，其性能指标如表2所示： [0138] 表2 [0139]指标 测试方法或标准 效果 压缩强度 GB/T8813～2008 ≥15.21MPa 弯曲强度 GB/T8812.1～2007 ≥28.14MPa 冲击韧性 XJ～300A型冲击试验机 ≥14.31 KJ/m2 表面电导率 SDY-4型四探针电导率测试仪 ≥3×10-3S·cm-1 [0140] 由各个实施例制得的带有导电聚苯胺薄膜层的酚醛泡沫/聚苯胺复合板进行试验可知，与对比例的未沉积聚苯胺薄膜的酚醛树脂复合板相比，本发明的酚醛泡沫复合板提高现有酚醛泡沫板的压缩强度、弯曲强度和冲击韧性，提高现有酚醛泡沫板材的力学性能，在表面沉积聚苯胺薄膜，使酚醛泡沫具有防静电和电磁屏蔽性能。 |
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