TGA曲线(绿色曲线)在400℃左右急剧下降,到1000℃残碳率为50%。
图3.6 酚醛树脂+15%硅溶胶复合乳液
如图3.6 所示,DSC曲线(即蓝色曲线)在60℃有一个放热峰,说明由于水和低沸点物质的挥发所致,在400℃~550℃出现多个放热峰,发生固化。
TGA曲线(绿色曲线)在400℃左右急剧下降,到1000℃残碳率为55%。
表3.5 不同用量的硅溶胶对酚醛树脂残碳率的影响
硅溶胶含量(%) 3% 6% 9% 12% 15%
残碳率 40% 50% 50% 50% 55%
酚醛树脂作为烧蚀防热复合材料树脂基体,其中一个重要技术指标是必须具有较高的残碳率,其理论碳含量为70%左右,树脂固化物含有较多的醚键及次甲基键,在高温下醚键和次甲基键均易断裂而使聚合物裂解,形成小分子物逸出,导致质量损失,因此传统酚醛树脂的残碳率一般不是很高。
如图3.2~图3.6所示(表3.5),随着加入硅溶胶的量大增多,残碳率提高。酚醛树脂具有良好的机械性能和耐热性能,其中高残碳率酚醛树脂更是优良的耐烧蚀材料。如上图所示,随着硅溶胶的增加,温度在380℃左右放出气体,相比较其他4组含量,含硅溶胶15%的酚醛树脂的TGA曲线明显趋于稳定,残碳率也逐渐提高。可见,加入硅溶胶可提高酚醛树脂的热分解温度,减缓其热分解速度,提高残碳率。
3.3 改性酚醛树脂的红外光谱分析
图3.7 硅溶胶-酚醛树脂的红外谱图
图3.7为改性酚醛树脂的红外谱图,由该图分析可知,3417.20cm-1为酚羟基的伸缩振动,3007.87 cm-1为不饱和C-H键的伸缩振动,2919.95 cm-1和2851.09 cm-1为饱和C-H键的伸缩振动,1608.75 cm-1,1510.19 cm-1,1474.84 cm-1为苯环的-C=C-的伸缩振动,说明有苯环存在,1200.74cm-1,115.23cm-1,1064.01cm-1为C-O键伸缩振动。
4 结论
根据实验和数据分析,得出以下结论:
(1)当固化温度低于250℃时,硅溶胶酚醛树脂复合乳液成膜性差,粘性不好。
(2)加入硅溶胶可提高酚醛树脂的热分解温度,减缓其热分解速度,提高残碳率,当硅溶胶的用量为15%时,酚醛树脂残碳率可达55%。
(3)当固化温度在250℃时,硅溶胶酚醛树脂复合乳液的耐高温性能最好。
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