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酚醛树脂在碳复合定形耐火材料中的应用
发布时间:2020-10-09 浏览量:77

酚醛树脂(Phenolicresins)是一种以酚类化合物与醛类化合物经缩聚而制得的一大类合成树脂。所用的醛类化合物主要是甲醛,常用的还有其他的醛类如乙醛、甲醛、糠醛或几种醛类的混合物。酚醛树脂特有的化学结构和大分子交联网状结构赋予了它卓越的粘附性、优良的耐热性、独特的抗烧蚀性和良好的阻燃性等优异的性能。因此,酚醛树脂广泛用于玻璃钢、模压料、粘合剂、隔热和电绝缘材料、涂料等。

酚醛树脂按照结构形态以及加热形状,能够分为热固性酚醛树脂以及热塑性酚醛树脂两种类型。热固性酚醛树脂是以碱,如氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化钡或氢氧化钙等为催化剂,摩尔比甲醛/苯酚>1,控制pH>7,在一定温度下反应一段时间,生成的一种含有可进一步反应的羟甲基活性基团的树脂。热塑性酚醛树脂通常被称作酚醛清漆或线性酚醛树脂,是甲醛(F)以及过量的苯酚(P),在酸性催化剂,如草酸、盐酸、硫酸以及甲酸等作用下反应生成的酚醛树脂,其中摩尔比(F/P)=0.6-0.9)。不管是热固性树脂,还是热塑性树脂,最后固化得到的结构都是一样的,为立体网状结构。高温下树脂碳化得到的残碳是支撑耐火材料工作,保证其寿命的重要结构。

目前,由于金属冶炼工业特别是钢铁工业的发展,耐火材料的需求大大增大,导致耐火材料行业对酚醛树脂的应用量逐年增加。耐火材料广泛用金属冶炼工业,水泥工业、陶瓷工业,结合剂是生产耐火材料不可缺少的组分,起到将耐火性颗粒与粉料胶结到一起的作用。而且在耐火材料的生产实践中,人们认识到酚醛树脂的品质和稳定性是影响含碳耐火材料性能的主要因素之一,酚醛树脂的重要性越来越突显。

1、在镁碳砖中的应用

镁碳砖是用电熔镁砂、石墨与结合剂共同烧制的碳络合物高温复合材料,具有较高的使用寿命,炉龄可达1600炉以上,因而近年来得到长足的发展。镁碳砖被广泛应用于钢铁冶金行业,主要是因为它有良好的性能,但是结合剂酚醛树脂的性能能够对镁碳砖的使用性能起到影响。镁碳砖用酚醛树脂应具有固含量高、相对分子质量小、残炭率高以及含水量低等特点。

通过研究树脂各项性能与其原料配比及合成工艺之间的关系得出:合成镁碳砖用酚醛树脂的最佳原料配比m(F)/m(P)=1.0~1.3;催化剂为w(NaOH)=50%的NaOH溶液,其加入量为苯酚质量的1%~1.5%;最佳合成工艺是:首先在60~70℃下反应1h,然后升温到80~90℃反应1~2h。在最佳原料配比及工艺条件下合成的酚醛树脂,其相对分子量为300~400,黏度为15~20Pa·s,固含量为77.0%~82.0%(w),残碳率为43.0%~49.0%(w),可满足镁碳砖用酚醛树脂的性能要求。由于镁碳砖的性能在很大程度上取决于结合系统所形成的炭结构,而酚醛树脂热解形成无序的脆性均质玻璃炭结构,该结构对氧化和应力非常敏感,因此镁碳砖多采用树脂与其他结合剂如沥青复合结合,以提高抗氧化性与力学性能。


2、在铝碳砖中的应用

铝碳砖是采用的原料是石墨以及刚玉,加入一定量的结合剂与添加物混合机压而成的。由于Al2O3和C在制品的烧成温度下不会发生固相反应,所以铝碳砖的结合强度主要来源于添加物以及结合剂。酚醛树脂由于其优异的性能而被广泛用于铝碳砖中。目前铝碳耐火材料广泛使用酚醛树脂作结合剂,其结合原理主要是通过固化过程中酚醛树脂分子链段发生交联反应形成网络结构来提高结合剂与材料之间的结合力。


关键词:酚醛树脂 耐火材料
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