电木是塑料中第一个投入工业生产的品种,其化学名称叫酚醛塑料(phenol formaldehyde plastic),英文简称PF。它具有较高的机械强度、良好的绝缘性,耐热性、耐腐蚀性,因此常用于制造电器材料,如开关、灯头、耳机、电话机壳、仪表壳等,“电木”由此而得名。
制法
酚类和醛类化合物在酸性或碱性催化剂作用下,经缩聚反应可制得
酚醛树脂。将酚醛树脂和锯木粉、滑石粉(
填料)、
乌洛托品(固化剂),
硬脂酸(润滑剂)、颜料等充分混合,并在混炼机中加热混炼,即得
电木粉。将电木粉在模具中加热压制成型后得到热固性酚醛
塑料制品。
缺点
酚醛树脂的缺点是机械性能较差,不耐油和化学腐蚀。
为了克服上述缺陷,人们对酚醛树脂进行了改性,在酚醛树脂中加入不同的填料可以得到功能各异的改性酚醛塑料。例如,在配料中加入石棉、云母等填料,可以增加它的耐酸、耐碱、耐磨性,使其成为化工设备和电机、汽车的理想材料;加入玻璃纤维可以增加硬度,其适用于机器零件等领域;采用丁腈橡胶改性后,耐油性能和抗冲击强度可以大大提高;用聚氯乙烯改性后则能提高机械强度和耐酸性。
近年来,出现了一些新的改性技术,例如共混改性、纳米复合改性等。这些新技术进一步提高了酚醛树脂的性能,并为其应用拓展了更多的可能性。
原料来源
酚醛塑料由于原料来源丰富,合成工艺简单,价格便宜,产品又具有优良的性能,仍然是世界上产量最大的
热固性塑料。
物理特性
酚醛塑料是一种硬而脆的热固性材料。
电木的特性是不吸水、不导电、耐高温、强度高,多用在电器上,又因像木头一样绝缘性高可塑性好,所以被叫做“电木”。电木是用粉状的酚醛树脂,加进锯木屑、石棉或陶土等混合後,在高温下用模子压出成品,其中酚醛树脂是世界第一种人工合成的树脂。
酚醛塑料(电木):表面坚硬,质脆易碎,敲击有木板声,多为不透明深色(棕色或黑色),在热水中不变软。是绝缘体,它的主要成分是酚醛树酯。
成型性能
1.成型性较好,但收缩及方向性一般比
氨基塑料大,并含有水分挥发物。成型前应预热,成型过程中应排气,不预热则应提高模温和成型压力。
2.模温对流动性影响较大,一般超过160度时,流动性会迅速下降。
3.硬化速度一般比氨基塑料慢,硬化时放出的热量大。大型厚壁塑件的内部温度易过高,容易发生硬化不均和过热。
当甲醛/苯酚(摩尔比)小于1时,可得热塑性产物,称热塑性酚醛树脂,即
线型酚醛树脂,它不含进一步缩聚的基团,加固化剂并加热才能固化。如以
六亚甲基四胺为固化剂,固化温度150 ℃,混以填料制成的模塑粉俗称电木粉。当甲醛/苯酚(摩尔比)大于1时,在碱催化下先得到甲阶段树脂,即热固型酚醛树脂,能溶于有机溶剂,甲阶段树脂含能进一步缩聚的羟甲基,因此不需加固化剂即能固化:加热下反应得到乙阶段树脂,又称半溶酚醛树脂,不溶不熔但可溶胀和软化。再进一步反应则得到不溶不熔的
体型结构丙阶段树脂,也称不溶酚醛树脂。甲阶段树脂长期存放也能自行固化。
热固性酚醛树脂的固化形式分为常温固化和热固化两种。常温固化可使用无毒常温固化剂NL,也可使用
苯磺酰氯或石油磺酸,但后两种材料的毒性、刺激性较大。
历史典故
“电木”的问世
1906年,美国化学家贝克兰正在研究一种新的有机物——酚醛树脂。可是他的实验室内老鼠猖獗,他虽养了一只猫,这猫却不会捉老鼠。
一天晚上,贝克兰在实验室内安一个捕鼠器,并在捕鼠器上放了些香喷喷的奶酪作诱饵。不想老鼠还没来,那只猫却顺着香味来了,把桌上的酚醛树酯溶液打翻了,正好倒在奶酪上。第二天一早,贝克兰走进实验室发现,浆糊似的奶酪变成了光滑的、坚硬的物质,这种新物质,就是电木。
电木粉
电木粉,又称胶木粉,主要成分为酚醛树脂和木粉。其中,酚醛树脂具有热固性,在加热或固化剂的作用下可以固化成不溶不熔的体型结构,从而具有良好的耐热性、耐水性和电绝缘性能。木粉则可以提供可塑性、韧性和硬度,同时起到填充剂的作用。
电木粉的制备方法通常是将酚醛树脂和木粉按照一定比例混合,然后经过压制、干燥等工艺过程制成。
由于电木粉具有良好的绝缘性能和机械强度,因此被广泛应用于电器制品、电子元件、电线电缆、机械零件等领域。
酚醛树脂
酚醛树脂作为最早工业化的
合成树脂之一,具有原料价格低廉,生产工艺简单成熟,
化学稳定性好等优点在工业上得到广泛关注和应用。
酚醛泡沫作为一种高分子有机硬质泡沫产品,可由可发性酚醛树脂为原料制备而成,由于其具有广泛突出的如具有密度小重量轻、无毒害少污染、防火性能优异、耐腐蚀、耐老化性等优点,是建筑保温的理想材料。但酚醛泡沫又存在着粘结性差,抗压抗折能力低,施工损耗大等一系列物理性能的缺陷导致酚醛泡沫的应用受到了一定限制。
改性酚醛树脂
酚醛树脂改性的目的主要是改进它脆性或其它物理性能,提高它对
纤维增强材料的粘结性能并改善复合材料的成型工艺条件等。改性一般通过下列途径:
①封锁酚羟基。酚醛树脂的酚羟基在树脂制造过程中一般不参加化学反应。在树脂分子链中留下的酚羟基容易吸水,使固化制品的电性能、耐碱性和力学性能下降。同时酚羟基易在热或紫外光作用下生成醌或其它结构,造成颜色的不均匀变化。
②引进其它组分。引进与酚醛树脂发生化学反应或与它相容性较好的组分,分隔或包围羟基,从而达到改变固化速度,降低吸水性的目的。引进其它的高分子组分,则可兼具两种高分子材料的优点。
1、
聚乙烯醇缩醛改性酚醛树脂 工业上应用得最多的是用聚乙烯醇缩醛改性酚醛树脂,它可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。用作改性的酚醛树脂通常是用氨水或
氧化镁作催化剂合成的苯酚甲醛树脂。用作改性的聚乙烯醇缩醛是一个含有不同比例的羟基、缩醛基及乙酰基侧链的
高聚物,其性质取决于: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。由于聚乙烯醇缩醛的加入,使树脂混合物中酚醛树脂的浓度相应降低,减慢了树脂的固化速率,使低压成型成为可能,但制品的耐热性有所降低。
2、
聚酰胺改性酚醛树脂 经聚酰胺改性的酚醛树脂提高了酚醛树脂的
冲击韧性和粘结性,并改善了树脂的流动性,仍保持酚醛树脂优点。用作改性的聚酰胺是一类羟甲基聚酰胺,利用羟甲基或活泼氢在合成树脂过程中或在树脂固化过程中发生反应形成化学键而达到改性的目的。
3、
环氧改性酚醛树脂 用40%的一阶热固性酚醛树脂和60%的二酚基丙烷型
环氧树脂混合物制成的复合材料可以兼具两种树脂的优点,改善它们各自的缺点,从而达到改性的目的。这种混合物具有环氧树脂优良的粘结性,改进了酚醛树脂的脆性,同时具有酚醛树脂优良的耐热性,改进了环氧树脂耐热性较差的缺点。这种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,最后交联成复杂的体型结构来达到的。
4、
有机硅改性酚醛树脂 有机硅树脂具有优良的耐热性和耐潮性。可以通过使用有机硅单体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。
采用不同的
有机硅单体或其混合单体与酚醛树脂改性,可得不同性能的改性酚醋树脂,具有广泛的选择性。用有机硅改性酚醛树脂制备的复合材料可在200~260℃下工作应用相当时间,并可作为瞬时
耐高温材料,用作火箭、导弹等
烧蚀材料。
5、
硼改性酚醛树脂 由于在酚醛树脂的分子结构中引入了无机的硼元素,硼酚醛树脂比酚醛树脂的耐热性,瞬时耐高温性能和力学性能更为优良。硼改性酚醛树脂的耐热性、瞬时耐高温性、耐烧蚀性比普通酚醛树脂好得多。它们多用于火箭、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。
6、
二甲苯改性酚醛树脂 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,由此改性后的酚醛树脂的耐水性、耐碱性、耐热性及电绝缘性能得到改善。
7、二苯醚甲醛树脂 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。
酚醛的密度
比重:1.5-2.0克/立方厘米
成型收缩率:0.5-1.0% 成型温度:150-170℃
物料性能
酚醛塑料是一种硬而脆的热固性塑料,俗称电木粉。机械强度高、坚韧耐磨、尺寸稳定、耐腐蚀、电绝缘性能优异。
适于制作电器,仪表的绝缘机构件,可在湿热条件下使用。
成型性能
1.成型性较好,但收缩及方向性一般比氨基塑料大,并含有水分挥发物。成型前应预热,成型过程中应排气,不预热则应提高模温和成型压力。
2.模温对流动性影响较大,一般超过160度时,流动性会迅速下降。
3.硬化速度一般比氨基塑料慢,硬化时放出的热量大。大型厚壁塑件的内部温度易过高,容易发生硬化不均和过热。
电木制品
电木已经广泛应用于人们生活的很多地方,比如:电木插座、电木开关、电木勺柄、电木葫芦丝、电木唱片、电木
手轮、手柄、
把手、
拉手、纸巾盒、厨灶板台、
电木茶盘、台球用球等等。