[发明专利]纳米二氧化硅-硅酸钙晶须及改性酚醛树脂的制备方法

说明书

本发明属于高端制造领域，通过设计一种纳米二氧化硅‑硅酸钙晶须复合改性增效剂，制备高性能酚醛树脂，用于生产高端制造业高精度零部件铸造砂型。本发明涉及一种纳米二氧化硅‑硅酸钙晶须及改性酚醛树脂的制备方法，即通过硅烷偶联剂在超声波作用条件下对纳米SiO₂粒子进行表面改性，然后以过量的表面改性后的纳米SiO₂粒子和CaO为原料，通过高温高压反应釜反应制得纳米二氧化硅‑硅酸钙晶须复合改性增效剂，添加于酚醛树脂制备过程中，过滤并干燥后得到改性后的酚醛树脂。该方法工艺过程简单、生产成本低、改性效果好，生产的酚醛树脂具有较好的弯曲和冲击强度，助力生产高端制造业用高精度零部件。

技术领域

本发明属于高端制造领域，具体涉及高端制造业使用的高性能酚醛树脂改性和制备方法，特别涉及一种通过纳米二氧化硅-硅酸钙晶须复合改性增效剂制备具有良好弯曲、冲击强度和热变形温度的酚醛树脂的方法。

背景技术

高端制造业是国民经济发展的基础，高精度铸造零部件是高端制造业的重要支撑。覆膜砂型铸造作为高精度铸造的重要技术手段，酚醛树脂的性能对铸造零部件的质量具有决定作用，其强度和韧性指标是影响高精度零部件铸造的重在因素。然而，目前其强度和韧性协同提升仍然面临较大的困难。

酚醛树脂俗称电木，是由苯酚与甲醛在催化剂条件下缩聚而成的一种合成树脂，因选用催化剂的不同，可分为热固性和热塑性两类酚醛树脂。酚醛树脂具有良好的力学性能、耐高温性、耐水性、低烟低毒、制品尺寸稳定等特点被广泛应用于耐火材料，摩擦材料，粘结剂和铸造行业。随着产业结构升级、我国居民消费能力和消费水平的提升，对酚醛树脂的性能提出了更高的要求，酚醛树脂需要朝着高端化的方向发展。因此，制备高性能的酚醛树脂是非常必要的。在合成酚醛树脂时加入不同组分，可获得功能各异的改性酚醛树脂，提供所需要的不同的优良特性，如机械强度，耐碱性、耐磨性、耐油性、耐腐蚀性等。

纳米粒子又称超细微粒，是指粒度在1-100nm之间的粒子，具有特殊的界面性能和体积效应，用于改性聚合物，可起到增加韧性、提高耐热性的目的。目前用于改性酚醛树脂的纳米粒子主要有SiO₂、Al₂O₃、TiO₂等，以及纳米铜、碳纳米管、纳米炭黑等，其中，纳米SiO₂是改性酚醛树脂最常用的无机纳米粒子之一。由于纳米SiO₂化学活性高，表面效应强烈，容易发生聚集。因此，在改性酚醛树脂之前，要对纳米SiO₂表面进行修饰，降低表面能，从而防止纳米粒子的团聚。硅烷偶联剂是一种常用的表面改性剂，不仅可以减少纳米粒子的聚集，而且可以提高纳米粒子与有机聚合物间的相容性。然而，由于对纳米SiO₂粒子表面改性不充分等其它原因还会有部分团聚现象，致使在应用中无法充分发挥纳米SiO₂粒子的优异性能。

晶须是直径非常小的以单晶形式生长成的一种纤维，晶体内部原子排列有序，通常没有空穴、位错、晶界等缺陷，密度和强度都接近于理想晶体的理论值，晶须具有非常高的强度和弹性模量。研究发现，用短纤维可以提高酚醛树脂的抗剥离性能。因此，可以将晶须加入酚醛树脂中来提高其韧性。酚醛树脂用于石英砂覆膜，相邻的覆膜石英砂颗粒之间通过晶须搭桥增强酚醛树脂连结的韧性和强度。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明要解决的第一个技术问题是：如何解决纳米二氧化硅的部分团聚现象。

要解决的第二个技术问题是：如何制备一种冲击强度和热变形温度性能良好的改性酚醛树脂。

为解决上述第一个技术问题，本发明采用如下技术方案：一种纳米二氧化硅-硅酸钙晶须的制备方法，包括如下步骤：