脲醛树脂基高分子材料改性研究
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作者: 戴猛
【摘要】本文简要介绍了脲醛树脂基高分子材料的基本生产工艺流程，探索玻璃纤维、纳米蒙脱土、丁腈橡胶粉以及玉米淀粉种类和用量对脲醛树脂基高分子材料耐电击穿性能的影响。实验结果表明，选用玻璃纤维作为增强剂对脲醛树脂基高分子材料的耐电击穿强度影响最为明显，纳米蒙脱土次之，玉米淀粉的加入对脲醛树脂基高分子材料的耐电击穿强度影响不明显，而丁腈橡胶的加入对脲醛树脂基高分子材料的耐电击穿强度有明显的下降趋势，改性后的脲醛树脂基高分子材料的耐电击穿强度能超过17KV/mm，最佳耐压时间在100s以上。
【关键词】脲醛树脂基高分子材料，改性，耐电击穿强度
引言
脲醛树脂基高分子材料在我国的发展已经有40多年的历史，随着国民经济的持续快速发展，以及石油危机的不断临近，作为煤化工后加工产品之一的脲醛树脂基高分子材料正受到各行各业的重视。脲醛树脂基高分子材料是一个很有生命力的热固性塑料，其原料来源丰富，生产工艺简单，价格便宜，具备良好的性能，由此被各行各业广泛应用。其制品拥有良好的机械和电性能，尤其是阻燃性能优良，加工方便，所生产的制品广泛的代替陶瓷，具备良好的发展前景，但是，目前我国在日用电器方面应用的原料还依赖于进口。由此，本文就脲醛树脂基高分子材料的耐电击穿性能进行了系统的研究。
1 实验部分
1.1主要原材料
甲醛、尿素、乌洛托品、硬酯酸锌：均为工业级，市售；
固化剂D：自配。
1.2 设备、仪器
捏合机：ZNH-2型，如皋市昇光捏合机厂；
网带干燥烘箱：南京湘宝钛白制品实业有限公司；
四柱液压机：Y71M-500和Y71M-1000，浙江省余姚恒泰轻工机械有限公司；
电热鼓风干燥箱：HG101-4A型，南京奥坂干燥设备厂；
检测用模具、小型球磨机：自制；
简支梁冲击试验机：XJJ-50型，承德市金建检测仪器有限公司；
微机控制电压击穿试验仪：DJC-50kv，吉林省泰和试验机有限公司。
1.3 试样制备。在四口烧瓶中按配方加入一定量的甲醛，在搅拌下依次加入乌洛托品和尿素，将温度升至58℃，反应1h左右。将反应后的物料倒入烧杯中，加入固化剂D及一定量纸浆、硬酯酸锌和其它助剂，在64℃以下捏合40 min。捏合后的物料在烘箱内进行干燥，控制干燥温度、干燥时间、空气排出量、料层厚度及翻料次数等，直到低分子化合物挥发完毕。然后经粉碎、球磨、过筛得到脲醛树脂基高分子材料。
1.4性能测试：脲醛树脂基高分子材料的流动性按GB13454-1992测试；脲醛树脂基高分子材料缺口冲击强度按GB/T1043-1993测试；脲醛树脂基高分子材料耐电击穿强度按GB1408-1989测试。脲醛树脂基高分子材料的固化成型时间：将脲醛树脂基高分子材料放入一定温度的检测模具内，按照脲醛树脂基高分子材料成型步骤测定成型固化时间。测试工艺条件：上模150℃，下模145℃，模压25 MPa，成型总时间在60 s左右，放气时间视固化时间而定，在15 s和25 s各排气一次。
2 结果与讨论
2.1 纳米蒙脱土对脲醛树脂基高分子材料耐电击穿性能的影响。从纳米蒙脱土加入量对脲醛树脂基高分子材料耐电击穿性能的影响分析，加入纳米蒙脱土后， 各个脲醛树脂基高分子材料试样的耐电击穿电压升高趋势。这可能是由于当纳米蒙脱土分散于脲醛树脂基高分子材料当中，由于纳米蒙脱土和脲醛树脂基高分子材料中脲醛树脂的氨基键的相互作用，使得其中的极性基团转动困难，导致耐击穿电压升高。脲醛树脂处于纳米蒙脱土片层之间， 受到纳米蒙脱土片层的限制作用， 抑制了其中极性基团的运动，也导致极化困难，从而使纳米蒙脱土改性之后的耐击穿电压有升高趋势，但是不是很显著，超过7%后升高的更不明显，趋于平缓。
2.2 玻璃纤维对脲醛树脂基高分子材料耐电击穿性能的影响
玻璃纤维具有高的比电阻和低的电介质常数。玻璃纤维的电性能主要取决于玻璃的化学成分，特别是碱氧化物的含量。本文所选用的是无碱玻璃纤维，其碱含量小于0.8%，是一种铝硼硅酸盐成分。它的化学稳定性、电绝缘性能、强度好。从图3 可以看出， 加入无碱玻璃纤维后， 脲醛树脂基高分子材料的耐电击穿电压升高，而且提高的程度比加入纳米蒙脱土明显。这可能是由于当无碱玻璃纤维分散于脲醛树脂基高分子材料当中，由于纳米蒙脱土和脲醛树脂基高分子材料中脲醛树脂的氨基键强烈的相互作用，使得其中的极性基团难以转动， 导致极化困难，从而使脲醛树脂基高分子材料耐击穿电压升高。
2.3 丁腈橡胶对脲醛树脂基高分子材料耐电击穿性能的影响
随着丁腈橡胶粉用量的增加，脲醛树脂基高分子材料试样的耐电击穿强度有明显的下降趋势，这主要是因为丁腈橡胶大分子中存在的易被电场极化的腈基，从而导致脲醛树脂基高分子材料的耐电击穿强度下降。
2.4 玉米淀粉对脲醛树脂基高分子材料耐电击穿性能的影响
随着玉米淀粉用量的加入，对脲醛树脂基高分子材料的耐电击穿性能影响不是很显著，维持在空白样的基础上。这是因为玉米淀粉是由单一类型的糖单元组成的多糖，依靠植物体天然合成。玉米淀粉的加入对脲醛树脂基高分子材料的耐电击穿强度没有什么影响。
2.5 改性脲醛树脂基高分子材料耐电压性能的影响
在进行改性脲醛树脂基高分子材料的耐电击穿强度测试结果的基础上，又对上述试样的耐电压性能进行了测试，具体结果见表1。统一设定的压力为33KV，所有增强剂用量为7%，测试温度25℃，湿度50%，媒质为变压器油。明显可以看到采用玻璃纤维为增强剂，耐压时间在100s以上。
结语。经过对脲醛树脂基高分子材料改性对耐电击穿强度和耐电压性能的研究，得到如下结论：（1）通过玻璃纤维、纳米蒙脱土、丁腈橡胶粉和玉米淀粉的对比分析，得到选用玻璃纤维作为增强剂对脲醛树脂基高分子材料的耐电击穿强度影响最为明显，纳米蒙脱土次之，玉米淀粉的加入对脲醛树脂基高分子材料的耐电击穿强度影响不明显，而丁腈橡胶的加入对脲醛树脂基高分子材料的耐电击穿强度有明显的下降趋势；
（2）通过对各种添加剂的比较，改性后的脲醛树脂基高分子材料的耐电击穿强度能超过17KV/mm；
（3）通过对耐电压性能表征，得到玻璃纤维的加入对脲醛树脂基高分子材料在33KV的额定电压下，最佳耐压时间在100s以上。
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