酚醛树脂（Phenolic resins）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。苯酚-甲醛树脂是酚醛树脂中最典型和最重要的一种,它是世界最早人工合成和工业化生产的一类合成树脂。其原料易得,生产工艺简单,综合性能优良,应用十分广泛。目前商用酚醛树脂因其热性能不能满足高速重载交通运输工具制动材料的技术要求,人们纷纷研究各种提高酚醛树脂热力学性能的新技术新途径。本文重点探讨在合成酚醛树脂过程中实现无机物的原位分散,期望提高热学性能同时改善酚醛树脂韧性以及降低成本,减少有害气体CO₂的排放量。无机改性酚醛树脂研究是一种生态型低碳经济高技术,将为我国粗放型经济的转型储备新型技术。研究分为两部分进行。一是机械力化学交联改性酚醛树脂,旨在探索一些基础性技术问题。二是合成酚醛树脂过程的原位分散无机纳米接枝改性。主要研究内容包括:一、以机械力化学交联改性酚醛树脂实验作为原位分散的先行试验。首先对无机矿物进行超细磨矿,得到纳米-亚微米级无机填料,再对无机填料进行表面疏水处理,然后在高速搅拌作用下实现无机填料和酚醛树脂的机械力化学交联改性。确定了改性无机物种类、用量、级配以及无机物表面疏水改性技术。二、以机械力化学交联改性树脂实验为依据,完成了合成酚醛树脂过程中无机物的原位纳米分散及化学接枝改性。将苯酚和甲醛分别加入反应釜中,升温搅拌反应一段时间后,停止升温,使缩聚过程暂停,加入经超细磨矿改性后的无机填料并继续升温,在一定温度和压力条件下继续完成缩聚过程,使无机填料均匀分散在树脂中,并与树脂发生化学的或物理化学的接枝反应。三、对两步实验结果进行表征分析,得到以下结论:1.接枝无机分子基团需要化学活性,而原位分散使无机物纳米化又为接枝提供化学活性位。纳米无机物是活化中心点,均匀分布的纳米无机物吸收分解了大量热能,抑制了树脂受热分解速度,这是无机改性酚醛树脂残碳率提高,热性能改善的微观机制。2.无机物的组成、级配、用量对改性树脂热性能有直接影响。不仅要考虑摩擦材料的热性能,还要兼顾耐磨性和韧性。加入元素Si、Zr、Al、Ba等无机物旨在改善树脂热性能。同时某些层状硅酸盐可以提高材料柔韧性,保持摩擦系数在正常范围。3.经过无机改性后,酚醛树脂的热失重率明显降低,残碳率明显提高。纯树脂的残碳率仅为5.70%,而经无机改性后,酚醛树脂的残碳率均在40%以上。合成树脂过程中实现无机物的原位分散,当无机填料的添加量为最佳配比20%时改性树脂残碳率为64.77%。4.研究结果表明,某些无机填料呈纳米级均匀分布在树脂基体中。5.无机填料已与酚醛树脂发生了化学的或者物理化学的结合。Si-O键、Zr-O键和Al-O、Ba-O键的出现是对无机元素与基体酚醛树脂发生接枝反应的证据之一。表明无机分子基团与树脂有机分子基团产生了化学接枝反应生成接枝无机氧化物的聚合物。