本发明专利技术提供了一种含有磷腈阻燃剂的碳纤维复合材料及其制备方法。该碳纤维复合材料由如下重量份的组分制备得到：10‑20重量份纳米碳纤维、5‑10重量份玻璃纤维、10‑20重量份聚碳酸酯、1‑5重量份无卤磷腈阻燃剂、50‑80重量份环氧树脂、1‑5重量份偶联剂、1‑3重量份抗氧剂和0.01‑0.2重量份增塑剂。本发明专利技术制备得到的碳纤维复合材料的拉伸强度高达44‑47MPa，断裂伸长率高达455‑468％，阻燃性(UL‑94)可达V‑0级，老化性能也有所改善，耐热性良好。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及阻燃物质的
，尤其涉及一种含有磷腈阻燃剂的碳纤维复合材料及其制备方法。
技术介绍
随着经济的迅速发展，碳纤维复合材料在各个行业领域中都得到广泛的应用，由于电气火灾事故的频繁发生，材料的阻燃问题逐渐引起世界各国的重视；材料燃烧时释放出大量烟雾和有毒的、腐蚀性的气体是火灾中的危险因素，妨碍了人们安全撤离和灭火工作，使生命财产遭到严重损失。传统的技术一般采用向材料体系中添加氢氧化铝水合物、氢氧化镁水合物等含有结晶水的金属氢氧化物等无机阻燃物质，以及向材料体系中添加溴化双酚A、溴化双酚A型环氧树脂等卤素含量比较高的有机阻燃物质的方法，使产品达到所要求的阻燃性能或等级。为了提高这些含有卤素的有机化学物质的阻燃性，还常常向体系中加入如三氧化二锑等对环境不友好的无机阻燃物质。含卤素的阻燃物质在燃烧时会产生无降解性或难降解的有毒物质(如二恶英类有机卤素化学物质)，污染环境、影响人类及动物健康。现有技术的材料中因添加有机磷酸酯和/或磷氮膨胀型阻燃体系，导致材料机械性能大幅下降，阻燃等级低，耐温等级低等缺点。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术一方面提供一种含有磷腈阻燃剂的碳纤维复合材料，该复合材料具有良好阻燃性、耐热性、良好的机械性能。一种含有磷腈阻燃剂的碳纤维复合材料，所述碳纤维复合材料包含如下重量份的组分：在本专利技术所述复合材料中纳米碳纤维的用量为10-20重量份，例如10重量份、12重量份、14重量份、16重量份、18重量份或20重量份。在本专利技术所述复合材料中玻璃纤维的用量为5-10重量份，例如5重量份、5.5重量份、6重量份、6.5重量份、7重量份、7.5重量份、8重量份、8.5重量份、9重量份、9.5重量份或10重量份。在本专利技术所述复合材料中聚碳酸酯的用量为10-20重量份，例如11重量份、12重量份、13重量份、14重量份、15重量份、16重量份、17重量份、18重量份或19重量份。在本专利技术所述复合材料中无卤磷腈阻燃剂的用量为1-5重量份，例如1重量份、2重量份、3重量份、4重量份或5重量份。在本专利技术所述复合材料中环氧树脂的用量为50-80重量份，例如50重量份、52重量份、55重量份、58重量份、60重量份、63重量份、65重量份、68重量份、70重量份、73重量份、76重量份、78重量份或80重量份。在本专利技术所述复合材料中偶联剂的用量为1-5重量份，例如1重量份、1.2重量份、1.4重量份、1.6重量份、1.8重量份、2重量份、2.3重量份、2.5重量份、2.8重量份、3重量份、3.5重量份、4重量份、4.5重量份或5重量份。在本专利技术所述复合材料中抗氧剂的用量为1-3重量份，例如1重量份、1.2重量份、1.4重量份、1.6重量份、1.8重量份、2重量份、2.3重量份、2.5重量份、2.8重量份或3重量份。在本专利技术所述复合材料中增塑剂用量为0.01-0.2重量份，例如0.01重量份、0.03重量份、0.05重量份、0.08重量份、0.1重量份、0.13重量份、0.15重量份、0.18重量份或0.2重量份。在本专利技术的碳纤维复合材料中，各原料组分相互配合使得该复合材料具有良好的阻燃性以及良好的机械性能，其中无卤磷腈阻燃剂提高了碳纤维复合材料的阻燃性，纳米碳纤维与玻璃纤维和聚碳酸酯对于提高碳纤维复合材料的机械性能具有协同作用。在本专利技术中，所述磷腈阻燃剂具有式Ⅰ所示结构：式Ⅰ中，R1和R2独立地为满足其化学环境的任意惰性亲核基团，R3和R4为满足其化学环境的任意有机基团，X1和X2独立地为-O-Ar-O-、-S-R5-S-、-NH-R6-NH-、-NH-R7-O-、-S-R11NH-、-O-R12COO-或-S-R13COO-中的任意一种，R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12和R13为满足其化学环境的任意有机基团，Y1和Y2独立地为满足其化学环境的任意亲核基团；M为环三磷腈基M1、环四以上磷腈基M2或非环状聚磷腈基M3中的任意一种或至少两种的组合，m、n为大于等于零的整数；a、b、c、d为大于等于零的整数，且a+b+c+d+2等于M基团上磷原子个数的2倍。在本专利技术中，所述满足其化学环境是指能够与其相邻的原子相连，得到稳定的化学连接键。优选地，R1和R2独立地为取代或未取代的烷氧基、取代或未取代的环烷氧基、取代或未取代的芳氧基、取代或未取代的芳基烷氧基、取代或未取代的杂芳基烷氧基、取代或未取代的烷基硫基、取代或未取代的芳基硫基、取代或未取代的羧酸酯基、取代或未取代的碳酸酯基、取代或未取代的磺酸酯基或取代或未取代的膦酸酯基中的任意一种；所述烷氧基、环烷氧基、芳氧基、芳基烷氧基、杂芳基烷氧基、烷基硫基、芳基硫基、碳酸酯基、磺酸酯基或膦酸酯基的取代基独立地为直链或支链烷基、烷氧基、环烷氧基、芳基、芳氧基、芳基烷氧基、杂芳基、烷基硫基、芳基硫基、羧酸酯基、碳酸酯基、磺酸酯基或膦酸酯基中的任意一种或至少两种的组合，所述取代基不含有反应性封端基团；例如，所述取代基为不含有OH、-CN、-NH2、-SH、-COOH、-CHO、-CONH2等反应性基团；以具体实例说明，当取代基为羧酸酯基时，不能是一端仍带有羧基的甲酸酯基。具体地，R1和R2可独立地为CH3O-、CH3CH2O-、CH3S-、CH3CH2CH2S-、CH3COO-或PhO-(Ph表示苯基)中的任意一种。在本专利技术中R1和R2可以为相同的基团也可以为不同的基团。优选地，R3和R4独立地为取代或未取代的直链或支链亚烷基、取代的或未取代的亚环烷基、取代的或未取代的亚芳基、取代的或未取代的亚杂芳基、取代的或未取代的亚芳基亚烷基、取代的或未取代的亚烷基亚芳基、取代的或未取代的亚烷基亚杂芳基或取代的或未取代的亚杂芳基亚烷基中的任意一种。具体地，R3和R4可独立地为-CH2-、-CH2CH2CH2-、中的任意一种。优选地，R5、R6、R7、R8、R11、R12和R13独立地为取代或未取代的直链或支链亚烷基、取代的或未取代的亚环烷基、取代的或未取代的亚芳基、取代的或未取代的亚杂芳基、取代的或未取代的亚芳基亚烷基、取代的或未取代的亚烷基亚芳基、取代的或未取代的亚烷基亚杂芳基或取代的或未取代的亚杂芳基亚烷基中的任意一种。具体地，R5、R6、R7、R8、R11、R12和R13可独立地为-CH2-、-CH2CH2CH2-、中的任意一种。优选地，R9和R10独立地为取代或未取代的直链或支链烷基、取代的或未取代的环烷基、取代的或未取代的烷氧基、取代的或未取代的环烷氧基、取代的或未取代的芳基、取代的或未取代的杂芳基、取代的或未取代的取代或未取代的芳氧基、取代或未取代的芳基烷氧基、取代或未取代的烷基芳氧基、取代或未取代的杂芳基烷氧基、取代或未取代的烷氧基杂芳基、取代或未取代的杂芳基氧烷基、取代或未取代的烷基杂芳基、取代或未取代的烷基芳基、取代或未取代的芳基烷基、取代或未取代的烷基杂芳基、取代或未取代的烷基硫基、取代或未取代的芳基硫基、取代或未取代的羧酸酯基、取代或未取代的碳酸酯基、取代或未取代的磺酸酯基或取代或未取代的膦酸酯基中的任意一种。具体地，R9和R10可独立地为-CH3、-OCH3、-CN、-COOH、-CHO、-CONH2或Ph-中的任意一种。优选地本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种含有磷腈阻燃剂的碳纤维复合材料，其特征在于，所述碳纤维复合材料由如下重量份的组分制备得到：
【技术特征摘要】
1.一种含有磷腈阻燃剂的碳纤维复合材料，其特征在于，所述碳纤维复合材料由如下重量份的组分制备得到：2.根据权利要求1所述的含有磷腈阻燃剂的碳纤维复合材料，其特征在于，所述无卤磷腈阻燃剂具有式Ⅰ所示结构：式Ⅰ中，R1和R2独立地为满足其化学环境的任意惰性亲核基团，R3和R4为满足其化学环境的任意有机基团，X1和X2独立地为-O-Ar-O-、-S-R5-S-、-NH-R6-NH-、-NH-R7-O-、-S-R11NH-、-O-R12COO-或-S-R13COO-中的任意一种，R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12和R13为满足其化学环境的任意有机基团，Y1和Y2独立地为满足其化学环境的任意亲核基团；M为环三磷腈基M1、环四以上磷腈基M2或非环状聚磷腈基M3中的任意一种或至少两种的组合，m、n为大于等于零的整数；a、b、c、d为大于等于零的整数，c、d两者不能同时为零，且a+b+c+d+2等于M基团上磷原子个数的2倍。3.根据权利要求2所述的含有磷腈阻燃剂的碳纤维复合材料，其特征在于，R1和R2独立地为取代或未取代的烷氧基、取代或未取代的环烷氧基、取代或未取代的芳氧基、取代或未取代的芳基烷氧基、取代或未取代的杂芳基烷氧基、取代或未取代的烷基硫基、取代或未取代的芳基硫基、取代或未取代的羧酸酯基、取代或未取代的碳酸酯基、取代或未取代的磺酸酯基或取代或未取代的膦酸酯基中的任意一种；所述烷氧基、环烷氧基、芳氧基、芳基烷氧基、杂芳基烷氧基、烷基硫基、芳基硫基、碳酸酯基、磺酸酯基或膦酸酯基的取代基独立地为直链或支链烷基、烷氧基、环烷氧基、芳基、芳氧基、芳基烷氧基、杂芳基、烷基硫基、芳基硫基、羧酸酯基、碳酸酯基、磺酸酯基或膦酸酯基中的任意一种或至少两种的组合，所述取代基不含有反应性封端基团；优选地，R3和R4独立地为取代或未取代的直链或支链亚烷基、取代的或未取代的亚环烷基、取代的或未取代的亚芳基、取代的或未取代的亚杂芳基、取代的或未取代的亚芳基亚烷基、取代的或未取代的亚烷基亚芳基、取代的或未取代的亚烷基亚杂芳基或取代的或未取代的亚杂芳基亚烷基中的任意一种；优选地，R5、R6、R7、R8、R11、R12和R13独立地为取代或未取代的直链或支链亚烷基、取代的或未取代的亚环烷基、取代的或未取代的亚芳基、取代的或未取代的亚杂芳基、取代的或未取代的亚芳基亚烷基、取代的或未取代的亚烷基亚芳基、取代的或未取代的亚烷基亚杂芳基或取代的或未取代的亚杂芳基亚烷基中的任意一种；优选地，R9和R10独立地为取代或未取代的直链或支链烷基、取代的或未取代的环烷基、取代的或未取代的烷氧基、取代的或未取代的环烷氧基、取代的或未取代的芳基、取代的或未取代的杂芳基、取代的或未取代的取代或未取代的芳氧基、取代或未取代的芳基烷氧基、取代或未取代的烷基芳氧基、取代或未取代的杂芳基烷氧基、取代...
【专利技术属性】
技术研发人员：潘庆崇，
申请(专利权)人：广东广山新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。