一种无卤阻燃环氧树脂基复合材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术提供一种无卤阻燃环氧树脂基复合材料及其制备方法与应用，所述复合材料包括树脂基体和增强纤维，所述树脂基体包括以下质量百分含量的组份：液态环氧树脂30～70％、固体树脂5～30％、固体无卤阻燃剂12～32％、环氧固化剂2～8％，其中，所述固体树脂为含磷环氧树脂、酚醛树脂或苯并噁嗪树脂中的至少一种，所述固体无卤阻燃剂为不含卤素的有机反应型的磷系、硅系或氮系阻燃剂中的至少一种。该复合材料具有高阻燃、抑烟效果，满足DIN5510、EN45545等标准要求中的最高等级阻燃要求，同时具有较强的层间剪切力，可以作为承力结构材料使用。

A halogen-free flame retardant epoxy resin matrix composite and its preparation method and Application

The invention provides a halogen-free flame-retardant epoxy resin matrix composite material and its preparation method and application. The composite material includes resin matrix and reinforcing fiber. The resin matrix comprises the following components: liquid epoxy resin 30-70%, solid resin 5-30%, solid halogen-free flame retardant 12-32%, epoxy curing agent 2-8%, in which the solid resin is: At least one of the phosphorus-containing epoxy resin, phenolic resin or benzoxazine resin, the solid halogen-free flame retardant is at least one of the halogen-free organic reactive phosphorus, silicon or nitrogen flame retardants. The composite material has high flame retardant and smoke suppression effect, meets the highest grade flame retardant requirements of DIN5510, EN45545 and other standards, and has strong interlaminar shear force, so it can be used as load-bearing structural material.

【技术实现步骤摘要】
一种无卤阻燃环氧树脂基复合材料及其制备方法与应用
本专利技术涉及一种无卤阻燃环氧树脂基复合材料及其制备方法与应用，属于复合材料

技术介绍
轨道交通在运输行业占有举足轻重的地位，世界范围内对轨道交通列车的需求逐年增加，同时对车体的运载能力、舒适性能、环保及安全性能均提出了较高的要求，复合材料具有质量轻、强度高的特点，采用复合材料可有效解决列车减重问题，复合材料具有较好阻尼性能，因此还可以起到减震降噪的作用。列车作为一种重要的运输工具，对材料的阻燃性能提出了较高的要求。目前主要以酚醛树脂为基体的复合材料在列车内饰等非承力结构件中已经有应用。然而，酚醛树脂分子结构规整，韧性较差，固化反应属于缩聚反应，固化过程中有小分子放出，影响复合材料的致密，因此复合材料力学性能较差，无法作为承力结构使用。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种无卤阻燃环氧树脂基复合材料及其制备方法与应用，该复合材料具有高阻燃、抑烟效果，满足DIN5510、EN45545等标准要求中的最高等级阻燃要求，同时具有较强的层间剪切力，可以作为承力结构材料使用。本专利技术的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：一种无卤阻燃环氧树脂基复合材料，包括树脂基体和增强纤维，所述树脂基体包括以下质量百分含量的组份：液态环氧树脂30～70％、固体树脂5～30％、固体无卤阻燃剂12～32％、环氧固化剂2～8％，其中，所述固体树脂为含磷环氧树脂、酚醛树脂或苯并噁嗪树脂中的至少一种，所述固体无卤阻燃剂为不含卤素的有机反应型的磷系、硅系或氮系阻燃剂中的至少一种。在一可选实施例中，所述树脂基体包括以下质量百分含量的组份：液态环氧树脂48～55％、固体树脂27～30％、固体无卤阻燃剂14～18％、环氧固化剂3～5％。在一可选实施例中，所述液态环氧树脂为双酚A型、双酚S型、双酚F型、酚醛环氧、三官能团环氧、四官能团环氧中的至少一种。在一可选实施例中，所述固体无卤阻燃剂的质量为树脂总质量的12～30％。在一可选实施例中，所述固体无卤阻燃剂的粒度为10～60μ。在一可选实施例中，所述环氧固化剂为胺类的潜伏型固化剂。一种无卤阻燃环氧树脂基复合材料的制备方法，包括：(1)称取以下质量百分含量的组份：液态环氧树脂30～70％、固体树脂5～30％、固体无卤阻燃剂12～32％、环氧固化剂2～8％；(2)将称取的所述液态环氧树脂和固体树脂混合得到液态树脂混合物；(3)向所述液态树脂混合物中加入称取的所述固体无卤阻燃剂进行反应，反应结束后得到液态混合体系；(4)向降温后的所述液态混合体系中加入称取的所述环氧固化剂混合，得到无卤阻燃环氧树脂体系；(5)以所述无卤阻燃环氧树脂体系作为树脂基体，制备纤维增强无卤阻燃环氧树脂基复合材料。在一可选实施例中，步骤(2)中将所述液态环氧树脂在70～100℃下烘融，将所述固体树脂进行粉碎处理，然后将二者混合。在一可选实施例中，步骤(3)中向所述液态树脂混合物中加入称取的所述固体无卤阻燃剂搅拌混合，然后加热至50～100℃，搅拌反应60～120min，之后升温到120～130℃，继续搅拌反应60～120min，反应结束。在一可选实施例中，步骤(4)中在搅拌条件下将所述液态混合体系降温至60～80℃，加入称取的所述环氧固化剂，在60～80℃条件下搅拌混合。在一可选实施例中，步骤(5)所述的以所述无卤阻燃环氧树脂体系作为树脂基体，制备纤维增强无卤阻燃环氧树脂基复合材料，包括：将所述无卤阻燃环氧树脂体系制成胶膜，然后将增强纤维与所述胶膜复合，得到树脂质量含量为30～50％的预浸料；用所述预浸料进行铺层、固化，得到纤维增强无卤阻燃环氧树脂基复合材料。在一可选实施例中，步骤(5)中所述的将所述无卤阻燃环氧树脂体系制成胶膜，包括：利用热熔涂膜机制备胶膜，涂膜工艺条件为温度60～90℃，涂膜速度3～10m/min。在一可选实施例中，步骤(5)中所述的将增强纤维与所述胶膜复合，包括：将增强纤维与所述胶膜进行含浸复合，含浸温度控制在60～120℃。在一可选实施例中，步骤(5)中所述的固化在真空、130～150℃条件下，固化30～240min。上述方法制备的无卤阻燃环氧树脂基复合材料在交通工具结构材料中的应用。本专利技术与现有技术相比具有如下有益效果：(1)、本专利技术实施例提供的无卤阻燃环氧树脂基复合材料，采用特定无卤阻燃环氧树脂体系，该体系按照特定比例将液态环氧与特定固态树脂共混，提高了树脂体系的强度和模量，使树脂具有较高强度的同时有较好的韧性，确保在加入反应型固体无卤阻燃剂后，混合树脂体系能够与阻燃剂在分子层面形成阻燃剂与树脂体系互穿的网络结构，避免了大量采用阻燃剂带来的树脂性能下降的问题；在燃烧条件时，该树脂体系各组分间协同效应，既能够提高树脂体系的力学性能，又能提高阻燃、抑烟效果，满足DIN5510、EN45545等标准要求中的最高等级阻燃要求；同时，各组分协同作用提高了树脂体系与纤维之间的界面性能，有利于提高复合材料的层间剪切性能，从而确保复合材料制品的整体性，使复合材料适用于具有阻燃要求的承力结构。(2)、本专利技术实施例还提供的一种无卤阻燃环氧树脂基复合材料的制备方法，通过配方设计和工艺控制树脂具有较好的成膜性，制备的预浸料树脂含量稳定，树脂含量偏差为±3％，预浸料中挥发份含量为≤2％，本专利技术制造的预浸料保留了环氧树脂预浸料较好的工艺性能。本专利技术通过热熔法制备预浸料，具有较长的储存期，室温条件下可以保存20天以上，预浸料的铺覆性能好，便于成型复杂结构的承力结构。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步详细的描述：本专利技术实施例提供了一种无卤阻燃环氧树脂体系，包括以下质量百分含量的组份：液态环氧树脂30～70％、固体树脂5～30％、固体无卤阻燃剂12～32％、环氧固化剂2～8％。在一优选实施例中，所述的无卤阻燃环氧树脂体系，包括以下质量百分含量的组份：液态环氧树脂48～55％、固体树脂27～30％、固体无卤阻燃剂14～18％、环氧固化剂3～5％。其中，所述液态环氧树脂优选双酚A型、双酚S型、双酚F型、酚醛环氧、三官能团环氧、四官能团环氧中的至少一种；所述固体树脂优选含磷环氧树脂、酚醛树脂或苯并噁嗪树脂中的至少一种；所述固体无卤阻燃剂优选不含卤素的有机反应型的磷系、硅系或氮系阻燃剂中的至少一种，更优选北京神晟科技有限公司的PSM-1、PSM-2、PSM-3、浙江旭森公司的XS-18等；所述环氧固化剂优选胺类的潜伏型固化剂，更优选双氰胺与UR300复合型固化剂。在一可选实施例中，所述固体无卤阻燃剂的质量优选为两种树脂总质量的12～30％，更优选17～23％。在一可选实施例中，所述固体无卤阻燃剂的粒度为10～60μm，优选10～20μm，有利于在树脂中分散均匀。本专利技术实施例提供的无卤阻燃环氧树脂体系，通过按照特定比例将液态环氧与特定固态树脂共混，提高了树脂体系的强度和模量，使树脂具有较高强度的同时有较好的韧性，确保在加入反应型固体无卤阻燃剂后，混合树脂体系能够与阻燃剂在分子层面形成阻燃剂与树脂体系互穿的网络结构，避免了大量采用阻燃剂带来的树脂性能下降的问题；在燃烧条件时，该树脂体系各组分间协同效应，既能够提高树脂体系的力学性能，又能提高阻燃、抑本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无卤阻燃环氧树脂基复合材料，包括树脂基体和增强纤维，其特征在于，所述树脂基体包括以下质量百分含量的组份：液态环氧树脂30～70％、固体树脂5～30％、固体无卤阻燃剂12～32％、环氧固化剂2～8％，其中，所述固体树脂为含磷环氧树脂、酚醛树脂或苯并噁嗪树脂中的至少一种，所述固体无卤阻燃剂为不含卤素的有机反应型的磷系、硅系或氮系阻燃剂中的至少一种。

【技术特征摘要】
1.一种无卤阻燃环氧树脂基复合材料，包括树脂基体和增强纤维，其特征在于，所述树脂基体包括以下质量百分含量的组份：液态环氧树脂30～70％、固体树脂5～30％、固体无卤阻燃剂12～32％、环氧固化剂2～8％，其中，所述固体树脂为含磷环氧树脂、酚醛树脂或苯并噁嗪树脂中的至少一种，所述固体无卤阻燃剂为不含卤素的有机反应型的磷系、硅系或氮系阻燃剂中的至少一种。2.根据权利要求1所述的一种无卤阻燃环氧树脂基复合材料，其特征在于，所述树脂基体包括以下质量百分含量的组份：液态环氧树脂48～55％、固体树脂27～30％、固体无卤阻燃剂14～18％、环氧固化剂3～5％。3.根据权利要求1或2所述的一种无卤阻燃环氧树脂基复合材料，其特征在于，所述液态环氧树脂为双酚A型、双酚S型、双酚F型、酚醛环氧、三官能团环氧、四官能团环氧中的至少一种。4.根据权利要求1或2所述的一种无卤阻燃环氧树脂基复合材料，其特征在于，所述固体无卤阻燃剂的质量为树脂总质量的12～30％。5.根据权利要求1或2所述的一种无卤阻燃环氧树脂基复合材料，其特征在于，所述固体无卤阻燃剂的粒度为10～60μm。6.根据权利要求1或2所述的一种无卤阻燃环氧树脂基复合材料，其特征在于，所述环氧固化剂为胺类的潜伏型固化剂。7.一种无卤阻燃环氧树脂基复合材料的制备方法，其特征在于，包括：(1)称取以下质量百分含量的组份：液态环氧树脂30～70％、固体树脂5～30％、固体无卤阻燃剂12～32％、环氧固化剂2～8％；(2)将称取的所述液态环氧树脂和固体树脂混合得到液态树脂混合物；(3)向所述液态树脂混合物中加入称取的所述固体无卤阻燃剂进行反应，反应结束后得到液态混合体系；(4)向降温后的所述液态混合体系中加入称取的所述环氧固化剂混合，得到无卤阻燃环氧树脂体系；(5)以所述无卤阻燃环氧树脂体系作为树脂基体，制备纤维增强无卤阻燃环氧树脂基复合材料。8.根据权利要求7所述的一种无卤阻燃环氧树...

【专利技术属性】
技术研发人员：栾贻浩，周宇，金鑫，凌辉，张毅，
申请(专利权)人：航天材料及工艺研究所，中国运载火箭技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11