环氧树脂阻燃复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了环氧树脂阻燃复合材料及其制备方法。制备方法包括：对环氧树脂(EP)加热以使环氧树脂熔化；在熔化后的环氧树脂中加入阻燃剂，搅拌均匀后，加入固化剂，搅拌均匀，得到混合物，其中，阻燃剂包括聚苯氧基磷酸联苯二酚酯(PBPP)和聚磷酸铵(APP)；将混合物注入模具内，固化，得到环氧树脂阻燃复合材料。本发明专利技术通过该对环氧树脂进行改性，在EP热降解过程中使EP的最大热释放速率下降，有效燃烧热平均值下降，并大大提高其残碳量，降低有害气体产量和发烟率。

Epoxy Resin Flame Retardant Composites and Their Preparation Method

The invention provides an epoxy resin flame retardant composite material and a preparation method thereof. The preparation methods include: heating epoxy resin (EP) to melt epoxy resin; adding flame retardant in melted epoxy resin, stirring evenly, adding curing agent, stirring evenly, and getting mixture. The flame retardant includes polyphenoxydiphenyl phosphate (PBPP) and ammonium polyphosphate (APP); injecting the mixture into the mould, curing, and obtaining epoxy resin flame retardant composite material. Material. By modifying the epoxy resin, the maximum heat release rate of EP decreases during the thermal degradation process, the average effective combustion heat decreases, the residual carbon content is greatly increased, and the production of harmful gases and smoke rate are reduced.

【技术实现步骤摘要】
环氧树脂阻燃复合材料及其制备方法
本专利技术的实施例涉及环氧树脂阻燃复合材料及其制备方法。
技术介绍
环氧树脂(EP)具有非常好的物理特性、化学特性、电绝缘特性、机械特性和粘接性，被普遍应用于涂料、胶粘剂、电子绝缘材料、工程塑料、复合材料和土建材料以及先进材料等诸多领域。环氧树脂已经成为我国新时代建设中尤为重要的基础性材料。通用环氧树脂的极限氧指数为19.8％，由于它易燃并且离火后持续自燃的特点容易导致火灾，这大大限制了其应用范围。随着电子、电器、涂料、航天材料等行业对其阻燃性提出了更高的要求，要拓宽环氧树脂的应用领域及范围，就必须对其进行阻燃方面的改性。卤素阻燃剂产量很大。此类阻燃剂阻燃效率好、品种多、应用广且性价比高，尤其在电子和建筑业行业用量巨大。但是其在燃烧时有大量烟雾生成，而且伴随许多有毒气体，对环境、公共财物以及人类的健康都有威胁。随着人类环保意识的增强，环氧树脂的阻燃改性已经从传统的卤系阻燃剂向高效、低烟、低毒、无卤的膨胀型阻燃剂发展。
技术实现思路
本专利技术提供了一种阻燃改性的环氧树脂复合材料，以独特的阻燃机理和特性，克服了卤系阻燃剂燃烧时产生浓烟、多熔滴的缺点以及无机阻燃剂的添加量大以至于改变了材料本身的力学性能的缺点，并且取得了良好的阻燃效果。本专利技术提供了一种制备环氧树脂阻燃复合材料的方法，包括：对环氧树脂加热以使所述环氧树脂熔化；在熔化后的环氧树脂中加入阻燃剂，搅拌均匀后，加入固化剂，搅拌均匀，得到混合物，其中，所述阻燃剂包括聚苯氧基磷酸联苯二酚酯(PBPP)和聚磷酸铵(APP)；将所述混合物注入模具内，固化，得到环氧树脂阻燃复合材料。在上述方法中，其中，所述阻燃剂中的聚苯氧基磷酸联苯二酚酯和聚磷酸铵的重量比为1:1-3。在上述方法中，其中，所述环氧树脂、所述固化剂与所述阻燃剂的重量比为75-85:5-10:5-15。在上述方法中，其中，在加入所述阻燃剂之后并且在加入所述固化剂之前，还包括抽真空除去气泡的步骤。在上述方法中，其中，所述固化剂包括间苯二胺、己二胺、顺丁烯二酸酐、邻苯二甲酸酐和双氰胺的一种或多种。在上述方法中，其中，聚苯氧基磷酸联苯二酚酯的制备方法包括：将联苯二酚和氯化铝加入容器中，通入惰性气体，搅拌升温并且逐渐滴加苯氧基二氯磷酸酯，反应直至无HCl气体逸出；加入氯仿进行溶解；倒入无水甲醇中沉淀，经过滤和干燥后得到聚苯氧基磷酸联苯二酚酯。在上述方法中，其中，所述搅拌升温包括搅拌升温到60℃；在滴加苯氧基二氯磷酸酯之后先保持60℃反应3h，再升温到200℃反应2h，直至无HCl气体逸出。在上述方法中，其中，联苯二酚、氯化铝与苯氧基二氯磷酸酯的摩尔比为1:10:1。在上述方法中，其中，所述固化包括：在室温下固化0.5-1.5h，后于80℃固化2-4h，再升温至100℃固化1-3h，最后于120℃下固化2-4h。本专利技术还提供了通过上述方法制备的环氧树脂阻燃复合材料。本专利技术用聚苯氧基磷酸联苯二酚酯/聚磷酸铵膨胀阻燃剂对环氧树脂进行改性，在EP热降解过程中使EP的最大热释放速率下降，有效燃烧热平均值下降，并大大提高其残碳量，降低有害气体产量和发烟率，并且影响了材料的韧性，从而可使环氧树脂在涂料、胶粘剂、电子绝缘材料、工程塑料、复合材料和土建材料以及先进材料等诸多领域中更好地应用。具体实施方式本领域常用的卤素阻燃剂产量很大，此类阻燃剂阻燃效率好、品种多、应用广且性价比高，尤其在电子和建筑业行业用量巨大。但是卤素阻燃剂在燃烧时有大量烟雾生成，而且伴随许多有毒气体，对环境、公共财物以及人类的健康都有威胁。磷系阻燃剂较为环保，属于环境友好型。本专利技术采用的聚苯氧基磷酸联苯二酚酯(PBPP)和聚磷酸铵(APP)都为磷系阻燃剂。本专利技术提供的环氧树脂阻燃复合材料为PBPP/APP-EP复合材料，复合材料的制备方法如下。PBPP/APP-EP复合材料由热固化工艺制备。将75-85份环氧树脂加热以使之熔化，按重量比PBPP：APP＝1:1-3的配方用量加入阻燃剂(PBPP和APP)共5-15份，搅拌均匀后，在80-100℃下抽真空除去气泡，加入间苯二胺、己二胺、顺丁烯二酸酐、邻苯二甲酸酐、双氰胺等5-10份作为固化剂，迅速搅拌均匀。搅拌均匀后，树脂变透明，注入特定尺寸的模具内，在室温下固化0.5-1.5h,再放置烘箱中先于80℃固化2-4h，再升温至100℃固化1-3h，最后于120℃下固化2-4h，待完全固化后，即得环氧树脂阻燃复合材料，将得到的浅黄色环氧树脂复合材料固化物修整成所需样品进行测量。本专利技术采用的份数均为重量份。此外，模具可以根据需要选择任何合适的尺寸。本专利技术所涉及的环氧树脂、聚苯氧基磷酸联苯二酚酯、聚磷酸铵、固化剂等，可以是商购或自制。下面举例说明PBPP的制备方法。PBPP的合成过程如下面的化学反应式所示。称取联苯二酚1mol，氯化铝0.1mol，加入带有冷凝管、搅拌器、温度计和保护气进出口的四口烧瓶中，通入氮气，搅拌升温到60℃，在0.5h内逐渐滴加苯氧基二氯磷酸酯1mol，保持温度反应3h，再升温到200℃反应2h，直至无HCl气体逸出(反应结束)。冷却后加入氯仿使之完全溶解，然后倒入无水甲醇中沉淀，经过滤、真空干燥后得到白色粉末状固体，产率为95％。当然，以上列举的PBPP的制备方法仅是示例性的，可以采用任何其他合适的制备方法。之后，对制得的环氧树脂阻燃复合材料的极限氧指数(LOI)、残碳量、最大热释放速率、有效燃烧热平均值和拉伸强度进行测量。可以使用本领域任何常用的方法对上述参数进行测量。下面结合具体的实施例进行说明。实施例1将80份环氧树脂加热使之熔化，按PBPP：APP＝1:1的配方用量加入阻燃剂共10份，搅拌均匀后，在90℃下除去抽真空除去气泡，加入10份的间苯二胺固化剂，迅速搅拌均匀。搅拌均匀后树脂变透明，注入特定尺寸的模具内，在室温下固化1h，再放置烘箱中先于80℃固化1h，再升温至100℃固化2h，最后于120℃下固化3h，待完全固化后将得到的浅黄色环氧树脂复合材料固化物修整成所需样品。经测试：所得样品的LOI可达29.8％，远远高出未添加阻燃剂时样品的LOI值19.7％，UL-94阻燃级别变为V-1，残碳量增加至20.12％，最大热释放速率451.5kW/m2，有效燃烧热平均值13.85MJ/kg，拉伸强度为68MPa。实施例2将85份环氧树脂加热使之熔化，按PBPP：APP＝1:2的配方用量加入阻燃剂共5份，搅拌均匀后，在90℃下除去抽真空除去气泡，加入10份的乙二胺固化剂，迅速搅拌均匀。搅拌均匀后树脂变透明，注入特定尺寸的模具内，在室温下固化1h，再放置烘箱中先于80℃固化3h，再升温至100℃固化3h，最后于120℃下固化3h，待完全固化后将得到的浅黄色环氧树脂复合材料固化物修整成所需样品。经测试：所得样品的LOI可达28.6％，UL-94阻燃级别变为V-0，残碳量增加至20.43％，最大热释放速率436.2kW/m2，有效燃烧热平均值13.51MJ/kg，拉伸强度为71MPa。实施例3将75份环氧树脂加热使之熔化，按PBPP：APP＝1:3的配方用量加入阻燃剂共15份，搅拌均匀后，在90℃下除去抽真空除去气泡，加入10份的己二胺固化剂，迅速搅拌均本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备环氧树脂阻燃复合材料的方法，其特征在于，包括：对环氧树脂加热以使所述环氧树脂熔化；在熔化后的环氧树脂中加入阻燃剂，搅拌均匀后，加入固化剂，搅拌均匀，得到混合物，其中，所述阻燃剂包括聚苯氧基磷酸联苯二酚酯和聚磷酸铵；将所述混合物注入模具内，固化，得到环氧树脂阻燃复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种制备环氧树脂阻燃复合材料的方法，其特征在于，包括：对环氧树脂加热以使所述环氧树脂熔化；在熔化后的环氧树脂中加入阻燃剂，搅拌均匀后，加入固化剂，搅拌均匀，得到混合物，其中，所述阻燃剂包括聚苯氧基磷酸联苯二酚酯和聚磷酸铵；将所述混合物注入模具内，固化，得到环氧树脂阻燃复合材料。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述阻燃剂中的聚苯氧基磷酸联苯二酚酯和聚磷酸铵的重量比为1:1-3。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在加入所述阻燃剂之后并且在加入所述固化剂之前，还包括抽真空除去气泡的步骤。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述固化剂包括间苯二胺、己二胺、顺丁烯二酸酐、邻苯二甲酸酐和双氰胺的一种或多种。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述环氧树脂、所述固化剂与所述阻燃剂的重量比为75-85:5-10:5-15。6.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：洛阳尖端技术研究院，洛阳尖端装备技术有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41