一种低烟阻燃的环氧树脂复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种低烟阻燃的环氧树脂复合材料及其制备方法，通过添加硅烷改性腰果酚基聚氨酯树脂和环氧改性聚硼硅氧烷树脂与双酚A型环氧树脂形成新的树脂基体，赋予环氧树脂复合材料良好的韧性、力学性能和耐热性能；同时，复配环氧改性聚硼硅氧烷树脂和水滑石基阻燃剂，赋予环氧树脂复合材料优异的低烟阻燃性能；同时添加特定的固化剂组合使得环氧树脂复合材料的阻燃性和施工性能得到充分的保证。本发明专利技术提供的低烟阻燃的环氧树脂复合材料性能优异，制备工艺简单、成本低廉，具有极大的工业应用前景。应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种低烟阻燃的环氧树脂复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于先进复合材料
，具体涉及一种低烟阻燃的环氧树脂复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]环氧树脂是一种利用含有环氧基团的芳香族、脂肪族或脂环族等有机化合物在固化剂的作用下发生交联反应而形成内部为三维网络的聚合物，其工艺适应性强，固化收缩率小，黏附力强，具有优良的力学性能、电性能和化学稳定性；同时，其纤维增强的复合材料具有质量轻、耐腐蚀、抗老化、绝缘性好、力学性能好、制造成本低等优点，已广泛应用于航天航空、建筑材料、胶黏剂、电子电器等多个先进领域。
[0003]然而，环氧树脂属于易燃材料，极限氧指数只有19.8％，且在燃烧过程中易生成大量燃烧不完全的黑烟和有毒的腐蚀性气体，严重危害人们的生命财产安全，限制了其在各个领域中的进一步应用。
[0004]因此，低烟阻燃的环氧树脂复合材料的研究对于拓展和深化其应用领域具有十分重要的意义。目前，环氧树脂复合材料的阻燃改性主要集中在两个方面，一种是直接在环氧树脂固化过程中加入阻燃剂，优点是成本低廉，工艺简单，但缺点是阻燃能力不足，与环氧树脂的相容性差，对材料的机械性能破坏严重；另一种是在环氧树脂分子结构层面引入阻燃剂，优点是对材料的阻燃性能好，对机械性能几乎无影响，甚至能够提高部分机械性能，但缺点是对抑烟性较差，工艺复杂，成本高。
[0005]可见，如何研制一种成本低、工艺简单、力学性能优异的低烟阻燃的环氧树脂复合材料及其制备方法成为了该领域的研究热点。

技术实现思路
r/>[0006]为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种低烟阻燃的环氧树脂复合材料及其制备方法，通过复配多种环氧树脂作为复合材料的树脂基体，并引入与环氧树脂基体相容性好的阻燃剂以及其他组分制备得到低烟、阻燃、力学性能优异、与纤维结合力强的环氧树脂复合材料，且工艺简单、成本低廉。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用如下的技术方案，一种低烟阻燃的环氧树脂复合材料，由以下重量百分比的原料组成：环氧树脂组分30
‑
50％，增强纤维组分50
‑
70％；
[0008]所述环氧树脂组分包括A组分和B组分，所述A组分和B组分的质量比是100:20
‑
30，其中，所述A组分包括以下重量份的原料：双酚A型环氧树脂100份，硅烷改性腰果酚基聚氨酯树脂20
‑
30份，环氧改性聚硼硅氧烷树脂5
‑
10份，水滑石基阻燃剂10
‑
15份，活性稀释剂40
‑
60份，消泡剂1
‑
3份，润湿分散剂1
‑
3份；
[0009]所述B组分包括以下重量份的原料：固化剂20
‑
30份，促进剂5
‑
10份，防流挂助剂1
‑
3份，有机溶剂5
‑
10份。
[0010]所述双酚A型环氧树脂的环氧当量为250
‑
300g/eq，粘度为3000
‑
5000cps。
[0011]所述硅烷改性腰果酚基聚氨酯树脂的重均分子量为5000
‑
8000g/mol，其制备方法包括以下步骤：
[0012](1)按照腰果酚和环氧氯丙烷的重量比1:8
‑
10的比例称取原料，加入季铵盐催化剂，用量为腰果酚质量的0.5
‑
1％，通入干燥氮气，升温至100
‑
110℃反应3
‑
5h，反应结束后降温至50
‑
60℃，分批加入固体碱，用量是腰果酚质量的0.2
‑
0.5倍，继续反应2
‑
4h，反应结束后，静置分层，将有机相减压蒸馏，除去过量的环氧氯丙烷，得到腰果酚缩水甘油醚；
[0013](2)将步骤(1)制备得到的腰果酚缩水甘油醚在酸性条件下，升温至100
‑
110℃水解8
‑
10h，反应结束后经萃取、洗涤和干燥后，得到腰果酚基二元醇；
[0014](3)将步骤(2)腰果酚基二元醇与聚醚二元醇按照羟基摩尔比1:4
‑
6的比例混合均匀，按照OH/NCO的摩尔比1.05
‑
1.1:1的比例，加入脂肪族二异氰酸酯，通入干燥氮气，升温至70
‑
80℃反应4
‑
6h，反应结束后减压蒸馏除去多余的脂肪族二异氰酸酯，得到腰果酚基聚氨酯树脂；
[0015](4)按照重量比1:1
‑
1.5的比例称取步骤(3)制备得到的腰果酚基聚氨酯树脂和三乙氧基硅烷，混合均匀后，加入腰果酚基聚氨酯树脂质量的1
‑
1.5倍的二甲苯，以及卡斯特催化剂，用量为腰果酚基聚氨酯树脂质量的0.005
‑
0.008％，升温至100
‑
120℃反应4
‑
6h，反应结束后，降温至70
‑
80℃，加入适量活性炭继续反应1
‑
2h，反应结束后，冷却过滤，滤液减压蒸馏除去过量的三乙氧基硅烷，得到硅烷改性腰果酚基聚氨酯树脂。
[0016]所述步骤(1)中的季铵盐催化剂为苄基三乙基氯化铵、四甲基氯化铵、四甲基溴化铵、四乙基氯化铵、四乙基溴化铵、四丁基溴化铵中的至少一种；所述固体碱为氢氧化钠或氢氧化钾的至少一种；
[0017]所述步骤(3)中的聚醚二元醇的数均分子量为200
‑
400g/mol，所述脂肪族二异氰酸酯选自异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯的至少一种；
[0018]所述步骤(4)中的卡斯特催化剂为1,3
‑
二乙烯基
‑
1,1,3,3
‑
四甲基二硅氧烷铂(0)的二甲苯溶液，Pt含量为2％。
[0019]所述环氧改性聚硼硅氧烷树脂的重均分子量为4000
‑
6000g/mol，其制备方法包括以下步骤：
[0020]将γ
‑
缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷与二甲基二甲氧基硅烷按照摩尔比1:10
‑
15的比例混合，加入占硅烷混合物的摩尔量10
‑
20％的苯硼酸，以及硅烷混合物重量的10
‑
20％的二甲苯，升温至40
‑
50℃后搅拌反应1
‑
2h，反应结束后，减压蒸馏除去二甲苯以及未反应的物质，得到环氧改性聚硼硅氧烷树脂。
[0021]所述水滑石基阻燃剂包括硅烷改性的水滑石、磷
‑
氮改性的水滑石、聚酰胺包裹的水滑石、有机插层改性的水滑石的至少一种，优选磷
‑
氮改性的水滑石，粒径为2
‑
5μm。
[0022]所述活性稀释剂选自丁二醇二缩水甘油醚、己二醇二本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低烟阻燃的环氧树脂复合材料，其特征在于：由以下重量百分比的原料组成：环氧树脂组分30
‑
50％，增强纤维组分50
‑
70％；所述环氧树脂组分包括A组分和B组分，所述A组分和B组分的质量比是100:20
‑
30，其中，所述A组分包括以下重量份的原料：双酚A型环氧树脂100份，硅烷改性腰果酚基聚氨酯树脂20
‑
30份，环氧改性聚硼硅氧烷树脂5
‑
10份，水滑石基阻燃剂10
‑
15份，活性稀释剂40
‑
60份，消泡剂1
‑
3份，润湿分散剂1
‑
3份；所述B组分包括以下重量份的原料：固化剂20
‑
30份，促进剂5
‑
10份，防流挂助剂1
‑
3份，有机溶剂5
‑
10份。2.根据权利要求1所述的一种低烟阻燃的环氧树脂复合材料，其特征在于：所述双酚A型环氧树脂的环氧当量为250
‑
300g/eq，粘度为3000
‑
5000cps。3.根据权利要求1所述的一种低烟阻燃的环氧树脂复合材料，其特征在于：所述硅烷改性腰果酚基聚氨酯树脂的重均分子量为5000
‑
8000g/mol，其制备方法包括以下步骤：(1)按照腰果酚和环氧氯丙烷的重量比1:8
‑
10的比例称取原料，加入季铵盐催化剂，用量为腰果酚质量的0.5
‑
1％，通入干燥氮气，升温至100
‑
110℃反应3
‑
5h，反应结束后降温至50
‑
60℃，分批加入固体碱，用量是腰果酚质量的0.2
‑
0.5倍，继续反应2
‑
4h，反应结束后，静置分层，将有机相减压蒸馏，除去过量的环氧氯丙烷，得到腰果酚缩水甘油醚；(2)将步骤(1)制备得到的腰果酚缩水甘油醚在酸性条件下，升温至100
‑
110℃水解8
‑
10h，反应结束后经萃取、洗涤和干燥后，得到腰果酚基二元醇；(3)将步骤(2)腰果酚基二元醇与聚醚二元醇按照羟基摩尔比1:4
‑
6的比例混合均匀，按照OH/NCO的摩尔比1.05
‑
1.1:1的比例，加入脂肪族二异氰酸酯，通入干燥氮气，升温至70
‑
80℃反应4
‑
6h，反应结束后减压蒸馏除去多余的脂肪族二异氰酸酯，得到腰果酚基聚氨酯树脂；(4)按照重量比1:1
‑
1.5的比例称取步骤(3)制备得到的腰果酚基聚氨酯树脂和三乙氧基硅烷，混合均匀后，加入腰果酚基聚氨酯树脂质量的1
‑
1.5倍的二甲苯，以及卡斯特催化剂，用量为腰果酚基聚氨酯树脂质量的0.005
‑
0.008％，升温至100
‑
120℃反应4
‑
6h，反应结束后，降温至70
‑
80℃，加入适量活性炭继续反应1
‑
2h，反应结束后，冷却过滤，滤液减压蒸馏除去过量的三乙氧基硅烷，得到硅烷改性腰果酚基聚氨酯树脂。4.根据权利要求3所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：林文丹，李刚，黄必文，郑斯祥，邓辉尧，邱诗砚，
申请(专利权)人：广东华彩复合材料有限公司，
类型：发明
国别省市：