一种阻燃改性纳米碳酸钙/环氧树脂复合材料及其制备方法技术

本申请涉及一种阻燃改性纳米碳酸钙/环氧树脂复合材料及其制备方法，涉及高分子复合材料的领域，其包括以下重量百分比的组分：环氧树脂70~80%，固化剂15~20%，改性纳米碳酸钙5~10%；所述改性纳米碳酸钙为经过金属化合物和金属元素改性处理的改性纳米碳酸钙，所述金属元素包括过渡金属元素和稀土金属元素中的至少一种。本申请通过将经过掺杂改性的纳米碳酸钙与环氧树脂复合，制得的改性纳米碳酸钙/环氧树脂复合料的阻燃性能得到有效的增强。氧树脂复合料的阻燃性能得到有效的增强。氧树脂复合料的阻燃性能得到有效的增强。

【技术实现步骤摘要】
一种阻燃改性纳米碳酸钙/环氧树脂复合材料及其制备方法


[0001]本申请涉及高分子复合材料的领域，尤其是涉及一种阻燃改性纳米碳酸钙/环氧树脂复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]电子封装材料是用于封装电子器件的一种电子胶水或者粘合剂，经电子封装材料封装后可以起到防水、防潮、防霉、防尘、防腐蚀以及散热等作用。环氧树脂因其具有良好的耐燃性、电绝缘性、密封性、耐化学药品腐蚀以及力学性能优良等特性，并且具有较好的加工性和可操作性，所以目前国内外半导体器件多采用环氧树脂作为电子封装材料进行封装。
[0003]环氧树脂的阻燃性能较差，而随着大规模集成电路的快速发展，电子器件产生的热量也迅速提升，这对封装材料的耐热阻燃性能提出了更高的要求。由于环氧树脂易燃，并且其燃烧时会释放出大量的热和烟，造成很大的安全风险和财产损失。因此，如何对环氧树脂进行有效改性使其具有良好的阻燃性能，是目前亟待解决的一个问题。
[0004]现有技术中为了增强环氧树脂封装材料的阻燃性能，一般是采用环氧树脂与阻燃剂共混的方式。如公开号为CN104927309A的中国专利技术专利申请，公开了一种阻燃环氧树脂，以氢氧化铝作为阻燃剂，通过共混后获得阻燃环氧树脂。纳米碳酸钙作为一种塑料添加剂，可以改善塑料母料的流变性，提高其成型性。但是纳米碳酸钙作为塑料填料时一般需要与其他添加剂配合使用，单独接添加至环氧树脂中时其功能有限，并且容易发生团聚使得环氧树脂的阻燃性能下降，因此其在环氧树脂阻燃领域的应用较少。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的问题，本申请提供一种阻燃改性纳米碳酸钙/环氧树脂复合材料及其制备方法，通过将纳米碳酸钙改性后添加至环氧树脂中，有效提升环氧树脂的阻燃性能。
[0006]第一方面，本申请提供一种阻燃改性纳米碳酸钙/环氧树脂复合材料，采用如下的技术方案：一种阻燃改性纳米碳酸钙/环氧树脂复合材料，包括以下重量百分比的组分：环氧树脂70～80％，固化剂15～20％，改性纳米碳酸钙5～10％；所述改性纳米碳酸钙为经过金属化合物和金属元素处理的改性纳米碳酸钙，所述金属元素包括过渡金属元素和稀土金属元素中的至少一种。
[0007]通过采用上述技术方案，碳酸钙是一种廉价的矿物材料，其经过处理后可以制得纳米碳酸钙，用作高分子塑料的填料增韧补强的作用，提高塑料的弯曲强度和弯曲弹性模量。纳米碳酸钙作为塑料填料使用时一般需要与其他添加剂配合使用，单独接添加至环氧树脂中时其功能有限，并且容易发生团聚使得环氧树脂的阻燃性能下降，也无法有效处理环氧树脂燃烧时释放出的大量烟尘。本申请技术方案中，使用经过金属化合物和金属元素
改性纳米碳酸钙，过渡金属和/或稀土金属元素掺杂在纳米碳酸钙表面，可以弥补纳米碳酸钙的部分表面缺陷，降低纳米碳酸钙的表面自由能，降低纳米碳酸钙之间的吸附团聚，提升纳米碳酸钙表面的亲油性，使其在环氧树脂中可以均匀分散以达到良好的阻燃隔绝效果；将金属化合物负载到纳米碳酸钙表面，一方面可以有限减少纳米碳酸钙的团聚，使得纳米碳酸钙可以均匀分散在环氧树脂体系中产生良好燃烧阻隔效果；另一方面，通过将金属化合物负载到纳米碳酸钙表面并结合过渡金属元素和/或稀土金属元素的掺杂，在环氧树脂燃烧时可以起到交联成炭作用，在进一步促进阻燃作用的同时，可以将已经燃烧生产的碳化物固着在燃烧材料的表面，有效减少燃烧过程中烟尘的飘散，起到良好的抑烟效果。
[0008]可选的，所述金属化合物包括二氧化钛、氧化锌、氧化锑、氧化钼和钼酸锌中的至少一种。
[0009]通过采用上述技术方案，上述金属化合物负载到纳米碳酸钙表面，在燃烧过程中可以有效通过交联促进成炭，发挥抑烟作用。通过多种金属化合物之间的配合使用可以进一步促进抑烟效果，提升阻燃性能。
[0010]可选的，所述过渡金属元素包括Ti、Ni、Cu和Zn中的至少一种。
[0011]可选的，所述稀土金属元素包括La、Sc、Nd和Ce中至少一种。
[0012]进一步优选，所述金属元素包括过渡金属元素和稀土金属元素，所述过渡金属元素为Ni或Zn，所述稀土金属元素为La或Sc。
[0013]通过采用上述技术方案，过渡金属元素和稀土金属元素可以掺杂在纳米碳酸钙表面，改善纳米碳酸钙的表面特性，减少纳米碳酸钙的团聚，进而提升纳米碳酸钙在环氧树脂中分散均匀程度。具体而言，过渡金属元素和稀土金属元素掺杂纳米碳酸钙后，可以有效提升其表面的亲油特性和亲和度，使得纳米碳酸钙之间的团聚结合性变差，与环氧树脂之间的分散性提升。过渡金属元素和稀土金属元素以化合物的形式(氧化物或氢氧化物等)通过化学反应的形式掺杂到纳米碳酸钙的表面。
[0014]可选的，所述改性纳米碳酸钙通过以下方法制得：S1、取金属化合物溶胶，加入金属元素搅拌混合均匀；S2、向步骤S1中的产物中加入纳米碳酸钙，在40～60℃下搅拌反应20～30h；S3、将步骤S2中的产物过滤、清洗、烘干，烘干产物捣碎后在400～500℃煅烧2～3h，制得改性纳米碳酸钙。
[0015]通过采用上述技术方案，将金属化合物加工成溶胶的形式便于其与金属元素以及纳米碳酸钙的混合附着，金属元素以化合物的形式添加，在搅拌混合的过程中，溶胶体系中金属元素和金属化合物可以均匀分散并附着的纳米碳酸钙的表面，经过清洗和过滤烘干以后，得到分散均匀的纳米碳酸钙混合材料。在煅烧的过程中，金属化合物可以稳定负载到纳米碳酸钙表面，同时金属元素在高温下与纳米碳酸钙表面的一些结构反应，弥补纳米碳酸钙表面的一些缺陷并形成新的化学键，进而达到良好的表面掺杂改性效果。
[0016]可选的，所述固化剂为4,4
’‑
二氨基二苯基甲烷。
[0017]第二方面，本申请提供一种阻燃改性纳米碳酸钙/环氧树脂复合材料的制备方法，采用如下的技术方案：一种阻燃改性纳米碳酸钙/环氧树脂复合材料的制备方法，包括以下步骤：S1、取环氧树脂加热至流动态，加入固化剂后搅拌充分混合；
S2、将环氧树脂升温至120～150℃，加入改性纳米碳酸钙，继续搅拌混合均匀；S3、将步骤S2中得到的混合料趁热倒入预热后的模具中，静置3～5min后，真空加热固化，制得阻燃改性纳米碳酸钙/环氧树脂复合材料。
[0018]可选的，步骤S3中，真空加热固化时的真空度为
‑
0.09～
‑
0.08MPa。
[0019]可选的，步骤S3中，真空加热固化步骤包括：先升温至110～120℃保压2～3h，然后升温至150～160℃保压1～2h，再升温至170～180℃保压1～2h。
[0020]可选的，步骤S1中，模具预热温度为80～90℃。
[0021]通过采用上述技术方案，环氧树脂在加热至流动态后，其粘度会降低，有利于改性纳米碳酸钙的混合和分散。固化过程中采用真空加热固化，在真空环境下可以将环氧树脂复合材料在搅拌混合过程中产生的气泡排出，减少环氧树脂复合材料固化后内部因气泡产生的空隙，提升其性能强度。在加热固化过程中，优本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种阻燃改性纳米碳酸钙/环氧树脂复合材料，其特征在于，包括以下重量百分比的组分：环氧树脂70~80%，固化剂15~20%，改性纳米碳酸钙5~10%；所述改性纳米碳酸钙为经过金属化合物和金属元素改性处理的改性纳米碳酸钙，所述金属元素包括过渡金属元素和稀土金属元素中的至少一种。2.根据权利要求1所述的一种阻燃改性纳米碳酸钙/环氧树脂复合材料，其特征在于，所述金属化合物包括二氧化钛、氧化锌、氧化锑、氧化钼和钼酸锌中的至少一种。3.根据权利要求1所述的一种阻燃改性纳米碳酸钙/环氧树脂复合材料，其特征在于，所述过渡金属元素包括Ti、Ni、Cu和Zn中的至少一种。4.根据权利要求1所述的一种阻燃改性纳米碳酸钙/环氧树脂复合材料，其特征在于，所述稀土金属元素包括La、Sc、Nd和Ce中至少一种。5.根据权利要求1所述的一种阻燃改性纳米碳酸钙/环氧树脂复合材料，其特征在于，所述改性纳米碳酸钙通过以下方法制得：S1、取金属化合物制成溶胶，加入金属元素搅拌混合均匀；S2、向步骤S1中的产物中加入纳米碳酸钙，在40~60℃下搅拌反应20~30h；S3、将步骤S2中的产物过滤、清洗、烘干，烘干产物捣碎后在400~500℃煅烧2~3h，制得改性纳米碳酸钙。6.根据权利要求1所述的一种阻...

【专利技术属性】
技术研发人员：李春萱，张飞林，唐武飞，
申请(专利权)人：湖南金箭新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：