一种阻燃耐高温玻璃纤维预浸料及制备方法与应用技术

本发明专利技术提供了一种阻燃耐高温玻璃纤维预浸料及制备方法与应用，具体是以玻璃纤维为增强材料，改性酚醛树脂、环氧树脂为主要基体树脂，并添加固化体系、添加剂，各组分相互配合相互作用，具有无可比拟的优点，不仅赋予材料低温低压成型加工性能，且阻燃、耐高温性能优异，耐磨性好，可广泛应用于航空航天、交通运输、电子机械等领域。子机械等领域。子机械等领域。

【技术实现步骤摘要】
一种阻燃耐高温玻璃纤维预浸料及制备方法与应用


[0001]本专利技术属于高分子材料
，具体涉及一种阻燃耐高温玻璃纤维预浸料及制备方法与应用。

技术介绍

[0002]预浸料是用树脂基体在一定条件下浸渍连续纤维或织物，制成树脂基体与增强体的组合物，是制造复合材料的中间材料。预浸料主要包含增强材料、基体树脂、固化体系。目前的增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、高硅氧纤维以及芳纶纤维及其织物等；基体树脂通常采用几种树脂的组合以达到加工性能和应用性能，最常用的为热固性树脂如环氧树脂、双马来酰亚胺和酚醛树脂，还有热塑性树脂如聚醚醚酮树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯等；固化体系一般包括固化剂、促进剂、催化剂和稀释剂等。其中玻璃纤维预浸料是目前应用最广的复合材料之一，具有密度小(仅为钢的四分之一)、强度高、模量大、耐腐蚀性好、电性能优异等优点，另外其原材料来源广泛、加工成型简便、生产效率高，可设计性强，是广泛应用于国民经济和国防建设中的一种重要复合材料。
[0003]随着玻璃纤维预浸料的使用范围越来越广，人们对材料的要求也越来越高。目前在制造玻璃纤维预浸料中，基体树脂中研究最为成熟的是环氧树脂，但环氧树脂很难兼具优异的韧性、强度、阻燃和耐高温性能。而酚醛树脂由苯酚醛或衍生物缩聚而得，具有优异的力学性能，良好的阻燃、耐高温、低发烟性能等，其作为基体材料的预浸料广泛应用于航空航天、交通运输、电子机械等领域，主要用作耐高温烧蚀材料。
[0004]齐凤杰分别以硼酚醛树脂和高残碳酚醛树脂作为基体制备玻璃纤维布预浸料，通过层压固化工艺制备复合材料，该复合材料虽具有较好的耐高温性能和阻燃性能，但脆性较大，韧性、抗冲击性能较差，使用寿命短，严重影响使用寿命，且酚醛树脂本身固化后颜色较深，在很多领域限制了应用。因此，如何在保证酚醛树脂基玻璃纤维预浸料的阻燃、耐高温、力学性能优异的同时，还能提高材料的韧性至关重要。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种阻燃耐高温玻璃纤维预浸料，该预浸料以玻璃纤维或玻璃纤维布为增强体，以酚醛树脂为基体树脂，通过各组分的相互配合，不仅具有优异的阻燃耐高温性能，且脆性大大降低，韧性得到提升，耐磨性能优异，具有较高的应用前景。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案。
[0007]第一方面，一种阻燃耐高温玻璃纤维预浸料，包括：
[0008]增强材料：玻璃纤维；
[0009]基体树脂：改性酚醛树脂、环氧树脂；
[0010]固化体系：固化剂、引发剂、稀释剂；
[0011]添加剂：聚合改性纳米蛇纹石。
[0012]本专利技术以玻璃纤维为增强材料，改性酚醛树脂、环氧树脂为基体树脂，并添加固化体系、聚合改性纳米蛇纹石，各组分相互配合相互作用，具有无可比拟的优点，不仅赋予材料较好的加工性能，且阻燃、耐高温性能优异，兼具良好的强度和韧性，耐磨性好，可广泛应用于航空航天、交通运输、电子机械等领域。
[0013]在一些实施方案中，改性酚醛树脂是以线性酚醛树脂为基体，依次经环氧氯丙烷、2
‑
对氨基苯磺酰胺嘧啶进行改性制得。
[0014]所述改性酚醛树脂具体经由下述方法制备得到：
[0015]1)将线性酚醛树脂加入到8
‑
10重量倍的丙酮中搅拌溶解，加入氢氧化钠、环氧氯丙烷，60
‑
70℃下搅拌反应2
‑
5h，减压脱除剩余环氧氯丙烷，冷却得到环氧改性酚醛树脂；
[0016]2)环氧改性酚醛树脂加入到8
‑
10重量倍的无水乙醇中搅拌溶解，加入2
‑
对氨基苯磺酰胺嘧啶，升温至70
‑
80℃继续搅拌反应3
‑
5h，减压脱去乙醇，即得。
[0017]较为优选的方案，步骤1)中，线性酚醛树脂的分子量在5
‑
20万。
[0018]较为优选的方案，步骤1)中，氢氧化钠的添加量为线性酚醛树脂质量的0.05
‑
0.2倍。
[0019]较为优选的方案，步骤1)中，环氧氯丙烷的添加量为线性酚醛树脂的0.2
‑
0.3倍。
[0020]较为优选的方案，步骤2)中，2
‑
对氨基苯磺酰胺嘧啶的添加量为线性酚醛树脂质量的0.14
‑
0.2倍。
[0021]较为优选的方案，制备改性酚醛树脂过程中，环氧氯丙烷还可选用1,2
‑
环氧氯丁烷、甲基环氧氯丙烷。
[0022]酚醛树脂的结构中含有较多的芳香环，原子间键能高，分子链间存在较高的内聚力，因此具有较高的耐热性，是常用的耐火材料，但其结构中羟基的存在，在碳化过程中会放出水，作为高温阻燃材料的组分会产生水化，使得材料强度降低，且酚醛树脂的脆性较大。本专利技术首先用环氧氯丙烷对酚醛树脂进行接枝反应，利用环氧氯丙烷与酚醛树脂中的羟基反应，一方面减少酚羟基的数量，从而弥补了弊端，另一方面引入了环氧基团，进而利用2
‑
对氨基苯磺酰胺嘧啶对其进行进一步的反应，2
‑
对氨基苯磺酰胺嘧啶中的氨基与环氧基团反应被接枝到酚醛树脂的侧链上，改性后的酚醛树脂引入侧链，不会破坏主链结构，因此保证了酚醛树脂原有的特性，耐火性耐高温性能优异，由于侧链中含有柔性链段，脆性减少，韧性增大，冲击韧性增强，拉伸强度增大，并且对材料的耐高温性能和强度具有一定的增益作用。
[0023]在一些实施方案中，环氧树脂的分子量为2
‑
10万。
[0024]在一些实施方案中，固化剂为多元酸酐类固化剂。
[0025]在一些实施方案中，引发剂为过氧化物引发剂。
[0026]在一些实施方案中，稀释剂为活性甲酚缩水甘油醚。
[0027]在一些实施方案中，聚合改性纳米蛇纹石是纳米蛇纹石表面聚合一层聚烯烃薄膜而成。
[0028]在一些实施方案中，聚合改性纳米蛇纹石经由下述方法制备得到：
[0029]1)蛇纹石经盐酸/马来酸混合水溶液浸泡0.5
‑
2h，用水冲洗数次后，干燥，球磨成粒径20
‑
50nm；
[0030]2)将蛇纹石超声分散于丙酮中，然后加入硅烷偶联剂，在80
‑
100℃下反应6
‑
12h，
用乙醇洗涤，干燥，得到表面有机化的蛇纹石；
[0031]3)N2保护下，将表面有机化的蛇纹石分散于去离子水中，加入甲基丁香酚、甲基丙烯酸缩水甘油酯和硝酸铈铵，在60
‑
70℃温度下反应6
‑
10h，用去离子水洗涤，干燥，得到表面聚合改性蛇纹石材料。
[0032]较为优选的方案，制备聚合改性纳米蛇纹石的步骤1)中，盐酸/马来酸混合水溶液中盐酸的质量分数为3
‑
6％，马来酸的质量分数为1
‑
2％。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种阻燃耐高温玻璃纤维预浸料，其特征在于，包括：增强材料：玻璃纤维；基体树脂：改性酚醛树脂、环氧树脂；固化体系：固化剂、引发剂、稀释剂；添加剂：聚合改性纳米蛇纹石。2.根据权利要求1所述的阻燃耐高温玻璃纤维预浸料，其特征在于，改性酚醛树脂是以线性酚醛树脂为基体，依次经环氧氯丙烷、2
‑
对氨基苯磺酰胺嘧啶进行改性制得。3.根据权利要求2所述的阻燃耐高温玻璃纤维预浸料，其特征在于，环氧氯丙烷的添加量为线性酚醛树脂质量的0.2
‑
0.3倍，2
‑
对氨基苯磺酰胺嘧啶的添加量为线性酚醛树脂质量的0.14
‑
0.2倍。4.根据权利要求1所述的阻燃耐高温玻璃纤维预浸料，其特征在于，聚合改性纳米蛇纹石是纳米蛇纹石表面聚合一层聚烯烃薄膜而成。5.根据权利要求4所述的阻燃耐高温玻璃纤维预浸料，其特征在于，聚合改性纳米蛇纹石经由下述方法制备得到：1)蛇纹石经盐酸/马来酸混合水溶液浸泡0.5
‑
2h，用水冲洗数次后，干燥，球磨成粒径20
‑
50nm；2)将蛇纹石超声分散于有机溶剂中，然后加入硅烷偶联剂，在80
‑
100℃下反应6
‑
12h，用乙醇洗涤，干燥，得到表面有机化的蛇纹石；3)N2保护下，将表面有机化的蛇纹石分散于去离子水中，加入甲基丁香酚、甲基丙烯酸缩水甘油酯和硝酸铈铵，在60
‑
70℃温度下反应6
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10h，用去离子水洗涤，干燥，得到表面聚合改性蛇纹石材料。6.根据权利要求5所述的阻燃耐高温...

【专利技术属性】
技术研发人员：周喜武，
申请(专利权)人：威海蓝科复合材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：