一种低温半陶瓷化酚醛泡沫复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种低温半陶瓷化酚醛泡沫复合材料及其制备方法，属于阻燃材料技术领域

【技术实现步骤摘要】
一种低温半陶瓷化酚醛泡沫复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种低温半陶瓷化酚醛泡沫复合材料及其制备方法，属于阻燃材料

。

技术介绍

[0002]陶瓷化聚合物复合材料是在聚合物基体中加入成瓷填料
、
助熔剂和其他助剂后固化成型的一种新概念防火材料
。
凭借成瓷填料和助熔剂在高温条件下发生物理变化和化学反应，与聚合物基体裂解产物协同作用，形成具有一定力学强度的陶瓷相保护层
。
陶瓷化聚合物复合材料在常温条件下具有普通聚合物的优良性能，而在高温环境下则能形成自支撑的陶瓷结构，具有如燃烧过程中低烟，无熔滴滴落现象，热解速率低，燃烧后有陶瓷保护层等特点（刘畅
.
一种陶瓷化
EVA 阻燃材料的制备及性能研究
[D].
厦门：华侨大学
, 2020
）
。
相比于普通聚合物具有更好的耐温性
、
阻燃性及耐冲击性，从而保证在高温条件下的安全使用
。
陶瓷化聚合物复合材料为高分子材料在被动防火和阻燃
研究提供了新方向，人们对防火材料的关注转移至可陶瓷化复合材料领域
。
目前可陶瓷化填料的瓷化温度高达
1000℃
，而大多数高分子聚合物的分解温度较低，二者之间温度差较大，在填料尚未参加反应之前，树脂基体就可能已经完全分解，从而导致复合材料结构失效
。
[0003]酚醛泡沫复合材料作为第三代防火隔热保温材料，分解温度为
340~360℃
，远远高于早期占据市场主导地位的聚苯乙烯泡沫（
74℃
）
、
聚氯乙烯泡沫（
220℃
）
、
聚氨酯泡沫等材料（
220℃
），并且具备重量轻，刚性大，尺寸稳定性好，耐化学腐蚀，难燃自熄，耐火焰穿透，价格低廉等优点，广泛应用于建筑
、
化工
、
船舶
、
航空和汽车制造等领域
。
然而，高温环境下的酚醛泡沫复合材料炭层疏松，无法承受高温热流冲刷并维持自身微观多孔结构，基本不具备力学强度
。
[0004]目前国内外可陶瓷化聚合物体系的研究重点是陶瓷化硅橡胶和陶瓷化聚烯烃，其中陶瓷化聚烯烃主要应用于电线电缆防火，而采用其他聚合物作基体的研究较少
。
针对酚醛树脂聚合物体系的陶瓷化研究基本处于初步阶段，目前仍存在聚合物体系可陶瓷化温度高
、
阻燃性能差等不足等缺陷
。
[0005]目前，尚无关于如何在较低温度下实现酚醛泡沫复合材料的陶瓷化的相关报道
。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种低温半陶瓷化酚醛泡沫复合材料及其制备方法，通过选取具有环保阻燃功能的成瓷填料和助熔剂，并引入无机纤维材料作为增强体，同时添加
MOF
材料
。
相比于普通酚醛泡沫在高温条件下力学结构严重受损，阻燃
、
保温性能失效，本专利技术酚醛泡沫复合材料能够实现
400℃~600℃
下半陶瓷化
。
所述复合材料具有导热系数低
、
保温性能好，提高了酚醛泡沫低温条件下的阻燃防火性能和力学强度
。
[0007]为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下
。
[0008]一种低温半陶瓷化酚醛泡沫复合材料，所述复合材料的原料组成及其质量份数如
下：可发性酚醛树脂
100
份，无机纤维增强材料8份
~10
份，物理发泡剂
10
份
~15
份，固化剂
40
份
~50
份，表面活性剂5份
~10
份，陶瓷化助剂
25
份
~45
份，金属
‑
有机框架（
MOF
）材料5份
~15
份；将所述原料混合固化后得到所述复合材料；所述复合材料在
400℃~600℃
下燃烧时形成陶瓷相保护层；其中，所述
MOF
材料为
400℃~800℃
下熔融不分解且可形成连续的玻璃层的沸石咪唑酯骨架（
ZIF
）材料；所述陶瓷化助剂由成瓷填料和助熔剂组成
。
[0009]优选的，所述无机纤维增强材料为碳纤维
、
玻璃纤维或玄武岩纤维
。
更优选的，所述无机纤维增强材料为硅烷偶联剂（如
KH550
）表面改性的短切玄武岩纤维
。
[0010]优选的，所述物理发泡剂为正戊烷
。
[0011]优选的，所述表面活性剂为吐温
‑
80。
[0012]优选的，所述
MOF
材料为
ZIF
‑
4、ZIF
‑8或
ZIF
‑
76。
[0013]优选的，所述的陶瓷化助剂中成瓷填料的质量分数为
55%~70%
，所述助熔剂的质量分数为
30%~45%。
[0014]优选的，所述成瓷填料为有机改性蒙脱土
、
氢氧化铝
、
云母和蛭石粉中的一种以上
。
[0015]优选的，所述助熔剂为陶瓷化硼酸锌和
/
或氧化硼
。
促进成瓷填料在低温时的陶瓷化转变
。
[0016]优选的，所述复合材料的原料组成及其质量份数如下：可发性酚醛树脂
100
份，无机纤维增强材料8份
~10
份，物理发泡剂
10
份
~15
份，固化剂
40
份
~45
份，表面活性剂5份
~8
份，成瓷填料
20
份
~22
份，助熔剂
13
份
~18
份；
MOF
材料8份
~14
份
。
[0017]优选的，所述复合材料的导热系数为
0.035w/(m
·
k)~0.065w/(m
·
k)
极限氧指数为
48%~55%
，热释放速率峰值为
20.0KW/m2~35.0KW/m2。
[0018]一种本专利技术所述的低温半陶瓷化酚醛泡沫复合材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：（1）原料混合：将可发性酚醛树脂
、
无机纤维增强材料
、
物理发泡剂
、
表面活性剂
、
固化剂
、
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种低温半陶瓷化酚醛泡沫复合材料，其特征在于：所述复合材料的原料组成及其质量份数如下：可发性酚醛树脂
100
份，无机纤维增强材料8份
~10
份，物理发泡剂
10
份
~15
份，固化剂
40
份
~50
份，表面活性剂5份
~10
份，陶瓷化助剂
25
份
~45
份，
MOF
材料5份
~15
份；将所述原料混合固化后得到所述复合材料；所述复合材料在
400℃~600℃
下燃烧时形成陶瓷相保护层；其中，所述
MOF
材料为
400℃~800℃
下熔融不分解且可形成连续的玻璃层的
ZIF
材料；所述陶瓷化助剂由成瓷填料和助熔剂组成
。2.
如权利要求1所述的一种低温半陶瓷化酚醛泡沫复合材料，其特征在于：所述无机纤维增强材料为碳纤维
、
玻璃纤维或玄武岩纤维
。3.
如权利要求2所述的一种低温半陶瓷化酚醛泡沫复合材料，其特征在于：所述无机纤维增强材料为硅烷偶联剂表面改性的短切玄武岩纤维
。4.
如权利要求1所述的一种低温半陶瓷化酚醛泡沫复合材料，其特征在于：所述
MOF
材料为
ZIF
‑
4、ZIF
‑8或
ZIF
‑
76。5.
如权利要求1所述的一种低温半陶瓷化酚醛泡沫复合材料，其特征在于：所述的陶瓷化助剂中成瓷填料的质量分数为
55%~70%
，所述助熔剂的质量分数为
30%~45%。6.
如权利要求5所述的一种低温半陶瓷化酚醛泡沫复合材料，其特征在于：所述成瓷填料为有机改性蒙脱土
、
氢氧化铝
、
云母和蛭石粉中的一种以上；所述助熔剂为陶瓷化硼酸锌和
/
或氧化硼
。7.

【专利技术属性】
技术研发人员：潘也唐，宋小宁，杨中甲，
申请(专利权)人：北京航空航天大学四川玄武岩纤维新材料研究院创新中心，
类型：发明
国别省市：