[发明专利]一种与液氧相容的环氧树脂材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种与液氧相容的环氧树脂材料及其制备方法，属于树脂材料改性技术领域。

背景技术

随着航天事业的进一步发展，新一代航天飞行器对材料轻质和低成本提出了更高要求，飞行器的主要结构部件不得不依赖各种质轻性优的复合材料。目前，航天飞行器动力推进系统大部分采用液氧作为氧化剂，传统的液氧贮箱均由金属材料制备而成，如果采用环氧树脂基复合材料，液氧贮箱的重量将明显降低。碳纤维增强环氧树脂基复合材料具有高比强度和高比模量、较好的耐热性能、良好的抗疲劳性能以及良好的破坏安全性等优点，已经广泛应用到航空航天、造船、汽车等领域。研究表明：与目前采用的锂-铝合金材料相比，用碳纤维增强环氧树脂基复合材料可以使液氧贮箱减重27%，同时可以使热防护材料减重12%。然而，环氧树脂基复合材料与液氧接触时，在受到冲击、碰撞、摩擦、静电等外界能量作用下可能发生爆炸、燃烧等剧烈化学反应，即液氧不相容。所以，改善环氧树脂基复合材料的液氧相容性，对于航空航天事业的发展具有非常重要的意义。实际上环氧树脂基复合材料的液氧相容性完全取决于环氧树脂的液氧相容性，而与碳纤维无关，因为碳纤维与液氧是相容的，即碳纤维与液氧不发生化学反应。

环氧树脂与液氧不相容的根本原因在于环氧树脂与液氧接触即发生缓慢的化学反应，并且随着反应的进行，反应速度逐渐加快，进而导致可能发生的剧烈氧化反应，例如闪光、发烟或者是爆炸。环氧树脂与液氧之间剧烈反应的本质与环氧树脂在氧气中燃烧的本质是一致的。所以，改善环氧树脂材料的液氧相容性，就是改善环氧树脂的阻燃性能。基于上述分析，在环氧树脂中添加阻燃材料，提高环氧树脂的抗氧化和抗燃烧性能，即提高环氧树脂的液氧相容性。

发明内容

本发明通过优选阻燃剂，不仅保证了添加后的环氧树脂与液氧相容，也避免了对树脂综合性能的影响。

本发明提供了一种与液氧相容的环氧树脂材料，所述与液氧相容的环氧树脂材料按重量份由下述组分组成：

环氧树脂    85～95

阻燃剂      5～15

固化剂      8～12；

所述阻燃剂选自八溴醚、三氯氧磷、磷酰三氯、三氯化磷、三聚氰胺、甲基膦酸二甲酯、氢氧化铝、氢氧化镁中的至少一种。

本发明所述阻燃剂不仅改善了环氧树脂的液氧相容性，而且不影响环氧树脂的其他性能，符合工业化需求。

本发明所述环氧树脂优选为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂中的至少一种。

本发明所述固化剂优选为T-31固化剂、593固化剂中的至少一种。

本发明另一目的提供了一种与液氧相容的环氧树脂材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

①将阻燃剂机械研磨1～3h，转速为30～50转/秒；

②将环氧树脂和固化剂与研磨后的阻燃剂混合2～3h，转速为2～10转/秒；

③混合后升温至30～40℃，固化15～24h。

本发明延长研磨时间、延长混合时间、提高转速有利于提高液氧相容性。

本发明有益效果为：

①根据ASTM D2512（2008）标准检测本发明所述的与液氧相容的环氧树脂材料，结果为与液氧不发生爆炸、燃烧、闪光等明显反应，与液氧相容；

②本发明制备的环氧树脂氧指数为24.1～48.9，现有技术的环氧树脂氧指数为19.5，本发明环氧树脂氧指数与现有技术比提高了1.24～2.51倍；

③原料价格低廉，可获取方便；

④制备方法简单，适合大规模工业化生产。

具体实施方式

下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。

下述双酚A型环氧树脂和双酚F型环氧树脂购于深圳市吉田化工有限公司；T-31固化剂和593固化剂购于天津市宁平化学制品有限公司。

将本发明制得的环氧树脂材料进行液氧相容性测试，具体测试方法如下：

将本发明制得的环氧树脂材料制成20个直径为20mm、厚度为2mm的圆柱形切片试样，在ABMA型冲击试验机上测试液氧相容性，若20个试样均与液氧不发生爆炸、燃烧、闪光等明显反应现象，证明本发明制得的材料与液氧相容；若有一个出现爆炸、燃烧、闪光等明显反应现象，证明本发明制得的材料与液氧不相容。

此外，采用HC-2型氧指数测定仪测定极限氧指数，材料的氧指数越高与液氧相容性越好，经测定现有技术的环氧树脂极限氧指数为19.5。

实施例1