[发明专利]阻燃环氧组合物及其使用方法

说明书

一种低密度、不含卤素的环氧组合物，其在固化后具有阻燃性并且适合用作灌注化合物。所述环氧组合物包含：(a)环氧组分；(b)至少一种固化剂；(c)至少一种潜在的固化促进剂；(d)包含粒度小于1微米的纳米尺寸核壳橡胶(CSR)颗粒的增韧组分；(e)不含卤素的阻燃组分；以及(f)用于降低所述组合物的密度的空心微球。所述阻燃组分包含以下的混合物：(i)至少一种聚磷酸盐；(ii)至少一种金属硼酸盐；以及(iii)至少一种选自碱土金属氢氧化物和氢氧化铝的化合物。

本申请要求于2018年12月18日提交的在先的美国临时申请号62/781,190的权益，将该临时申请的内容以其全文通过援引方式并入本申请。

蜂窝夹层板用于诸如航空器内部的地板和墙壁等结构中，以保持强度和刚度，同时最小化结构的重量。蜂窝夹层板通常由插入两个预浸料面板之间的蜂窝芯组成。预浸料面板由浸渍有可固化树脂(例如，基于环氧树脂的组合物)的增强纤维构成。通过在每个预浸料面板与蜂窝芯的一侧之间施加可固化胶粘剂膜，将预浸料面板粘合层压到蜂窝芯上。

通常，将灌注化合物插入用于特定应用的蜂窝结构的芯以改善结构性能并增强粘合。此外，通过用边缘灌注化合物密封蜂窝芯夹层板的暴露边缘，可以减少或有效消除进入蜂窝芯的空隙的湿气，该边缘灌注化合物可以与蜂窝芯夹层板共固化。经常，用于此目的的此类灌注化合物被称为“单组分(one-part)”，即它们在一个步骤中进行预混合和施用。单组分灌注化合物通常是高粘度、类似油灰的化合物。通常，可以使用抹刀或镘刀手动将此类灌注化合物施用于复合孔结构。可替代地，此类灌注化合物还可以通过机器人或自动化系统施用，其中材料被泵送并插入蜂窝芯中。

环氧树脂由于其有吸引力的特性而被广泛用作各种应用中的基质树脂，这些特性如高强度和模量、对基底的高粘附性、良好的耐化学性和耐腐蚀性、优异的尺寸稳定性和电特性。特别地，环氧树脂已被用于航空航天应用，其中它们与增强纤维结合形成用于制造航空器部件的复合材料或用作结构膜胶粘剂的材料。已发现环氧树脂可用于其中的一个领域是作为用于填充蜂窝夹层板的空隙的灌注化合物。

此外，用于在航空航天工业(例如航空器内部)中应用的材料通常需要满足各个监管机构规定的某些关键要求。此类要求经常由航空器的原始设备制造商(OEM)提供，并且经常源自联邦航空要求，如美国联邦航空管理局(FAA)提出的要求，或者源自OEM所希望的性能特征。要求包括机械性能，如高抗压强度、高阻燃性和在燃烧过程中低的烟和有毒气体排放。机械性能和阻燃性的要求需要在相对较低的重量下实现；因此，阻燃组合物在其固化形式下需要具有低密度。最后，在商业环境中对所述材料的加工必须能够通过常规加工技术，比如挤出进行。

传统上，旨在满足可燃性要求的基于环氧树脂的组合物包含基于卤素的阻燃剂。由于溴或其他卤素的存在，已知此类阻燃的、基于环氧树脂的组合物是危险和有毒的。因此，需要能够满足与基于卤素的材料相同的可燃性要求的不含卤素的组合物。然而，在不使用所述基于卤素的阻燃剂的情况下实现所希望的可燃性特性是困难的，尤其是对于由芳族环氧树脂构成的树脂。

此外，已经发现常规的阻燃的基于环氧树脂的组合物，尤其是当用作蜂窝芯填充应用的灌注化合物时，在固化时展示出细小的微裂纹。这种微裂纹是由于在典型的固化循环中加热和随后冷却而在环氧树脂基质内形成的内部应力的结果。微裂纹对包含蜂窝芯的经固化的复合结构的性能特性具有有害影响。这些微裂纹经常沿蜂窝芯的孔壁存在，使湿气和水进入芯中。

因此，仍然需要一种低密度、不含卤素的阻燃环氧组合物，其可以用作蜂窝夹层板的灌注化合物，并且其在固化时能够抵抗微裂纹以便提高经固化的材料的耐湿性。

本文披露了一种低密度的阻燃环氧组合物，其不含卤化物质并且其在固化时能够抵抗微裂纹，从而提高经固化的材料的耐湿性并提高材料的随着时间推移的整体机械性能。

总体上，本披露的不含卤素的阻燃环氧组合物包含：

a)包含至少一种环氧化物官能度为至少1的环氧化物化合物的环氧组分，

b)至少一种固化剂(或硬化剂)，