[发明专利]一种协同阻燃复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种协同阻燃复合材料及其制备方法，由质量百分比为（0.3～2）:（4.7～3）:（95）的负载铁基莱瓦希尔骨架的短切碳纤维、聚磷酸铵与环氧树脂共混制成。此种阻燃环氧树脂复合材料无卤、阻燃性能高，抑烟效果优异，同时还具有较好的力学性能。

技术领域

本发明属于阻燃材料技术领域，具体涉及一种负载铁基莱瓦希尔骨架材料的短切碳纤维/环氧树脂协同阻燃复合材料及其制备方法。

背景技术

环氧树脂固化物的阻燃方法主要有反应型和添加型两种，前者成本低廉，简单易行；后者则对环氧树脂制品的影响较小，阻燃效果也较好。添加型阻燃技术是将阻燃剂直接与环氧树脂共混，以提升环氧树脂阻燃性能的方法。常用的添加剂为红磷、水合氧化铝、二氧化硅、纳米水滑石等无机型阻燃剂，以及硅系、磷系、氮系等小分子或低聚物有机阻燃剂。

纯聚磷酸铵应用于阻燃环氧树脂时，其阻燃效率较差，故需要较高的添加量才能达到阻燃的目的，然而较高的添加量往往伴随着阻燃环氧树脂材料力学性能的降低。因此，人们往往添加其他元素提高聚磷酸铵阻燃环氧树脂的效率，其中金属元素具有较好的催化性能。碳纤维/环氧树脂复合材料是以环氧树脂为基体与增强体碳纤维进行复合的材料，具有高比强度、高比模量、耐腐蚀、耐高温和耐老化等特性，被广泛应用于汽车、建筑、医疗、航空航天等领域。但碳纤维表面较光滑且呈化学惰性，活性基团较少，与环氧树脂基体的界面结合能力较差，影响碳纤维/环氧树脂复合材料的应用。通过对碳纤维表面进行改性，在纤维表面引入活性官能团并增加纤维表面粗糙度，有利于改善复合材料界面结合强度。Wang,HW、Qiao, H等设计合成了钴基金属有机骨架材料（Co-MOF）；Hou, YB、Hu, WZ等通过水热反应合成了具有含磷结构的钴基金属有机骨架（P-MOF）；Zhang, J、Li, Z等通过一种原位生长方法，合成了具有三明治结构的氧化石墨烯上的Zn和Co双金属金属有机骨架（MOF）的纳米杂化物。以上方法均对环氧树脂材料的阻燃性能有所提高，但效果并不显著，且存在力学性能降低、烟雾大等问题。

发明内容

针对自身易燃的环氧树脂材料加入聚磷酸铵后会导致阻燃材料力学性能降低、烟雾大等问题，本发明旨在提供一种能够提高阻燃效果和力学性能的（Fe）MIL-101@SCFs/APP/EP协同阻燃复合材料及其制备方法。

实现本发明目的的技术方案如下：协同阻燃复合材料（（Fe）MIL-101@SCFs/APP/EP），由质量百分比为（0.3～2）:（4.7～3）:（95）的负载铁基莱瓦希尔骨架的短切碳纤维（（Fe）MIL-101@SCFs）、聚磷酸铵（APP）与环氧树脂（EP）共混制成。

进一步的，所述的（Fe）MIL-101@SCFs是由负载铁基莱瓦希尔骨架（（Fe）MIL-101）通过溶剂热法负载到短切碳纤维（SCFs）表面制得，其中SCFs上所负载（Fe）MIL-101的量为18wt%。

进一步的，所述的（Fe）MIL-101@SCFs中，载体SCFs的尺寸为6~8微米，SCFs上所负载的（Fe）MIL-101的尺寸为0.2~1微米。

进一步的，所述的（Fe）MIL-101@SCFs的制备步骤如下：

将羧基化短切碳纤维（SCFs-COOH）和FeCl₃·6H₂O一起加入N，N-二甲基甲酰胺（DMF）中，超声处理1h；然后，再加入对苯二甲酸，超声处理10min后倒入反应釜中密封并在110℃温度下加热24h；离心，用乙醇洗涤多次，并在110℃下干燥，所得产物即为（Fe）MIL-101@SCFs。

具体的，将SCFs浸入丙酮中24h，去离子水洗涤多次后，将其在浓硝酸中氧化2小时，氧化后，将其用去离子水洗涤至中性，然后在100℃下干燥获得SCFs-COOH。

具体的，SCFs–COOH和FeCl₃·6H₂O的质量比为2.06:1.35。