[发明专利]一种增韧‑阻燃型环氧树脂材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种增韧-阻燃型环氧树脂材料及其制备方法，属于复合材料及其制备领域。

背景技术

环氧树脂作为最常用的热固性塑料的一种，具有良好的机械性能、电学性能、粘接性能和耐化学腐蚀性等。以胶粘剂、涂料、密封剂、灌封材料和复合材料等形式广泛应用与机械制造、电子电气、航空航天和风力发电等领域。然而，随着交联密度的增加，韧性差成为了环氧树脂致命的缺陷。同时，环氧树脂的极限氧指数(LOI)为19.8左右，在空气中极易燃烧，并且燃烧时伴随大量黑色的浓烟和有毒气体，严重危害人体健康和生态环境。其脆性和易燃性很大程度地限制了环氧树脂在风电领域的应用。对环氧树脂的增韧和阻燃改性研究有着很深的实际意义。

目前，对环氧树脂阻燃改性最主要有添加型和反应性阻燃改性两种方法。其中，添加型阻燃改性由于工艺操作简单，制造成本低廉，工业上得到更为广泛的应用(EP20120726410，US11340638，CN201310245425.4)。添加新阻燃剂主要有卤素阻燃剂、磷系阻燃剂、氮系阻燃剂等。卤素阻燃剂由于添加量少、阻燃效率高对基体力学性能影响小，在阻燃剂中占绝对优势，但其存在严重的缺点，它在燃烧过程中会产生大量的烟和有毒气体。在2006年7月欧盟实施的《RoHS指令》限制了多种卤素阻燃剂的应用，为高效无卤阻燃剂的设计和制备提供了机遇和挑战。我国2007年实施的《公共场所阻燃制品及组件要求及标识》对材料阻燃性能提出了更高的要求。因此，对热固性树脂高效无卤阻燃研究具有迫切的现实意义和市场需求。聚磷酸铵(APP)是一种氮磷复合型高效无卤膨胀型阻燃剂(IFR)，无毒无味，不产生腐蚀性气体，含磷量高达30％～32％，含氮量为14％～16％，具有良好的阻燃效果(Polymer Degradation and Stability,2009,94:625–631.)，已被广泛应用于高分子材料的阻燃改性。但由于其与高聚物相容性差和吸湿性强，限制了其在环氧树脂中的使用，而且传统的物理添加改性，往往因为阻燃剂的引入而降低树脂的成型性能、力学性能以及粘接性能。

环氧树脂常用的增韧的方法有橡胶增韧(Journal of Materials Science,2007,42(9):3215-3222.)、热塑性树脂增韧(Journal of Materials Science,2006,41(17):5467-5479.)、互穿网络聚合物增韧(International Journal of Polymeric Materials,2008,57(4):319-337)、刚性粒子增(Ultrasonics Sonochemistry.2011,18(1):120-126.)、核壳聚合物增韧等(Journal of Materials Science&Technology，2004，20(5):522-526.)。橡胶与环氧基体的相容性好，价格低，来源广泛，目前应用较多，但是由于固化过程中橡胶粒子存在的相分离不完全会使基体的耐热性和力学性能降低。热塑性树脂和有机硅树脂增韧环氧时，大多需要用强极性溶剂才能使其溶解于环氧基体中，且粘度很大，成型工艺较为复杂。由于刚性粒会发生塑性变形，吸收大量的冲击能量，有很好的抗冲击性能，但添加量略大时，会使材料的弹性模量大幅降低且刚性粒子与环氧基体的界面相容性不理想。核壳聚合物在环氧增韧改性方面已经取得了显著的成就，通过改变核壳粒子的尺寸和组成，使核与壳分别具有不同的功能，能够有效减少环氧树脂的内应力，提高粘结强度和冲击性，其韧性与液体橡胶相比已达到甚至超越液体橡胶增韧效果，同时对于基体Tg和机械性能没有明显的下降(Polymer,1999,40:2249-2261.)。从而核壳聚合物为环氧增韧开辟了一种崭新的途径。

研究工作者们对环氧树脂的阻燃改性和增韧改性均倾注了大量心血，但是单一性能的提高已难以满足应用领域对材料综合性能的要求。寻求一种既能达到良好阻燃效果，又能赋予材料良好韧性的阻燃材料，必会成为环氧树脂基复合材料的重大突破。本发明采用磷氮型高效无卤阻燃剂为核、聚合物交联网络结构为壳层的阻燃型微胶囊，加上亚微米尺寸的膨胀石墨协同对环氧树脂进行增韧-阻燃改性，制备新型环氧树脂材料。这一研究方法和实验结果可为其它热固性树脂多重性能的提高提供理论借鉴和思维方法。

发明内容

为了实现环氧树脂多重性能的同步提高，本发明的目的在于提供一种增韧-阻燃型环氧树脂复合材料。

本发明的另一目的是提供这种增韧-阻燃型环氧树脂材料的制备方法。