[发明专利]一种高韧性阻燃酚醛预浸料复合材料及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种高韧性阻燃酚醛预浸料复合材料及其制备方法和用途。

背景技术

酚醛/玻纤及酚醛/碳纤预浸料复合材料具有良好的工艺性能、优异的阻燃性能和突出的性价比，目前已经在航空航天、交通运输和电气绝缘等领域得到广泛应用，尤其在提高飞机、船舶和电子电器等产品的防火安全性方面发挥了重要作用。例如，Cytec公司的Cycom 2265和Cycom 2290等牌号酚醛预浸料复合材料已经成为制造空客及波音飞机天花板、行李箱、壁板等内饰结构部件的主体材料，3240环氧酚醛玻璃布预浸料复合材料是国际上制备F级绝缘层合板的主要选择。

酚醛树脂固化物特有的高交联度结构使其具有优异的本征阻燃特性，无须添加任何阻燃剂即可达到V-0级(UL-94标准)，燃烧过程中树脂碳化保留率非常高，烟雾和毒性气体的释放量很小。然而另一方面，高交联密度的化学结构也使得酚醛树脂固化物的收缩率和脆性非常大，由其制备的预浸料复合材料耐冲击性能很低，力学性能欠佳，无法满足航空航天、交通运输和电气绝缘等领域所提出的力学性能要求。

近年来，针对酚醛树脂的增韧改性研究非常多，如Cytec公司采用热塑性聚合物对Cycom 2265和Cycom 2290等牌号酚醛预浸料复合材料进行增韧改性，Lewcott公司采用液体丁氰橡胶对酚醛预浸料复合材料进行增韧改性。国内关于酚醛树脂的增韧改性研究大多集中在后期配方阶段，尚未针对阻燃酚醛预浸料复合材料在飞机及电子绝缘器件上的具体应用开展酚醛树脂分子结构设计及合成技术、增韧复配技术、预浸料制备技术以及复合材料全面性能等系统性研究，导致现有酚醛预浸料复合材料大多存在铺覆工艺性差、耐冲击性能低、或者由于增韧剂的引入导致阻燃性能明显下降等缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高韧性阻燃酚醛预浸料复合材料，该复合材料具有高韧性、高阻燃性以及良好的铺覆工艺性、在飞机、船舶及高铁等领域具有重要的推广应用前景。

本发明的另外一个目的在于提供一种高韧性阻燃酚醛预浸料复合材料的制备方法。

本发明的再一个目的在于提供一种高韧性阻燃酚醛预浸料复合材料的用途。

本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：

一种高韧性阻燃酚醛预浸料复合材料，包含如下质量百分比含量的组份：

酚醛树脂基体    20～70％；

纤维增强材料    30～80％；

其中所述酚醛树脂基体包含如下质量份数的组份：

酚醛树脂     100；

增韧剂       5～20；

四溴双酚A    1～15；

三氧化二锑   0.5～5；

有机溶剂     10～80。

在上述高韧性阻燃酚醛预浸料复合材料中，酚醛树脂选自氢氧化钡催化酚醛、氢氧化镁催化酚醛或苯胺催化酚醛中的至少一种。

在上述高韧性阻燃酚醛预浸料复合材料中，酚醛树脂的醛酚质量比为1～3∶1，优选为1.5～2.5∶1。

在上述高韧性阻燃酚醛预浸料复合材料中，增韧剂选自端羧基丁氰橡胶、端羟基丁氰橡胶、端羧基聚丁二烯、端羟基聚丁二烯、聚乙烯醇缩乙醛或聚乙烯醇缩丁醛中的至少一种。

在上述高韧性阻燃酚醛预浸料复合材料中，纤维增强材料为玻璃纤维单向带、玻璃纤维布、碳纤维单向带或碳纤维布。

在上述高韧性阻燃酚醛预浸料复合材料中，有机溶剂为乙醇、丙醇、丙酮或丁酮。

高韧性阻燃酚醛预浸料复合材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、制备酚醛树脂基体，具体如下：

(1)采用醛化合物、酚化合物和有机溶剂合成酚醛树脂预聚体，当预聚体在160℃下的凝胶时间为1～10min时终止反应；

(2)在反应釜中加入酚醛树脂预聚体，高速搅拌下依次加入有机溶剂、增韧剂、四溴双酚A和三氧化二锑，充分搅拌60～120分钟，即制得酚醛树脂基体；

步骤二、制备酚醛预浸料复合材料，具体如下：

(3)采用有机溶剂将酚醛树脂基体的比重调节至0.9g/m²～1.2g/m²之间，然后将酚醛树脂基体和纤维增强材料经溶液浸胶法经连续浸渍、烘干和收卷工序制备酚醛预浸料；

(4)按照厚度要求进行酚醛预浸料铺叠，之后将酚醛预浸料叠块放入压机或真空包覆后放入热压罐在80～200℃的固化温度、0.1～3MPa的固化压力下固化成型。