[发明专利]阻燃环氧树脂复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种阻燃环氧树脂复合材料及其制备方法。按重量份计，上述阻燃环氧树脂复合材料的原料包括50～80份的环氧树脂、10～30份的固化剂、5～17份的膨胀阻燃剂、1～10份的氨基改性碳纳米管，其中膨胀阻燃剂具有式I所示结构，式I中，n为3～8的整数。本发明的阻燃环氧树脂复合材料兼具了优异的阻燃性能和力学性能，同时，材料的热稳定性也较佳。

技术领域

本发明涉及高分子材料改性技术领域，具体而言，涉及一种阻燃环氧树脂复合材料及其制备方法。

背景技术

环氧树脂由于其具有力学性能、耐化学性、电绝缘性、高强度机械性能和良好的加工性能，在汽车、包装、家具、建筑和涂料以及复合材料领域取得了广泛的应用。然而，环氧树脂极易燃烧，且点燃后火焰传播快，释放出大量的有毒烟雾和气体，对人身和财产安全造成巨大的潜在威胁，同时也限制了其在需要防火领域进一步应用。因此，提高环氧树脂的阻燃性能十分必要。

提高材料阻燃性能最直接简便的方法是添加阻燃剂。阻燃剂大致分为无机阻燃剂、膨胀型阻燃剂、磷系阻燃剂和卤系阻燃剂等。其中，膨胀型阻燃剂由于其低毒、低烟以及对材料性能损害小等优点因其引起研究人员的关注并取得了一系列应用。膨胀型阻燃剂由碳源、酸源和气源三部分组成，在燃烧过程中，碳源由一系列碳化反应形成致密残炭层，酸源与氧自由基反应减缓材料降解，气源释放不可燃气体减少空气与材料的接触，同时减缓热量的传递，三者共同作用形成膨胀碳层，共同提高了材料的阻燃性能。然而，通常小分子类的膨胀阻燃剂由于其耐热性差，在环氧树脂基体中极易析出，对环氧树脂的力学性能能有负面影响。

纳米碳材料，如碳纳米管、石墨烯、炭黑等，在提高材料力学性能、耐热性能的同时，在材料燃烧过程形成致密的碳层，因此成为阻燃的另一热点研究领域。然而将纳米碳材料用作阻燃剂时，材料虽然在锥形量热测试表现优异，但在氧指数测试较低，且难以达到垂直燃烧(UL-94)V-0级要求，即添加碳纳米材料时火焰蔓延速率和强度得到了有效地抑制，但材料本身的难燃性无有效的提高。此外，碳纳米材料表面无活性基团，且由于尺寸效应容易团聚，在与环氧树脂混合的过程中，存在难以分散，与环氧树脂界面作用差的缺点，这也限制了纳米碳材料在环氧树脂中的应用。

总之，目前对于环氧树脂进行阻燃改性时，多存在影响树脂本身力学性能或阻燃改善不足等方面的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种阻燃环氧树脂复合材料及其制备方法，以解决现有技术中阻燃改性环氧树脂时力学性能下降或阻燃性能改善不足等问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种阻燃环氧树脂复合材料，按重量份计，上述阻燃环氧树脂复合材料的原料包括50～80份的环氧树脂、10～30份的固化剂、5～17份的膨胀阻燃剂、1～10份的氨基改性碳纳米管，其中膨胀阻燃剂具有式I所示结构：

式I中，n为3～8的整数。

进一步地，环氧树脂选自双酚A型环氧树脂、双酚S型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、线性酚醛型环氧树脂和邻甲酚醛型环氧树脂中的一种或多种。

进一步地，环氧树脂选自双酚A型环氧树脂和/或双酚S型环氧树脂。

进一步地，固化剂选自胺类固化剂、咪唑类固化剂和酸酐类固化剂中的一种或多种；优选地，胺类固化剂选自4,4’-二氨基二苯甲烷和/或4,4’-磺酰基二本胺；优选地，咪唑类固化剂选自2-甲基咪唑和/或2-乙基-4-甲基咪唑；优选地，酸酐类固化剂选自邻苯二甲酸酐、顺丁烯二酸酐、邻苯甲酸酐中的一种或多种。

根据本发明的另一方面，还提供了一种上述阻燃环氧树脂复合材料的制备方法，其包括以下步骤：将环氧树脂、固化剂、膨胀阻燃剂、氨基改性碳纳米管混合，得到混合料；将混合料熔融、固化，得到阻燃环氧树脂复合材料。