[发明专利]一种阻燃环氧树脂泡沫材料及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种阻燃环氧树脂泡沫材料及其制备方法，属于阻燃材料领域。一种阻燃环氧树脂泡沫材料，原料按质量份数计包括:100份环氧树脂、15～35份阻燃剂、5～25份固化剂、1～6份发泡剂、1～10份表面活性剂和0～10无机填料；阻燃剂为添加型复合阻燃剂；发泡剂为分子结构中含有硅氢键的化合物；固化剂为多胺类常温固化剂。一种环氧树脂泡沫材料的制备方法，包括将原料混合均匀得到混合溶液，将混合溶液在常温下进行发泡，然后升温固化。本发明的阻燃环氧树脂泡沫材料满足低温施工的要求以及轨道交通的阻燃标准，所制备的材料阻燃性能好，力学强度高，泡孔分布均匀，所述阻燃环氧树脂泡沫材料可以广泛用于公共交通、建筑、航空航天以及其他阻燃轻质结构材料。

技术领域

本发明涉及阻燃泡沫材料技术领域，尤其涉及一种阻燃环氧树脂泡沫材料及其制备方法与应用。

背景技术

随着轨道交通的飞速发展，人们对车辆安全性、舒适性、运营速度和载客能力等方面提出了更高的要求。轨道交通材料的轻量化和使用安全性愈来愈受到主机厂和终端客户的高度重视。相比金属材料，高分子材料具有轻质、生产工艺简单、设计自由度大、耐酸碱腐蚀、抗冲击性能好等特点。目前，主要应用于列车车头，车体以及汽车内装等方面，为轨道交通的轻量化提供了切实可行的材料选择方案。

目前，应用在轨道交通领域的内装复合材料主要以酚醛或不饱和聚酯复合材料为主，环氧树脂也在快速发展之中。酚醛树脂的特点是强度和阻燃性能好，但制备过程使用了大量甲醛，最终产品也存在甲醛残留的问题，有违轨道交通绿色环保的发展要求；不饱和聚酯复合材料同样存在因挥发性气体多而带来的环保问题，而且材料的力学性能较差。环氧树脂复合材料由于没有有毒有害物质产生，制备过程绿色环保，力学强度高，粘接性能好，成为越来越追求轻质高强、节能环保的轨道交通的理想材料，而对环氧树脂进行发泡是进一步轻量化的重要手段。此外，作为轨道交通材料，必须具有优异的阻燃性能。欧盟以及中国中车集团均对轨道交通高分子材料及制品制定了严格的阻燃标准。环氧树脂的氧指数只有20％左右，属于易燃材料，而泡沫材料更易燃。不符合轨道交通对高分子材料及制品的要求。因此需要对环氧树脂进行阻燃改性。具有优良阻燃性、轻质高强的环氧树脂发泡材料，在轨道交通领域有着广泛的需求。

目前，环氧树脂泡沫材料的发泡方法主要有以下三种：物理发泡法、化学发泡法和空心微球填充法。制备环氧树脂泡沫材料的关键在于如何使环氧树脂固化交联的过程与泡孔长大成型过程相同步，使环氧树脂发泡的时候，基体有足够大的粘弹性可以锁住气泡。

化学发泡法是使用化学发泡剂作为气源来制备发泡材料。将化学发泡剂搅拌分散在环氧树脂基混合物中，然后升温到发泡剂的分解温度，发泡剂分解产生的气体使树脂膨胀，同时环氧体系固化，最终得到环氧树脂基发泡材料，最常用的发泡剂为偶氮类有机化合物，这类发泡剂一般需要较高的发泡温度。如CN105504682A采用偶氮二异丁腈(AC)，通过一步法在高温下进行发泡成型。由于在高温条件下，环氧基体的粘度低，其粘弹性不能稳定气泡，泡孔容易破裂并合并，因此所制得的环氧泡沫泡孔尺寸较大，力学性能欠佳。

常温发泡是解决上述弊端的关键，通过胺类固化剂的胺基与发泡剂分子链上Si-H键反应生成氢气，在环氧树脂固化的同时进行发泡制备环氧树脂泡沫材料。常温发泡使基体保持足够大的粘弹性可以锁住气泡，从而制得泡孔均匀、高力学强度的环氧树脂泡沫材料。CN 108752871 B选用一种含硅氢键的发泡剂与一种低分子量聚酰胺固化剂反应，在10-40℃条件下发泡1～24h，再在60-140℃条件下固化1～8小时，制备出一种具有优良电性能以及高压缩强度的环氧树脂泡沫。然而，此法以氢气作为发泡气体，它比其他化学发泡所制得的泡沫材料更易燃，而且与非泡沫材料相比，泡沫材料燃烧时表面形成的碳层极易被破坏，无法有效隔绝热量及氧气，所以对其进行阻燃改性更困难。这极大限制了这种发泡材料在轨道交通等有较高阻燃性要求领域的应用。

本发明正是基于解决上述问题，开发一种加工工艺简单，满足常温发泡工艺的要求，具有优良阻燃性能和力学性能的环氧树脂泡沫材料。

发明内容