[发明专利]一种自交联成炭本征阻燃聚双环戊二烯工程材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种自交联成炭本征阻燃聚双环戊二烯(PDCPD)工程材料及其制备方法。该PDCPD工程材料由双环戊二烯、5‑亚乙基‑2‑降冰片烯、自合成的降冰片烯基马来酰亚胺类高温自交联阻燃剂、催化剂和抑制剂通过热驱动自蔓延技术制得。其中，所述降冰片烯基马来酰亚胺类高温自交联阻燃剂的单体是由降冰片烯衍生物和马来酰亚胺衍生物或马来酸酐衍生物通过一步法合成，该单体合成方法简单，产率高，能够直接与双环戊二烯通过热驱动自蔓延技术制备自交联成炭本征型阻燃工程高分子材料，提高PDCPD材料的阻燃性能。制得的PDCPD材料的极限氧指数达39％，阻燃等级可达到UL94V‑0级，并且热变形温度和拉伸强度分别达177℃和72MPa，具有优异的热稳定性和机械性能。

技术领域

本发明属于工程材料领域，具体涉及一种自交联成炭本征阻燃PDCPD工程材料，同时涉及一种含有降冰片烯和马来酰亚胺结构的反应型阻燃剂。

背景技术

PDCPD材料是由双环戊二烯通过开环易位聚合得到的一种热固性工程材料，PDCPD主链中存在大量环状结构单元和双键，同时具有较高的交联密度，赋予PDCPD优异的机械性能、良好的耐低温性和耐酸碱性等优点。同时，PDCPD工程材料还具有密度低、良好的涂饰性和环境友好等优点，常应用于交通轨道、医疗设备、航天航空等结构复杂的大制件领域。然而，由于PDCPD是全碳链聚合物，极易燃烧，且燃烧过程中会迅速产生大量烟尘和有毒气体，限制了其广泛应用。

针对上述问题，国内外的科技工作者对PDCPD的阻燃进行了一定的研究。专利CN110628160A公开了用玻璃纤维、碳纤维及其组合制备高阻燃性PDCPD复合材料的方法。然而，该专利并没有对PDCPD复合材料的力学性能进行表征，且其成型方法采用传统的反应注射成型(RIM)。CN110746530A公开了用磷酸盐、聚磷酸盐、硼酸锌作为阻燃剂来制备高阻燃PDCPD复合材料的方法，但该类阻燃剂提高PDCPD的阻燃效率有限，当阻燃剂含量达40wt％时，LOI数值仅为28％。CN102199252A公开了用溴化聚合物作为主阻燃剂，达到了低添加量的目的，但是含卤阻燃剂在燃烧过程会产生有毒气体。不仅如此，双环戊二烯开环易位聚合催化剂的易中毒及传统RIM工艺技术复杂导致可选取的添加型阻燃剂种类并不多。

相较于上述添加型阻燃剂，反应型阻燃剂则是通过化学键将阻燃基元引入到PDCPD的分子链中，从而提高PDCPD材料的阻燃性能。CN104558326A公开了以六氯环三磷腈为母体，连接带有双环戊二烯结构的基团，使其可溶于双环戊二烯，将其与双环戊二烯进行共聚反应来制备阻燃PDCPD复合材料，解决了现有的不溶性阻燃剂不利于双环戊二烯的RIM工艺、力学性能下降和阻燃效果不佳等问题。但该专利仅能将LOI提升至29.8％，无法满足更高的阻燃要求且卤素的引入提高了PDCPD材料的烟气毒性。

本发明将一种降冰片烯基马来酰亚胺类高温自交联阻燃剂与双环戊二烯通过热驱动自蔓延技术共聚制备本征型阻燃PDCPD工程材料。该阻燃剂可使PDCPD在高温下自交联炭化形成稳定致密的炭层，使得材料的极限氧指数达39％，阻燃等级达UL94 V-0级，并且具有优异的热稳定性、机械性能，材料的热变形温度和拉伸强度分别达177℃和72MPa。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种自交联成炭本征阻燃PDCPD工程材料。

本发明的目的之二是提供一种降冰片烯基马来酰亚胺类高温自交联反应型阻燃剂，解决目前PDCPD复合材料易燃、强度低的问题。

本发明公开了一种自交联成炭本征阻燃PDCPD工程材料，该阻燃PDCPD工程材料的极限氧指数达39％，阻燃等级可达到UL94 V-0级，并且热变形温度和拉伸强度分别达177℃和72MPa，具有优异的热稳定性和机械性能。

本发明提供的自交联成炭本征阻燃PDCPD工程材料，其特征在于：

所述自交联成炭本征阻燃PDCPD工程材料的结构式如(1)所示：