一種增強增韌阻燃環氧樹脂的製備方法與流程

2024-02-29 16:43:15

本發明涉及一種增強增韌阻燃環氧樹脂的製備方法，屬於高分子材料及其製備方法領域。

背景技術：

環氧樹脂是一類具有交聯網絡狀結構的高分子材料，由於其強度高、絕緣性、熱穩定性、耐化學腐蝕性等優點被大量應用於塗料、粘合劑、複合材料、電子電器設備的絕緣材料等領域。然而，雖然環氧樹脂剛性大，強度高，但屬於脆性材料，韌性較差。此外，環氧樹脂是一種易燃材料，並且燃燒後會產生濃煙，不能夠滿足一些要求材料具有阻燃級別的應用領域。隨著環氧樹脂在複合材料、電子電器等領域的應用越來越廣泛，對其的性能要求也越來越高。因此，如何提高環氧樹脂的強度、韌性以及阻燃性能，是當下環氧樹脂需要解決的關鍵問題。

目前，國內外科研工作者對環氧樹脂增強、增韌以及阻燃改性研究投入了大量工作。如公開號為CN102850520A的專利報導了利用以聚合物為殼，磷氮型阻燃劑為核的改性劑增韌阻燃環氧樹脂，但未見其有具體效果公開。專利號為CN101397393A公開了超支化聚醯胺酯增強增韌環氧樹脂，雖然強度和韌性都有所提升，卻不能賦予環氧樹脂阻燃效果。公開號為CN103172882A提出了納米碳酸鈣-碳纖維協同增強增韌環氧樹脂的方法，但增強效果有限，韌性未見其報導。最近有文獻(Industrial&Engineering Chemistry Research,2016,55(44),pp 11520–11527)報到了磷氮硫型阻燃劑阻燃環氧樹脂，在低添加量下即具有優異的阻燃效果。該磷氮硫型阻燃劑作為一種反應型阻燃劑能夠均勻分散在環氧樹脂中，具有剛性結構可有效提高環氧樹脂的強度。因此，採用磷氮硫型阻燃劑來增強增韌阻燃環氧樹脂是一種行之有效的方法。

技術實現要素：

本發明是要是針對現有技術存在的缺陷，為解決環氧樹脂強度、韌性和阻燃性能不能平衡的不足，本發明的目的之一是提供一種增強增韌阻燃環氧樹脂。

本發明的另一目的是提供這種增強增韌阻燃環氧樹脂的製備方法。

本發明提供的一種增強增韌阻燃環氧樹脂及其製備方法，特徵在於：

1、反應物組分比例

環氧樹脂 100重量份

固化劑 20-25重量份

DOPO-氨基噻唑衍生物 5-15重量份

所述DOPO-氨基噻唑衍生物為9，10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物-氨基噻唑衍生物。

2、製備方法：

(1)將環氧樹脂和DOPO-氨基噻唑衍生物在90-130℃條件下攪拌混合均勻；

(2)向步驟(1)所製得溶液中，加入20-25重量份固化劑，混合均勻至獲得均一溶液；

(3)將步驟(2)所得均一溶液倒入已預熱好的模具中，進行兩段升溫固化。

(4)固化完成後，緩慢降溫至室溫，脫模，得到增強增韌阻燃環氧樹脂。

所述環氧樹脂為雙酚A型環氧樹脂E44。

所述固化劑為4,4』-二氨基二苯甲烷(DDM)。

上述步驟(2)中所述的均一溶液，是在溫度為90℃、機械攪拌條件下得到的。上述步驟(3)中所述的兩段升溫固化，是指溫度在100℃條件下進行初始固化1.6～2.0小時，在150℃條件下進行固化3小時。

上述步驟(3)中所述的模具預熱，其預熱溫度為90℃。

上述步驟(1)中所述的DOPO-氨基噻唑衍生物，具體為10-(噻唑2-亞氨基)-9,10-二氫-9氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物(D-AZ)或10-(苯並噻唑2-亞氨基)-9,10-二氫-9氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物(D-ABZ)，其對應的化學結構如下所示：

採用本發明提供的一種增強增韌阻燃環氧樹脂及其製備方法得到的增強增韌阻燃環氧樹脂，其拉伸強度可提高至91.6-110.2MPa,彎曲強度為89.5-117.5MPa，衝擊強度為25.4-49.2kJ/m2，阻燃等級通過V-0級。

本發明與現有技術相比，具有以下優點：

(1)本發明提供的一種增強增韌阻燃環氧樹脂，其製備方法工藝簡單，易於控制，效率高，成本低。

(2)本發明提供的一種增強增韌阻燃環氧樹脂，所需改性劑僅採用一種DOPO-氨基噻唑衍生物，為反應型改性劑，與基體相容性好。

(3)本發明提供的一種增強增韌阻燃環氧樹脂及其製備方法，所採用DOPO-氨基噻唑衍生物具有多種阻燃元素，阻燃效果明顯。

(4)本發明提供的一種增強增韌阻燃環氧樹脂，其強度和韌性得以同時提高。

具體實施方式

通過以下實施例對本發明提供的一種增強增韌阻燃環氧樹脂及其製備方法進行具體描述，但該實施方式不限於此，實施例不應視作對本發明的限定。

實施例1

將100g環氧樹脂E44和5gD-AZ於90℃下通過機械攪拌混合均勻；然後加入25g DDM，並繼續攪拌混合均勻至獲得均一溶液；將所得溶液倒入已預熱至90℃的模具中，在升溫至100℃固化2小時，而後繼續升溫至150℃固化3小時。固化完成後，緩慢降至室溫，脫模，製得增強增韌阻燃環氧樹脂。

將製得的環氧樹脂樣條進行力學性能測試和垂直燃燒測試。拉伸樣條的外形為啞鈴型，總長為75mm，窄平行部分長度為30mm、寬度為5mm，端部寬度為10mm，厚度為2mm；彎曲和衝擊樣條的尺寸為80mm×10mm×4mm；垂直燃燒樣條尺寸為130mm×13mm×3.2mm。測試結果如表1所示。

實施例2

將100g環氧樹脂E44和6.6gD-AZ於130℃下通過機械攪拌混合均勻；然後加入25gDDM，並繼續攪拌混合均勻至獲得均一溶液；將所得溶液倒入已預熱至的模具中，在100℃固化2小時，而後繼續升溫至150℃固化3小時。固化完成後，緩慢降至室溫，脫模，製得增強增韌阻燃環氧樹脂。

將製得的環氧樹脂樣條進行力學性能測試和垂直燃燒測試。拉伸樣條的外形為啞鈴型，總長為75mm，窄平行部分長度為30mm、寬度為5mm，端部寬度為10mm，厚度為2mm；彎曲和衝擊樣條的尺寸為80mm×10mm×4mm；垂直燃燒樣條尺寸為130mm×13mm×3.2mm。測試結果如表1所示。

實施例3

將100g環氧樹脂E44和10.1gD-AZ於130℃下通過機械攪拌混合均勻；然後加入25gDDM，並繼續攪拌混合均勻至獲得均一溶液；將所得溶液倒入已預熱至90℃的模具中，在100℃固化2小時，150℃固化3小時。固化完成後，緩慢降至室溫，脫模，製得增強增韌阻燃環氧樹脂。

將製得的環氧樹脂樣條進行力學性能測試和垂直燃燒測試。拉伸樣條的外形為啞鈴型，總長為75mm，窄平行部分長度為30mm、寬度為5mm，端部寬度為10mm，厚度為2mm；彎曲和衝擊樣條的尺寸為80mm×10mm×4mm；垂直燃燒樣條尺寸為130mm×13mm×3.2mm。測試結果如表1所示。

實施例4

將100g環氧樹脂E44和13.9gD-AZ於130℃下通過機械攪拌混合均勻；然後加入25gDDM，並繼續攪拌混合均勻至獲得均一溶液；將所得溶液倒入已預熱至90℃的特定模具中，在100℃固化2小時，150℃固化3小時。固化完成後，緩慢降至室溫，脫模，製得增強增韌阻燃環氧樹脂。

將製得的環氧樹脂樣條進行力學性能測試和垂直燃燒測試。拉伸樣條的外形為啞鈴型，總長為75mm，窄平行部分長度為30mm、寬度為5mm，端部寬度為10mm，厚度為2mm；彎曲和衝擊樣條的尺寸為80mm×10mm×4mm；垂直燃燒樣條尺寸為130mm×13mm×3.2mm。測試結果如表1所示。

實施例5

將100g環氧樹脂E44和15gD-AZ於130℃下通過機械攪拌混合均勻；然後加入2g DDM，並繼續攪拌混合均勻至獲得均一溶液；將所得溶液倒入已預熱好的特定模具中，在100℃固化2小時，150℃固化3小時。固化完成後，緩慢降至室溫，脫模，製得增強增韌阻燃環氧樹脂。

將製得的環氧樹脂樣條進行力學性能測試和垂直燃燒測試。拉伸樣條的外形為啞鈴型，總長為75mm，窄平行部分長度為30mm、寬度為5mm，端部寬度為10mm，厚度為2mm；彎曲和衝擊樣條的尺寸為80mm×10mm×4mm；垂直燃燒樣條尺寸為130mm×13mm×3.2mm。測試結果如表1所示。

實施例6

將100g環氧樹脂E44和15gD-AZ於130℃下通過機械攪拌混合均勻；然後加入20gDDM，並繼續攪拌混合均勻至獲得均一溶液；將所得溶液倒入已預熱好的特定模具中，在100℃固化2小時，150℃固化3小時。固化完成後，緩慢降至室溫，脫模，製得增強增韌阻燃環氧樹脂。

將製得的環氧樹脂樣條進行力學性能測試和垂直燃燒測試。拉伸樣條的外形為啞鈴型，總長為75mm，窄平行部分長度為30mm、寬度為5mm，端部寬度為10mm，厚度為2mm；彎曲和衝擊樣條的尺寸為80mm×10mm×4mm；垂直燃燒樣條尺寸為130mm×13mm×3.2mm。測試結果如表1所示。

實施例7

將100g環氧樹脂E44和6.6gD-ABZ於120℃下通過機械攪拌混合均勻；然後加入25gDDM，並繼續攪拌混合均勻至獲得均一溶液；將所得溶液倒入已預熱好的特定模具中，在100℃固化2小時，150℃固化3小時。固化完成後，緩慢降至室溫，脫模，製得增強增韌阻燃環氧樹脂。

將製得的環氧樹脂樣條進行力學性能測試和垂直燃燒測試。拉伸樣條的外形為啞鈴型，總長為75mm，窄平行部分長度為30mm、寬度為5mm，端部寬度為10mm，厚度為2mm；彎曲和衝擊樣條的尺寸為80mm×10mm×4mm；垂直燃燒樣條尺寸為130mm×13mm×3.2mm。測試結果如表1所示。

實施例8

將100g環氧樹脂E44和10.1gD-ABZ於120℃下通過機械攪拌混合均勻；然後加入25gDDM，並繼續攪拌混合均勻至獲得均一溶液；將所得溶液倒入已預熱好的特定模具中，在100℃固化2小時，150℃固化3小時。固化完成後，緩慢降至室溫，脫模，製得增強增韌阻燃環氧樹脂。

將製得的環氧樹脂樣條進行力學性能測試和垂直燃燒測試。拉伸樣條的外形為啞鈴型，總長為75mm，窄平行部分長度為30mm、寬度為5mm，端部寬度為10mm，厚度為2mm；彎曲和衝擊樣條的尺寸為80mm×10mm×4mm；垂直燃燒樣條尺寸為130mm×13mm×3.2mm。測試結果如表1所示。

實施例9

將100g環氧樹脂和13.9gD-ABZ於120℃下通過機械攪拌混合均勻；然後加入25gDDM，並繼續攪拌混合均勻至獲得均一溶液；將所得溶液倒入已預熱好的特定模具中，在100℃固化2小時，150℃固化3小時。固化完成後，緩慢降至室溫，脫模，製得增強增韌阻燃環氧樹脂。

將製得的環氧樹脂樣條進行力學性能測試和垂直燃燒測試。拉伸樣條的外形為啞鈴型，總長為75mm，窄平行部分長度為30mm、寬度為5mm，端部寬度為10mm，厚度為2mm；彎曲和衝擊樣條的尺寸為80mm×10mm×4mm；垂直燃燒樣條尺寸為130mm×13mm×3.2mm。測試結果如表1所示。

實施例10

將100g環氧樹脂和15gD-ABZ於120℃下通過機械攪拌混合均勻；然後加入20gDDM，並繼續攪拌混合均勻至獲得均一溶液；將所得溶液倒入已預熱好的特定模具中，在120℃固化2小時，150℃固化3小時。固化完成後，緩慢降至室溫，脫模，製得增強增韌阻燃環氧樹脂。

將製得的環氧樹脂樣條進行力學性能測試和垂直燃燒測試。拉伸樣條的外形為啞鈴型，總長為75mm，窄平行部分長度為30mm、寬度為5mm，端部寬度為10mm，厚度為2mm；彎曲和衝擊樣條的尺寸為80mm×10mm×4mm；垂直燃燒樣條尺寸為130mm×13mm×3.2mm。測試結果如表1所示。

對比例1

將100g環氧樹脂和25g DDM於90℃下通過機械攪拌混合均勻。將所得溶液倒入已預熱好的特定模具中，在100℃固化2小時，150℃固化3小時。固化完成後，緩慢降至室溫，脫模，製得參比環氧樹脂。

將製得的環氧樹脂樣條進行力學性能測試和垂直燃燒測試。拉伸樣條的外形為啞鈴型，總長為75mm，窄平行部分長度為30mm、寬度為5mm，端部寬度為10mm，厚度為2mm；彎曲和衝擊樣條的尺寸為80mm×10mm×4mm；垂直燃燒樣條尺寸為130mm×13mm×3.2mm。測試結果如表1所示。

表1增強增韌阻燃環氧樹脂配方及其力學性能和阻燃性能