一種與液氧相容的環氧樹脂材料及其製備方法

2023-10-18 03:39:09

一種與液氧相容的環氧樹脂材料及其製備方法
【專利摘要】本發明涉及一種與液氧相容的環氧樹脂材料及其製備方法，屬於樹脂材料改性【技術領域】，所述與液氧相容的環氧樹脂材料按重量份由下述組分組成：環氧樹脂85～95、阻燃劑5～15、固化劑8～12；所述阻燃劑選自八溴醚、三氯氧磷、磷醯三氯、三氯化磷、三聚氰胺、甲基膦酸二甲酯、氫氧化鋁、氫氧化鎂中的至少一種，本發明有益效果為根據ASTM?D2512（2008）標準檢測本發明所述的與液氧相容的環氧樹脂材料，結果為與液氧不發生爆炸、燃燒、閃光等明顯反應，與液氧相容。
【專利說明】一種與液氧相容的環氧樹脂材料及其製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種與液氧相容的環氧樹脂材料及其製備方法，屬於樹脂材料改性【技術領域】。
【背景技術】 [0002]隨著航天事業的進一步發展，新一代航天飛行器對材料輕質和低成本提出了更高要求，飛行器的主要結構部件不得不依賴各種質輕性優的複合材料。目前，航天飛行器動力推進系統大部分採用液氧作為氧化劑，傳統的液氧貯箱均由金屬材料製備而成，如果採用環氧樹脂基複合材料，液氧貯箱的重量將明顯降低。碳纖維增強環氧樹脂基複合材料具有高比強度和高比模量、較好的耐熱性能、良好的抗疲勞性能以及良好的破壞安全性等優點，已經廣泛應用到航空航天、造船、汽車等領域。研究表明:與目前採用的鋰-鋁合金材料相t匕，用碳纖維增強環氧樹脂基複合材料可以使液氧貯箱減重27%，同時可以使熱防護材料減重12%。然而，環氧樹脂基複合材料與液氧接觸時，在受到衝擊、碰撞、摩擦、靜電等外界能量作用下可能發生爆炸、燃燒等劇烈化學反應，即液氧不相容。所以，改善環氧樹脂基複合材料的液氧相容性，對於航空航天事業的發展具有非常重要的意義。實際上環氧樹脂基複合材料的液氧相容性完全取決於環氧樹脂的液氧相容性，而與碳纖維無關，因為碳纖維與液氧是相容的，即碳纖維與液氧不發生化學反應。
[0003]環氧樹脂與液氧不相容的根本原因在於環氧樹脂與液氧接觸即發生緩慢的化學反應，並且隨著反應的進行，反應速度逐漸加快，進而導致可能發生的劇烈氧化反應，例如閃光、發煙或者是爆炸。環氧樹脂與液氧之間劇烈反應的本質與環氧樹脂在氧氣中燃燒的本質是一致的。所以，改善環氧樹脂材料的液氧相容性，就是改善環氧樹脂的阻燃性能。基於上述分析，在環氧樹脂中添加阻燃材料，提高環氧樹脂的抗氧化和抗燃燒性能，即提高環氧樹脂的液氧相容性。

【發明內容】

[0004]本發明通過優選阻燃劑，不僅保證了添加後的環氧樹脂與液氧相容，也避免了對樹脂綜合性能的影響。
[0005]本發明提供了一種與液氧相容的環氧樹脂材料，所述與液氧相容的環氧樹脂材料按重量份由下述組分組成:
[0006]環氧樹脂 85~95
[0007]阻燃劑5~15
[0008]固化劑 8~12 ;
[0009]所述阻燃劑選自八溴醚、三氯氧磷、磷醯三氯、三氯化磷、三聚氰胺、甲基膦酸二甲酯、氫氧化鋁、氫氧化鎂中的至少一種。
[0010]本發明所述阻燃劑不僅改善了環氧樹脂的液氧相容性，而且不影響環氧樹脂的其他性能,符合工業化需求。[0011 ] 本發明所述環氧樹脂優選為雙酚A型環氧樹脂、雙酚F型環氧樹脂中的至少一種。
[0012]本發明所述固化劑優選為T-31固化劑、593固化劑中的至少一種。
[0013]本發明另一目的提供了一種與液氧相容的環氧樹脂材料的製備方法，所述製備方法包括如下步驟:
[0014]①將阻燃劑機械研磨1~3h,轉速為30~50轉/秒；
[0015]②將環氧樹脂和固化劑與研磨後的阻燃劑混合2~3h，轉速為2~10轉/秒；
[0016]③混合後升溫至30~40°C,固化15~24h。
[0017]本發明延長研磨時間、延長混合時間、提高轉速有利於提高液氧相容性。
[0018]本發明有益效果為:
[0019]①根據ASTM D2512 (2008)標準檢測本發明所述的與液氧相容的環氧樹脂材料，結果為與液氧不發生爆炸、燃燒、閃光等明顯反應，與液氧相容；
[0020]②本發明製備的環氧樹脂氧指數為24.1~48.9，現有技術的環氧樹脂氧指數為19.5，本發明環氧樹脂氧指數與現有技術比提高了 1.24~2.51倍；
[0021]③原料價格低廉，可獲取方便；
[0022]④製備方法簡單，適合大規模工業化生產。
【具體實施方式】
[0023]下述非限制性實施例可以使本領域的普通技術人員更全面地理解本發明，但不以任何方式限制本發明。
[0024]下述雙酚A型環氧樹脂和雙酚F型環氧樹脂購於深圳市吉田化工有限公司；T-31固化劑和593固化劑購於天津市寧平化學製品有限公司。
[0025]將本發明製得的環氧樹脂材料進行液氧相容性測試，具體測試方法如下:
[0026]將本發明製得的環氧樹脂材料製成20個直徑為20mm、厚度為2mm的圓柱形切片試樣，在ABMA型衝擊試驗機上測試液氧相容性，若20個試樣均與液氧不發生爆炸、燃燒、閃光等明顯反應現象，證明本發明製得的材料與液氧相容；若有一個出現爆炸、燃燒、閃光等明顯反應現象，證明本發明製得的材料與液氧不相容。
[0027]此外，採用HC-2型氧指數測定儀測定極限氧指數，材料的氧指數越高與液氧相容性越好，經測定現有技術的環氧樹脂極限氧指數為19.5。
[0028]實施例1
[0029]一種與液氧相容的環氧樹脂材料的製備方法，所述製備方法包括如下步驟:
[0030]①將重量份為5的阻燃劑機械研磨lh，轉速為30轉/秒，所述阻燃劑為八溴醚、三氯氧磷、三氯化磷、三聚氰胺、甲基膦酸二甲酯按重量比為1:1:1:1:1;
[0031]②將重量份為95的雙酚A型環氧樹脂和重量份為8的T-31固化劑與研磨後的阻燃劑混合2h，轉速為2轉/秒；
[0032]③混合後升溫至30°C，固化24h。
[0033]液氧相容性測試結果和極限氧指數見表1。
[0034]實施例2
[0035]一種與液氧相容的環氧樹脂材料的製備方法，所述製備方法包括如下步驟:
[0036]①將重量份為5的阻燃劑機械研磨3h，轉速為50轉/秒，所述阻燃劑為八溴醚、三氯氧磷、三氯化磷、三聚氰胺、甲基膦酸二甲酯按重量比為1:1:1:1:1;
[0037]②將重量份為95的雙酚A型環氧樹脂和重量份為8的T_31固化劑與研磨後的阻燃劑混合3h，轉速為10轉/秒；
[0038]③混合後升溫至30°C，固化24h。
[0039]液氧相容性測試結果和極限氧指數見表1。
[0040]實施例3
[0041]一種與液氧相容的環氧樹脂材料的製備方法，所述製備方法包括如下步驟:
[0042]①將重量份為10的阻燃劑機械研磨lh，轉速為30轉/秒，所述阻燃劑為八溴醚、三氯氧磷、三氯化磷、三聚氰胺、甲基膦酸二甲酯按重量比為1:1:1:1:1;
[0043]②將重量份為95的雙酹A型環氧樹脂和重量份為8的T_31固化劑與研磨後的阻燃劑混合2h，轉速為2轉/秒；
[0044]③混合後升溫至30°C,固化24h。
[0045]液氧相容性測試結果和極限氧指數見表1。
[0046]實施例4
[0047]一種與液氧相容的環氧樹脂材料的製備方法，所述製備方法包括如下步驟:
[0048]①將重量份為15的阻燃劑機械研磨lh，轉速為30轉/秒，所述阻燃劑為所述阻燃劑為八溴醚、三氯氧磷、三氯化磷、三聚氰胺、甲基膦酸二甲酯按重量比為1:1:1:1:1;
[0049]②將重量份為85的雙酹A型環氧樹脂和重量份為8的T_31固化劑與研磨後的阻燃劑混合2h，轉速為2轉/秒；
[0050]③混合後升溫至30°C，固化24h。
[0051]液氧相容性測試結果和極限氧指數見表1。
[0052]實施例5
[0053]一種與液氧相容的環氧樹脂材料的製備方法，所述製備方法包括如下步驟:
[0054]①將重量份為8的阻燃劑機械研磨2h，轉速為40轉/秒，所述阻燃劑為三氯氧磷、磷醯三氯、三聚氰胺、甲基膦酸二甲酯按重量比為1:1:1:1;
[0055]②將重量份為95的雙酚F型環氧樹脂和重量份為10的593固化劑與研磨後的阻燃劑混合2h，轉速為5轉/秒；
[0056]③混合後升溫至35 °C,固化20h。
[0057]液氧相容性測試結果和極限氧指數見表1。
[0058]實施例6
[0059]一種與液氧相容的環氧樹脂材料的製備方法，所述製備方法包括如下步驟:
[0060]①將重量份為15的阻燃劑機械研磨2h，轉速為40轉/秒，所述阻燃劑為三氯氧磷、磷醯三氯、三聚氰胺、甲基膦酸二甲酯按重量比為1:1:1:1;
[0061]②將重量份為85的雙酹F型環氧樹脂和重量份為10的593固化劑與研磨後的阻燃劑混合2h，轉速為5轉/秒；
[0062]③混合後升溫至35 °C,固化20h。
[0063]液氧相容性測試結果和極限氧指數見表1。
[0064]實施例7
[0065]一種與液氧相容的環氧樹脂材料的製備方法，所述製備方法包括如下步驟:[0066]①將重量份為10的阻燃劑機械研磨lh，轉速為30轉/秒，所述阻燃劑為三氯氧磷、氫氧化鋁、氫氧化鎂、甲基膦酸二甲酯按重量比為1:1:1:1;
[0067]②將重量份為95的雙酚A型環氧樹脂和重量份為12的593固化劑與研磨後的阻燃劑混合2h，轉速為2轉/秒；
[0068]③混合後升溫至35 °C,固化20h。
[0069]液氧相容性測試結果和極限氧指數見表1。
[0070]實施例8
[0071]一種與液氧相容的環氧樹脂材料的製備方法，所述製備方法包括如下步驟:
[0072]①將重量份為15的阻燃劑機械研磨lh，轉速為30轉/秒，所述阻燃劑為三氯氧磷、氫氧化鋁、氫氧化鎂、甲基膦酸二甲酯按重量比為1:1:1:1 ;
[0073]②將重量份為85的雙酹A型環氧樹脂和重量份為12的593固化劑與研磨後的阻燃劑混合2h，轉速為2轉/秒；
[0074]③混合後升溫至35 °C，固化20h。
[0075]液氧相容性 測試結果和極限氧指數見表1。
[0076]實施例9
[0077]—種與液氧相容的環氧樹脂材料的製備方法，所述製備方法包括如下步驟:
[0078]①將重量份為5的阻燃劑機械研磨lh，轉速為30轉/秒，所述阻燃劑分別為氫氧
化鋁、氫氧化鎂、八溴醚、三氯氧磷、磷醯三氯、三氯化磷、三聚氰胺、甲基膦酸二甲酯中的一種；
[0079]②將重量份為95的雙酹F型環氧樹脂和重量份為8的T_31固化劑與研磨後的阻燃劑混合2h，轉速為2轉/秒；
[0080]③混合後升溫至40°C,固化15h。
[0081]液氧相容性測試結果和極限氧指數見表1。
[0082]實施例10
[0083]一種與液氧相容的環氧樹脂材料的製備方法，所述製備方法包括如下步驟:
[0084]①將重量份為15的阻燃劑機械研磨lh，轉速為30轉/秒，所述阻燃劑分別為氫氧
化鋁、氫氧化鎂、八溴醚、三氯氧磷、磷醯三氯、三氯化磷、三聚氰胺、甲基膦酸二甲酯中的一種；
[0085]②將重量份為85的雙酚F型環氧樹脂和重量份為8的T_31固化劑與研磨後的阻燃劑混合2h，轉速為2轉/秒；
[0086]③混合後升溫至40°C,固化15h。
[0087]液氧相容性測試結果和極限氧指數見表1。
[0088]實施例11
[0089]一種與液氧相容的環氧樹脂材料的製備方法，所述製備方法包括如下步驟:
[0090]①將重量份為5的阻燃劑機械研磨lh，轉速為30轉/秒，所述阻燃劑由氫氧化鋁、氫氧化鎂、八溴醚、三氯氧磷、磷醯三氯、三氯化磷、三聚氰胺、甲基膦酸二甲酯中的任意兩種按重量比為1:1組成；
[0091]②將重量份為95的環氧樹脂和重量份為8的固化劑與研磨後的阻燃劑混合2h，轉速為2轉/秒，所述環氧樹脂由雙酚A型環氧樹脂和雙酚F型環氧樹脂按質量比1:1組成，所述固化劑由T-31固化劑和593固化劑按質量比1:1組成；
[0092]③混合後升溫至40°C，固化15h。
[0093]液氧相容性測試結果和極限氧指數見表1。
[0094]實施例12
[0095]一種與液氧相容的環氧樹脂材料的製備方法，所述製備方法包括如下步驟:
[0096]①將重量份為15的阻燃劑機械研磨lh，轉速為30轉/秒，所述阻燃劑由氫氧化
鋁、氫氧化鎂、八溴醚、三氯氧磷、磷醯三氯、三氯化磷、三聚氰胺、甲基膦酸二甲酯中的任意兩種按重量比為1:1組成；
[0097]②將重量份為85的環氧樹脂和重量份為8的固化劑與研磨後的阻燃劑混合2h，轉速為2轉/秒，所述環氧樹脂由雙酚A型環氧樹脂和雙酚F型環氧樹脂按質量比1:1組成，所述固化劑由T-31固化劑和593固化劑按質量比1:1組成；
[0098]③混合後升溫至40°C,固化15h。
[0099]液氧相容性測試結果和極限氧指數見表1。
[0100]表1與液氧相容性測試結果和極限氧指數
【權利要求】
1.一種與液氧相容的環氧樹脂材料，所述與液氧相容的環氧樹脂材料按重量份由下述組分組成: 環氧樹脂 85~95 阻燃劑 5~15 固化劑 8~12 ; 所述阻燃劑選自八溴醚、三氯氧磷、磷醯三氯、三氯化磷、三聚氰胺、甲基膦酸二甲酯、氫氧化鋁、氫氧化鎂中的至少一種。
2.根據權利要求1所述的材料，其特徵在於:所述環氧樹脂為雙酚A型環氧樹脂、雙酚F型環氧樹脂中的至少一種。
3.根據權利要求1所述的材料，其特徵在於:所述固化劑為T-31固化劑、593固化劑中的至少一種。
4.一種與液氧相容的環氧樹脂材料的製備方法，其特徵在於:所述製備方法包括如下步驟: ①將阻燃劑機械研磨I~3h,轉速為30~50轉/秒； ②將環氧樹脂和固化劑與研磨後的阻燃劑混合2~3h，轉速為2~10轉/秒； ③混合後升溫至30~40°C, 固化15~24h。
【文檔編號】C08K3/22GK103467923SQ201310428273
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月18日 優先權日:2013年9月18日
【發明者】武湛君, 孫濤, 李家亮, 王智, 李世超 申請人:大連理工大學