CN109706728A

CN109706728A - 一种液体成型工艺用高效阻燃纤维织物及其制备方法

Info

Publication number: CN109706728A
Application number: CN201811546201.6A
Authority: CN
Inventors: 张连旺; 包建文; 钟翔屿; 张尧州; 李晔; 何先成
Original assignee: AVIC Composite Corp Ltd
Current assignee: AVIC Composite Corp Ltd
Priority date: 2018-12-17
Filing date: 2018-12-17
Publication date: 2019-05-03

Abstract

本发明属于阻燃复合材料制造技术领域，涉及一种适用于液体成型工艺的高效阻燃纤维织物及其制备方法。液态成型复合材料的阻燃性与力学性能往往存在着矛盾，阻燃剂添加量增加后，复合材料的内部质量变差，力学性能无法充分发挥出来。本发明提出了一种高效阻燃纤维织物，所采用的阻燃剂为微胶囊化红磷。实施过程为：将微胶囊化红磷与定型剂先进行混合，然后一同涂覆于增强织物的表面，通过加热加压使定型剂软化，并与红磷粉末一同附着于纤维织物表面，实现高效阻燃纤维织物的制备。该工艺解决了液态成型工艺复合材料阻燃性与力学性能无法兼顾的问题，复合材料中红磷添加量为1.5％时，复合材料氧指数可从22％提高到50％以上，大大提高原复合材料的阻燃性能，同时不影响原材料体系的力学性能。

Description

一种液体成型工艺用高效阻燃纤维织物及其制备方法

技术领域

本发明属于阻燃复合材料制造技术领域，涉及一种适用于液体成型工艺的高效阻燃纤维织物及其制备方法。

背景技术

复合材料具有轻质、高强、可设计性好、耐疲劳、耐腐蚀和易于整体成型复杂构件等优点，正在逐步取代传统金属结构，被广泛用于航空、航天、兵器、船舶、车辆、体育用品、建筑材料等领域。然而，树脂基复合材料的氧指数(LOI)普遍较低，属于易燃材料，这成为制约复合材料进一步拓展应用的重要因素。

目前，液体成型阻燃复合材料主要有两种制备方法，一是选择能够与树脂体系相熔的阻燃剂，阻燃剂与树脂体系达到分子级的融合，以满足液体成型工艺的要求。专利CN201310125726.3即是将有机膦系阻燃剂加入到环氧树脂中，然后采用液态工艺成型阻燃复合材料。对于这种方法，能够与树脂体系相熔的阻燃剂一般为有机化合物，其有效阻燃成分(磷、硅、氮等)含量较少，阻燃效率普遍较低，且阻燃剂与树脂体系相熔后会大大增加树脂体系黏度，影响树脂的注射工艺，由于阻燃剂添加含量有限，复合材料阻燃性能提高幅度不大。

二是阻燃剂无法熔入到树脂体系中时，可以将阻燃剂与增强材料相粘合制备成纤维预制体，该方法不影响原有注射工艺，同时实现阻燃的目的。这种方法由于不影响树脂工艺性能，可以提高阻燃剂含量，因而能够提高复合材料的阻燃性能。然而，该方法所使用的阻燃剂一般为无机物，与树脂相容性差，阻燃剂含量的增加会造成复合材料的内部质量欠佳，引入原始缺陷，这对复合材料力学性能的发挥是极为不利的。

因此，对于液体成型复合材料，寻找一种高效的阻燃剂，能够同时发挥复合材料的力学性能和阻燃性能显得十分重要。

发明内容

本发明的发明目的是提出了一种高效阻燃纤维织物，所采用的阻燃剂为微胶囊化红磷，通过定型剂将红磷粉末附着于织物表面。复合材料中红磷添加量为1.5％时，氧指数即可达到50％以上，大大提高了原有复合材料的阻燃性能。由于阻燃剂添加量低，复合材料内部质量良好，不影响原材料体系的力学性能。

本发明技术方案如下：将高效阻燃剂和定型剂先进行混合，然后在加热加压条件下使之附着在纤维织物表面，制备成高效阻燃纤维织物，该织物可采用液体成型工艺进行复合材料的制造。高效阻燃纤维织物制备方法包括如下步骤：

1)将定型剂粉碎至50目-200目。其中定型剂为环氧树脂、双马来酰亚胺树脂、苯并噁嗪树脂、热塑性树脂或上述材料的混合物，定型剂软化点为50～100℃；

2)将定型剂与高效阻燃剂相混合。其中，所述的高效阻燃剂为微胶囊化红磷粉末，粉末粒度为500目～1500目；高效阻燃剂和定型剂的重量比为1:9至6:4，定型剂和高效阻燃剂合计占纤维织物重量的3％～15％；

3)将混合粉末涂覆于纤维织物表面，通过加热加压使定型剂软化，与高效阻燃剂一同附着于纤维织物表面。

所述的纤维织物为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维等一种或上述几种纤维的混编体，织物形式为帘子布、平纹布、斜纹布、缎纹布或多向经编织物，纤维织物的面密度一般为100～500g/m²。

所述的定型剂粉碎方法为气流粉碎或机械粉碎。

所述的定型剂与高效阻燃剂混合方法为球磨法或机械搅拌法。

所述的加热加压工艺，加热温度为70℃～140℃，加压工艺为压辊与织物间的接触压。

本发明的优点在于提出了一种将微胶囊化红磷附着于纤维织物表面的高效阻燃纤维织物及其制备方法，适用于液体成型复合材料。该方法不影响树脂体系原有注射工艺及复合材料力学性能，同时显著提高了复合材料的阻燃性能，复合材料氧指数从20％提高到50％以上。

附图说明

图1为高效阻燃纤维织物制备方法示意图

具体实施方式

下面通过实施例对本发明做进一步详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下所做出的若干变形和改进，都属于本发明的保护范围。

1.实施例1

本实施例为高效阻燃玻璃纤维织物及其复合材料层压板的制造，步骤如下：

1)将环氧树脂定型剂ET3228(中航复合材料有限责任公司的产品)机械粉碎至100目，然后与粒径为1000目左右的微胶囊化红磷粉末AT-700(苏州市安特菲尔新材料有限公司的产品)一同加入球磨罐内，阻燃剂与定型剂的重量比为4:6，然后在球磨机上充分混合约30min；

2)纤维织物选择BX450双向经编玻璃纤维织物(欧文斯科宁复合材料(常州)有限公司的产品)，纤维面密度为450g/m²。将纤维织物安装到图1所示的撒粉设备上，通过加热加压的方式将步骤1)中的混合粉末附着于BX450玻璃纤维织物表面，其中混合粉末与纤维织物的重量比为6％，加热温度为100℃，加压为压辊与织物间的接触压，制备速率为2m/min，定型剂软化后与微胶囊化红磷粉末一同附着于纤维织物表面，从而得到高效阻燃玻璃纤维织物。

3)将步骤2)中制备的阻燃纤维织物采用真空灌注工艺(VARI)进行复合材料成型，所用树脂为3228环氧树脂(中航复合材料有限责任公司产品)，注射温度为50℃，固化工艺为100℃/1h+140℃/2h。经检测，阻燃处理前后两种复合材料的纤维体积分数相近，均为51％左右。复合材料性能如下：

测试项目	测试方法	未处理	阻燃处理
				弯曲强度/MPa	ASTM D790	716	743
弯曲模量/GPa	ASTM D790	26.4	26.5
				层间剪切强度/MPa	ASTM D2344	62.2	62.8
氧指数/％	GB/T 8924	22.4	51.8

2.实施例2

1)将环氧树脂定型剂ET5284(中航复合材料有限责任公司产品)机械粉碎至100目，然后与粒径为1000目左右的微胶囊化红磷粉末AT-700一同加入球磨罐内，阻燃剂与定型剂的重量比为4:6，然后在球磨机上充分混合约30min；

2)纤维织物选择SW280玻璃纤维缎纹织物(中材科技股份有限公司产品)，纤维面密度为280g/m²。将纤维织物安装到图1所示的撒粉设备上，通过加热加压的方式将步骤1)中的混合粉末附着于SW280玻璃纤维织物表面，其中混合粉末与纤维织物的重量比为6％，加热温度为110℃，加压为压辊与织物间的接触压，制备速率为2m/min，定型剂软化后与微胶囊化红磷粉末一同附着于纤维织物表面，从而得到高效阻燃玻璃纤维织物。

3)将步骤2)中制备的阻燃纤维织物采用树脂传递模塑工艺(RTM)进行复合材料成型，所用树脂为5284RTM环氧树脂(中航复合材料有限责任公司产品)，注射温度为80℃，固化工艺为180℃/2h。经检测，阻燃处理前后两种复合材料的纤维体积分数相近，为45％左右。复合材料性能如下：

测试项目	测试方法	未处理	阻燃处理
				弯曲强度/MPa	ASTM D790	746	769
弯曲模量/GPa	ASTM D790	22.1	21.6
				层间剪切强度/MPa	ASTM D2344	58.3	59.2
氧指数/％	GB/T 8924	23.1	50.5

3.实施例3

本实施例为高效阻燃碳纤维织物及其复合材料层压板的制造，步骤如下：

1)将环氧树脂定型剂ET5284机械粉碎至100目，然后与粒径为1000目左右的微胶囊化红磷粉末HP1250(上海洽普化工有限公司产品)一同加入球磨罐内，阻燃剂与定型剂的重量比为3:7，然后在球磨机上充分混合约40min；

2)纤维织物选择U-3160碳纤维纤维织物(威海拓展纤维有限公司产品)，纤维面密度为160g/m²。将纤维织物安装到图1所示的撒粉设备上，通过加热加压的方式将步骤1)中的混合粉末附着于碳纤维织物表面，其中混合粉末与纤维织物的重量比为8％，加热温度为110℃，加压为压辊与织物间的接触压，制备速率为1.5m/min，定型剂软化后与微胶囊化红磷粉末一同附着于纤维织物表面，从而得到高效阻燃碳纤维织物。

3)将步骤2)中制备的阻燃纤维织物采用真空灌注工艺(VARI)进行复合材料成型，所用树脂为5284VARI环氧树脂(中航复合材料有限责任公司产品)，注射温度为80℃，固化工艺为180℃/2h。经检测，阻燃处理前后两种复合材料的纤维体积分数相近，均为59％左右。复合材料性能如下：

测试项目	测试方法	未处理	阻燃处理
				弯曲强度/MPa	ASTM D790	1491	1524
弯曲模量/GPa	ASTM D790	99.2	101
				层间剪切强度/MPa	ASTM D2344	94.1	93.8
氧指数/％	GB/T 8924	24.5	54.1

Claims

1.一种液体成型工艺用高效阻燃纤维织物，其特征在于，在所述的高效阻燃纤维织物的表面附着有高效阻燃剂和定型剂；高效阻燃剂和定型剂的重量比为1:9至6:4；定型剂和高效阻燃剂合计占纤维织物重量的3％～15％。

2.根据权利要求1所述的.液体成型工艺用高效阻燃纤维织物，其特征在于：所述的高效阻燃剂为微胶囊化红磷粉末，粉末粒度为500目～1500目。

3.根据权利要求1所述的液体成型工艺用高效阻燃纤维织物，其特征在于：所述的定型剂为环氧树脂、双马来酰亚胺树脂、苯并噁嗪树脂、热塑性树脂或上述材料的混合物，定型剂软化点为50～100℃。

4.根据权利要求1所述的液体成型工艺用高效阻燃纤维织物，其特征在于：所述的纤维织物为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维之中一种或几种纤维的混编体，织物形式为帘子布、平纹布、斜纹布、缎纹布或多向经编织物。

5.根据权利要求1所述的液体成型工艺用高效阻燃纤维织物，其特征在于：所述液体成型工艺采用了树脂注射的方式将树脂体系与增强材料进行混合并固化的成型方法，包括树脂传递模塑工艺和真空灌注工艺。

6.根据权利要求1所述的液体成型工艺用高效阻燃纤维织物，其特征在于：纤维织物的面密度为100～500g/m2。

7.如权利要求1所述液体成型工艺用高效阻燃纤维织物的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)将定型剂粉碎至50目-200目；

2)将步骤1)中的定型剂与高效阻燃剂相混合；

3)将步骤2)中的混合粉末涂覆于纤维织物表面，通过加热加压使定型剂软化，与高效阻燃剂一同附着于纤维织物表面。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于步骤1)中所述的定型剂粉碎方法为气流粉碎或机械粉碎。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：步骤2)中所述的定型剂与高效阻燃剂混合方法为球磨法或机械搅拌法。

10.根据权利要求7所述的高效阻燃纤维织物制备方法，其特征在于：步骤3)中所述的加热工艺温度为70℃～140℃，加压工艺为压辊与织物间的接触压。