CN110804335B

CN110804335B - 一种阻燃环氧腻子及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN110804335B
Application number: CN201911264623.9A
Authority: CN
Inventors: 裴海帆; 贾金荣; 刘含茂; 李赛; 吕保杰; 吴东森
Original assignee: Zhuzhou Times New Material Technology Co Ltd
Current assignee: Zhuzhou Times New Material Technology Co Ltd
Priority date: 2019-12-11
Filing date: 2019-12-11
Publication date: 2021-11-16
Anticipated expiration: 2039-12-11
Also published as: CN110804335A

Abstract

本发明公开了一种阻燃环氧腻子及其制备方法和应用，该阻燃环氧腻子由按重量百分比计的下述原料制备而成：环氧树脂20～60％；改性芳纶短切纤维1～10％；环氧固化剂5～30％；阻燃剂1～20％；活性稀释剂5～20％；填料3～40％；助剂0.5～5％；颜料0～3％；所述改性芳纶短切纤维由芳纶短切纤维用甲苯二异氰酸酯改性得到。本发明的环氧腻子力学性能、耐热性能、阻燃性能、耐盐雾性能优异，可提高填充后板材的综合性能，其使用范围广，可用于蜂窝夹芯板的拼接、嵌件、边缘及需加工部位的填充。

Description

一种阻燃环氧腻子及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于环氧腻子领域，尤其涉及一种拼接、嵌件、边缘及需加工部位的填充用阻燃环氧腻子及其制备方法和应用。

背景技术

鉴于轨道交通列车对车辆轻量化的需求，各种轻质复合材料被不断推出，其中轻质、环保、阻燃性高、强度好的蜂窝夹芯板在航空及轨道交通轻量化中应用广泛。蜂窝夹芯板属于“三明治”结构，芯材和蒙皮通过热压或真空工艺复合而成。其将纤维复合材料面板的高强度和高模量与夹芯的低密度和高强度有机的结合起来，在轨道交通轻量化领域有着重要的应用价值。另外，随着蜂窝夹芯板性能和制造工艺的提升，其应用范围不断扩大，一些结构强度高、型面复杂的内饰件也开始探索采用蜂窝夹芯结构。型材在蜂窝成型过程中需要拼接、预埋嵌件及封边的时通常会用到环氧腻子，但现有的环氧腻子的力学性能、耐热性能、阻燃等性能有待提高。

中国专利CN103590532A公布了一种蜂窝夹芯方舱壁板封边结构及封边方法，该专利是用腻子刮刀将低密度环氧腻子刮涂于蜂窝夹芯板外露蜂格处，刮涂整齐。该发明的优点是在方舱壁板任意位置、任意形状随机开孔后快速封边，但是该专利采用的是中空玻璃微球做填料，封边后强度不够，会出现崩边的问题。

中国专利CN203994953U公布了一种航空用封边芳纶蜂窝夹层板，该夹层板上下防水盖板与夹层板的上下蒙皮相连，蜂窝板的边缘处设有环氧树脂层，该环氧树脂层内嵌硅粉颗粒，表面设有防水石蜡层。该发明提供的芳纶蜂窝夹层板防水密封性较好，但是边缘处的环氧树脂层仅仅是硅粉增强，无法保证夹层板边缘部位的强度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种力学性能、耐热性能、阻燃等综合性能更好的环氧腻子及其制备方法和应用。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种阻燃环氧腻子，由按重量百分比计的下述原料制备而成：

环氧树脂20～60％；

改性芳纶短切纤维1～10％；

环氧固化剂5～30％；

阻燃剂1～20％；

活性稀释剂5～20％；

填料3～40％；

助剂0.5～5％；

颜料0～3％；

所述改性芳纶短切纤维由芳纶短切纤维用甲苯二异氰酸酯改性得到。

进一步的，所述的环氧树脂包括酚醛型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、脂环族环氧树脂、5，5-二甲基-1，3-二(环氧乙烷基甲基)咪唑烷-2，4-二酮或双酚A型环氧树脂中的一种或者多种。

进一步的，所述改性芳纶短切纤维是将芳纶短切纤维在0.5wt％～3wt％的甲苯二异氰酸酯水溶液中浸泡20～30h得到。

进一步的，所述的环氧固化剂包括1-氰乙基-2-乙基-4-4甲基咪唑、2-乙基咪唑、二氰二胺、对苯二甲酸二酰肼、二苯基甲烷二乙氰酸酯或异佛尔酮二胺固化剂中的一种或者多种。

进一步的，所述的阻燃剂包括磷酸三苯酯、磷酸三丙酯或磷酸三乙酯、氢氧化铝、氢氧化镁中的一种或者多种。

进一步的，所述活性稀释剂包括二乙二醇二缩水甘油醚、三乙二醇二缩水甘油醚、新戊二醇二缩水甘油醚、二聚酸缩水甘油酯，双环戊二烯二甲酸二缩水甘油酯，或者乙氧基化或丙氧基化的甘油三缩水甘油醚中的一种或者多种。

进一步的，所述填料包括气相二氧化硅和/或球型氧化铝。

进一步的，所述助剂包含润湿分散剂、消泡剂和偶联剂。

本发明提供的一种所述阻燃环氧腻子的制备方法，包括下述的步骤：

(1)将环氧树脂预热至60～80℃，加入改性芳纶短切纤维、湿润分散剂、消泡剂和偶联剂均匀分散在环氧树脂中，得到芳纶纤维环氧浆料A；

(2)将环氧固化剂、阻燃剂和消泡剂均匀分散至活性稀释剂中，得到液体组分B；

(3)将制备的芳纶纤维环氧浆料A和液体组分B混合，并加入填料、颜料、湿润分散剂和消泡剂，分散均匀得到阻燃环氧腻子。

本发明提供的一种所述阻燃环氧腻子的应用，将阻燃环氧腻子填充于蜂窝夹芯板的蜂窝孔内，然后与蜂窝夹芯板一起成型固化。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1)本发明的阻燃环氧腻子中芳纶纤维表面被甲苯二异氰酸酯接枝改性后出现了-NH₂，该氨基固化过程中可参与到环氧树脂、活性稀释剂与固化剂中的反应(见如下的反应机理)，固化产物的交联密度大大提升，力学性能较高。

2)由于固化产物的交联密度增大，Tg升高，耐热性能提升，而且可大大减缓盐雾的透过速率，减少盐雾腐蚀。由于添加了磷酸酯类阻燃剂，阻燃性能大大提升。因此，本发明的环氧腻子耐热性能、阻燃性能、耐盐雾性能优异，可提高填充后板材的综合性能。

3)本发明的阻燃环氧腻子使用范围广，可用于蜂窝夹芯板的拼接、嵌件、边缘及需加工部位的填充。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

本发明一个具体实施方式的阻燃环氧腻子，按原料重量百分比计，包括环氧树脂20～60％；改性芳纶短切纤维1～10％；环氧固化剂5～30％；阻燃剂1～20％；活性稀释剂5～20％；填料3～40％；助剂0.5～5％；颜料0～3％。

优选的，所述的环氧树脂为酚醛型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、脂环族环氧树脂、双酚A型环氧树脂中的一种或者多种。

所述改性芳纶短切纤维是将芳纶短切纤维用甲苯二异氰酸酯改性得到。在一个优选的实施例中，先配制0.5wt％～3wt％的甲苯二异氰酸酯水溶液，将芳纶短切纤维放入水溶液浸泡20～30h，然后反复用蒸馏水洗净后，烘干备用。优选的，所述的芳纶短切纤维为聚间苯二甲酰间苯二胺短切纤维、聚对苯二甲酰对苯二胺短切纤维的一种或者多种。

优选的，所述的环氧固化剂为1-氰乙基-2-乙基-4-4甲基咪唑、2-乙基咪唑、二氰二胺、对苯二甲酸二酰肼、二苯基甲烷二乙氰酸酯、异佛尔酮二胺固化剂中的一种或者多种。

优选的，所述的阻燃剂为磷酸三苯酯、磷酸三丙酯、磷酸三乙酯、氢氧化铝、氢氧化镁中的一种或多种。由于添加了磷酸酯类阻燃剂，阻燃性能大大提升。

优选的，所述的活性稀释剂为二乙二醇二缩水甘油醚、三乙二醇二缩水甘油醚、新戊二醇二缩水甘油醚、二聚酸缩水甘油酯，双环戊二烯二甲酸二缩水甘油酯、乙氧基化和丙氧基化的甘油三缩水甘油醚中的一种或者多种。活性稀释剂含环氧基团，可与固化剂反应。

优选的，所述的填料为气相二氧化硅(粒径为5～400nm)，球型氧化铝(粒径100～500nm)中的一种或者多种。

优选的，所述的助剂中包含润湿分散剂、消泡剂、偶联剂。进一步优选的，湿润分散剂为BYK 2070、BYK909、BYK346中的一种或者多种，消泡剂为BYK023、BYK052中的一种或者多种，偶联剂为KH792、KH540中的一种或者多种。

优选的，所述的颜料为炭黑、氧化铁红、酞青蓝、钛白粉中的一种或者多种。

在一个优选的实施例中，阻燃环氧腻子的制备方法包括以下步骤：

(1)将环氧树脂预热至60～80℃，加入改性芳纶短切纤维和湿润分散剂、消泡剂、偶联剂均匀的分散在环氧树脂中，降温至15～30℃得到芳纶纤维环氧浆料A；

偶联剂上的-NH₂会与芳纶纤维表面接枝出现的-NCO基团反应，进一步增强纤维表面的相容性，使其他组分的分散性提高。

(2)将环氧固化剂、阻燃剂、消泡剂均匀分散至活性稀释剂中，得到均一液体组分B；

(3)将步骤(1)和步骤(2)制备的两种组分混合，并加入填料、颜料、湿润分散剂，消泡剂，分散均匀得到阻燃环氧腻子。

实施例1：

(1)配制0.5％的甲苯二异氰酸酯水溶液，将芳纶短切纤维1313放入水溶液浸泡24h，然后反复用蒸馏水洗净后，烘干备用，得到改性芳纶短切纤维1313；

(2)取300g DEN438环氧树脂，300g MHR070环氧树脂，混合预热至65℃，使用疏解机将50g改性芳纶短切纤维1313分散至环氧树脂溶液中，依次加入5g湿润分散剂2070、3g消泡剂BYK023、3g偶联剂KH792，分散完毕后，降温至20℃得到芳纶纤维环氧浆料A；

(3)取50g对苯基叔丁基缩水甘油醚，10g将1-氰乙基-2-乙基-4-4甲基咪唑，55g双氰胺、60g磷酸三乙酯、5gKH792均匀分散至活性稀释剂中，得到组分B；

(4)将步骤(2)和步骤(3)制备的两种组分混合，并加入气相二氧化硅220g，氢氧化铝30g、3g湿润分散剂BYK909、2g偶联剂KH540，分散均匀得到填充树脂。

填充树脂建议低温保存，使用时按照要求和定位填充于蜂窝夹芯板的蜂窝孔内，随制品高温成型固化。

实施例2：

(1)配制3％的甲苯二异氰酸酯水溶液，将芳纶短切纤维1313放入水溶液浸泡24h，然后反复用蒸馏水洗净后，烘干备用，得到改性芳纶短切纤维1313；

(2)取400g MHR070环氧树脂，150g ERL4221D环氧树脂，混合预热至65℃，使用疏解机将80g改性芳纶短切纤维1313分散至环氧树脂溶液中，依次加入6g湿润分散剂2070、2.5g消泡剂BYK052、2.5g偶联剂KH792，分散完毕后，降温至20℃得到芳纶纤维环氧浆料A；

(3)取40g乙氧基化和丙氧基化的甘油三缩水甘油醚、40g双环戊二烯二甲酸二缩水甘油酯，将80g异佛尔酮二胺固化剂、30g对苯二甲酸二酰肼，60g磷酸三乙酯、5gKH792均匀分散至活性稀释剂中，得到组分B；

(4)将步骤(2)和步骤(3)制备的两种组分混合，并加入气相二氧化硅260g，氢氧化铝20g、3g湿润分散剂BYK909、2g偶联剂KH540。分散均匀得到填充树脂。

填充树脂建议低温保存，使用时按照要求和定位填充于蜂窝夹芯板蜂窝孔内，随制品高温成型固化。

对比例：

(1)取400g MHR070环氧树脂，150g ERL4221D环氧树脂，混合预热至65℃，使用疏解机将80g未改性芳纶短切纤维1313分散至环氧树脂溶液中，依次加入6g湿润分散剂2070、2.5g消泡剂BYK052、2.5g偶联剂KH792，分散完毕后，降温至20℃得到芳纶纤维环氧浆料A；

(2)取40g乙氧基化和丙氧基化的甘油三缩水甘油醚、40g双环戊二烯二甲酸二缩水甘油酯，将80g异佛尔酮二胺固化剂、30g对苯二甲酸二酰肼，60g磷酸三乙酯、5gKH792均匀分散至活性稀释剂中，得到组分B；

(3)将步骤(1)和步骤(2)制备的两种组分混合，并加入气相二氧化硅260g，氢氧化铝20g、3g湿润分散剂BYK909、2g偶联剂KH540。分散均匀得到填充树脂。

参照有关国家或行业标准，将以上具体实施例得到的填充树脂，在130℃固化4h，测试固化产物(胶块)的性能，邵氏硬度按GB2411-2008，压缩强度按GB1448-2005，耐热性能按GB11026-2016，氧指数按GB2406.2-2009，耐盐雾腐蚀按GB10125-2012，结果如下表：

序号	项目	单位	实施例1	实施例2	对比例
						1	胶块邵氏硬度	D	90	87	83
2	胶块压缩强度	MPa	67	63	58
						3	耐热性能	℃	≥155	≥155	≥155
4	氧指数	％	29	30.2	27
						5	耐盐雾腐蚀	h	1200	1300	1000

由上表的实验数据可知，本发明的填充树脂具有良好的机械性能、耐热性能好，氧指数可达到28％以上，耐盐雾腐蚀1000h以上。

上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims

1.一种阻燃环氧腻子，其特征在于，由按重量百分比计的下述原料制备而成：

环氧树脂20~60%；

改性芳纶短切纤维1~10%；

环氧固化剂5~30%；

阻燃剂1~20%；

活性稀释剂5~20%；

填料3~40%；

助剂0.5~5%；

颜料0~3%；

所述改性芳纶短切纤维由芳纶短切纤维用甲苯二异氰酸酯的水溶液浸泡改性得到，所述活性稀释剂含环氧基团。

2.根据权利要求1所述的阻燃环氧腻子，其特征在于，所述的环氧树脂包括酚醛型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、脂环族环氧树脂、5，5-二甲基-1，3-二（环氧乙烷基甲基）咪唑烷-2，4-二酮或双酚A型环氧树脂中的一种或者多种。

3.根据权利要求1~2任一项所述的阻燃环氧腻子，其特征在于，所述的环氧固化剂包括1-氰乙基-2-乙基-4-甲基咪唑、2-乙基咪唑、二氰二胺、对苯二甲酸二酰肼、二苯基甲烷二乙氰酸酯或异佛尔酮二胺固化剂中的一种或者多种。

4.根据权利要求1~2任一项所述的阻燃环氧腻子，其特征在于，所述的阻燃剂包括磷酸三苯酯、磷酸三丙酯或磷酸三乙酯、氢氧化铝、氢氧化镁中的一种或者多种。

5.根据权利要求1~2任一项所述的阻燃环氧腻子，其特征在于，所述活性稀释剂包括二乙二醇二缩水甘油醚、三乙二醇二缩水甘油醚、新戊二醇二缩水甘油醚、二聚酸缩水甘油酯，双环戊二烯二甲酸二缩水甘油酯，乙氧基化或丙氧基化的甘油三缩水甘油醚中的一种或者多种。

6.根据权利要求1~2任一项所述的阻燃环氧腻子，其特征在于，所述填料包括气相二氧化硅和/或球型氧化铝。

7.根据权利要求1~2任一项所述的阻燃环氧腻子，其特征在于，所述助剂包含润湿分散剂、消泡剂和偶联剂。

8.一种权利要求7所述阻燃环氧腻子的制备方法，其特征在于，包括下述的步骤：

（1）将环氧树脂预热至60~80℃，加入改性芳纶短切纤维、湿润分散剂、消泡剂和偶联剂均匀分散在环氧树脂中，得到芳纶纤维环氧浆料A；

（2）将环氧固化剂、阻燃剂和消泡剂均匀分散至活性稀释剂中，得到液体组分B；

（3）将制备的芳纶纤维环氧浆料A和液体组分B混合，并加入填料、颜料、湿润分散剂和消泡剂，分散均匀得到阻燃环氧腻子。

9.一种权利要求1～7任一项所述阻燃环氧腻子或采用权利要求8所述方法制备的阻燃环氧腻子的应用，其特征在于，将阻燃环氧腻子填充于蜂窝夹芯板的蜂窝孔内，然后与蜂窝夹芯板一起成型固化。