CN111500021A - 一种阻燃环氧树脂复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种阻燃环氧树脂复合材料的制备方法：将羟基碳纳米管与十二烷基苯磺酸钠加入到乙醇中，50‑60℃下搅拌30‑60min，再加入丙酮，室温下搅拌30‑60min，制得羟基碳纳米管溶液；用丙酮将环氧树脂溶解，加入羟基碳纳米管溶液中，室温下搅拌2‑3h后升温至70℃继续搅拌4‑5h，制得环氧树脂复合液；将甲基硫氢邻苯二甲酸酐溶于丙酮中，加入环氧树脂复合液中，搅拌均匀后加入促进剂，搅拌均匀后脱泡，灌装浇盘，从常温开始升温固化，最后冷却至20‑30℃脱模。本发明采用羟基碳纳米管与环氧树脂制备的复合材料与传统含卤素的阻燃材料相比具有明显的阻燃作用，且更加环保，羟基碳纳米管可增强复合材料力学性能，克服了聚合物和无机物的复合材料相容性差的问题。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料的制备，尤其涉及一种阻燃环氧树脂复合材料的制备方法。
背景技术
近年来，在各领域中，存在对于减少诸如以家用电器为代表的电气/电子设备、办公室自动化(OA)设备、和信息/通信设备等等中的壳体等的厚度和重量的需求。与这种需求相对应地，还存在对于提高构成这些设备的环氧树脂材料的机械强度的需求。
环氧树脂材料具有优异的机械性能和耐酸碱腐蚀等化学稳定性能，优异的电性能，因而被大量应用于复合材料当中，尤其是在电子封装材料方面具有良好的应用，但由于环氧树脂固化物的易燃性使其应用受到了限制。传统环氧树脂材料的阻燃方法是使用含卤阻燃剂进行阻燃，虽然含卤阻燃剂在环氧树脂材料阻燃上发挥了极好的阻燃作用，但存在燃烧时释放有毒和腐蚀性气体等问题。
发明内容
本发明针对上述问题，提供一种阻燃环氧树脂复合材料的制备方法，包括如下步骤：
1)羟基碳纳米管预处理
将羟基碳纳米管与十二烷基苯磺酸钠加入到乙醇中，50-60℃下搅拌30-60min，再加入丙酮，室温下搅拌30-60min，制得羟基碳纳米管溶液；
2)制备环氧树脂复合液
用丙酮将环氧树脂溶解，加入到步骤1)所得溶液中，室温下搅拌2-3h后升温至70℃继续搅拌4-5h，制得环氧树脂复合液；
3)固化成型
将甲基硫氢邻苯二甲酸酐溶于丙酮中，加入环氧树脂复合液中，搅拌均匀后加入促进剂，搅拌均匀后脱泡，灌装浇盘，从常温开始升温固化，最后冷却至20-30℃脱模，即得。
其中，步骤1)中，羟基碳纳米管与十二烷基苯磺酸钠的重量比为1:(0.06-0.1)；羟基碳纳米管溶液的浓度控制在0.2-0.3wt％；步骤2)中，环氧树脂类型为E-12、E-20、E-44或E-51中的一种，环氧树脂和羟基碳纳米管的重量比为1:(0.2-0.4)。步骤3)中，甲基硫氢邻苯二甲酸酐用量为环氧树脂重量的0.1-0.3％；促进剂为2-甲基咪唑、2-苯基咪唑、十一烷基咪唑或2-乙基-4-甲基咪唑中的一种或多种的组合，用量为环氧树脂重量的0.5-0.9％；升温固化频率为120℃/2h+160℃/3.5h+180℃/0.5h。
本发明的有益效果是：本发明采用羟基碳纳米管与环氧树脂制备的复合材料与传统含卤素的阻燃材料相比具有明显的阻燃作用，且更加环保，羟基碳纳米管可增强复合材料力学性能，克服了聚合物和无机物的复合材料普遍存在的相容性差的问题。
具体实施方式
以下结合实例对本发明进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
一种阻燃环氧树脂复合材料的制备方法，其步骤为：将1g羟基碳纳米管与0.1g十二烷基苯磺酸钠加入到200g乙醇中，50-60℃下搅拌30-60min，再加入300g丙酮，室温下搅拌30-60min，制得浓度为0.2wt％的羟基碳纳米管溶液；用丙酮将5gE-12环氧树脂溶解，加入到羟基碳纳米管溶液中，室温下搅拌2-3h后升温至70℃继续搅拌4-5h，制得环氧树脂复合液；将0.05g甲基硫氢邻苯二甲酸酐溶于丙酮中，加入环氧树脂复合液中，搅拌均匀后加入0.025g2-甲基咪唑，搅拌均匀后脱泡，灌装浇盘，从常温开始升温固化，升温频率为120℃/2h+160℃/3.5h+180℃/0.5h，最后冷却至20-30℃脱模，即得。
实施例2
一种阻燃环氧树脂复合材料的制备方法，其步骤为：将1g羟基碳纳米管与0.08g十二烷基苯磺酸钠加入到200g乙醇中，50-60℃下搅拌30-60min，再加入300g丙酮，室温下搅拌30-60min，制得浓度为0.25wt％的羟基碳纳米管溶液；用丙酮将5gE-20环氧树脂溶解，加入到羟基碳纳米管溶液中，室温下搅拌2-3h后升温至70℃继续搅拌4-5h，制得环氧树脂复合液；将0.05g甲基硫氢邻苯二甲酸酐溶于丙酮中，加入环氧树脂复合液中，搅拌均匀后加入0.025g2-苯基咪唑，搅拌均匀后脱泡，灌装浇盘，从常温开始升温固化，升温频率为120℃/2h+160℃/3.5h+180℃/0.5h，最后冷却至20-30℃脱模，即得。
实施例3
一种阻燃环氧树脂复合材料的制备方法，其步骤为：将1g羟基碳纳米管与0.06g十二烷基苯磺酸钠加入到200g乙醇中，50-60℃下搅拌30-60min，再加入300g丙酮，室温下搅拌30-60min，制得浓度为0.3wt％的羟基碳纳米管溶液；用丙酮将5gE-51环氧树脂溶解，加入到羟基碳纳米管溶液中，室温下搅拌2-3h后升温至70℃继续搅拌4-5h，制得环氧树脂复合液；将0.05g甲基硫氢邻苯二甲酸酐溶于丙酮中，加入环氧树脂复合液中，搅拌均匀后加入0.025g十一烷基咪唑，搅拌均匀后脱泡，灌装浇盘，从常温开始升温固化，升温频率为120℃/2h+160℃/3.5h+180℃/0.5h，最后冷却至20-30℃脱模，即得。
将实施例1-3所得复合材料与对比例E-12环氧树脂进行相关指标的检测，结果如表1所示。
表1.实施例1-3对比例指标对比
| 指标 | 单位 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例 |
| OI(氧指数) | ％ | 40.3 | 42.9 | 41.7 | 32.9 |
| THR(总释放热) | MJ/m<sup>2</sup> | 41.7 | 40.2 | 43.6 | 35.6 |
| RSR(烟释放速率) | m<sup>2</sup>/s | 2.9 | 3.4 | 3.3 | 4.5 |
| HRR(热释放速率) | kW/m<sup>2</sup> | 147.6 | 153.1 | 156.7 | 194.9 |
| FPI(火灾性能指数) | 1 | 1.12 | 1.17 | 1.15 | 0.82 |
| COY(CO生成速率) | kg/kg | 0.022 | 0.018 | 0.017 | 0.028 |
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种阻燃环氧树脂复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)羟基碳纳米管预处理
将羟基碳纳米管与十二烷基苯磺酸钠加入到乙醇中，50-60℃下搅拌30-60min，再加入丙酮，室温下搅拌30-60min，制得羟基碳纳米管溶液；
2)制备环氧树脂复合液
用丙酮将环氧树脂溶解，加入到步骤1)所得溶液中，室温下搅拌2-3h后升温至70℃继续搅拌4-5h，制得环氧树脂复合液；
3)固化成型
将甲基硫氢邻苯二甲酸酐溶于丙酮中，加入环氧树脂复合液中，搅拌均匀后加入促进剂，搅拌均匀后脱泡，灌装浇盘，从常温开始升温固化，最后冷却至20-30℃脱模，即得。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)中，羟基碳纳米管与十二烷基苯磺酸钠的重量比为1:(0.06-0.1)。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)中，所得羟基碳纳米管溶液的浓度控制在0.2-0.3wt％。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)中，所述环氧树脂类型为E-12、E-20、E-44或E-51中的一种。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)中，控制环氧树脂和羟基碳纳米管的重量比为1:(0.2-0.4)。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3)中，所述甲基硫氢邻苯二甲酸酐用量为步骤2)中所述环氧树脂重量的1-3％。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3)中，所述促进剂为2-甲基咪唑、2-苯基咪唑、十一烷基咪唑或2-乙基-4-甲基咪唑中的一种或多种的组合，用量为步骤2)中所述环氧树脂重量的0.5-0.9％。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3)中，升温频率为120℃/2h+160℃/3.5h+180℃/0.5h。
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