CN111500064A - 一种高强度阻燃性SiO2-GO改性双马来酰亚胺复合材料及其制法 - Google Patents

一种高强度阻燃性SiO2-GO改性双马来酰亚胺复合材料及其制法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及双马来酰亚胺材料技术领域，且公开了一种高强度阻燃性SiO2‑GO改性双马来酰亚胺复合材料，包括以下配方原料及组分：N,N'‑(4,4'‑亚甲基二苯基)双马来酰亚胺、双酚A型苯并恶嗪、2,2'‑二烯丙基双酚A、邻苯二甲酸二烯丙酯、纳米SiO2‑GO复合材料。该一种高强度阻燃性SiO2‑GO改性双马来酰亚胺复合材料，2,2'‑二烯丙基双酚A和邻苯二甲酸二烯丙酯为扩链增韧剂，双酚A型苯并恶嗪为共混增韧剂，提高了双马来酰亚胺共聚物的化学交联密度，增强了韧性和拉伸强度，纳米SiO2‑GO复合材料在双马来酰亚胺材料中具有良好的分散性和相容性，当材料在高温下燃烧时，SiO2多孔结构和GO片层结构起到物理屏障的保护作用，阻碍了热量的扩散和氧气的渗透，抑制了燃烧过程。

Description

一种高强度阻燃性SiO2-GO改性双马来酰亚胺复合材料及其 制法
技术领域
本发明涉及双马来酰亚胺材料技术领域，具体为一种高强度阻燃性 SiO2-GO改性双马来酰亚胺复合材料及其制法。
背景技术
双马来酰亚胺是以马来酰亚胺为活性端基的双官能团化合物，具有良好流动性和可模塑性，双马来酰亚胺树脂以其优异的耐热性、电绝缘性、透波性、耐辐射能和良好的力学性能，广泛应用于航空航天、机械制造、电子电气等工业领域中，产品主要有绝缘材料和胶粘剂等，但是纯双马来酰亚胺树脂固化产物交联密度大，虽然耐高温性能良好，但其固化物其的脆性大、韧性差，容易产生裂纹甚至断裂，无法兼具高耐温性、阻燃性和高韧性的优点。
石墨烯是一种具有独特的六角型蜂巢晶格结构的二维碳纳米材料，其优异的力学性能、耐热性和导电性成为一种理想的无机填料，但是石墨烯较大的层间相互作用，使石墨烯在有机聚合物如环氧树脂、双马来酰亚胺树脂中的相容性和分散性较差，容易发生团聚和结块的现象，大大降低了石墨烯的实用性和适用范围。
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种高强度阻燃性SiO2-GO改性双马来酰亚胺复合材料及其制法，解决了双马来酰亚胺材料的脆性大、韧性较差的问题，同时解决了未改性双马来酰亚胺材料很难兼具高耐温性、阻燃性和高韧性的问题。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高强度阻燃性SiO2-GO 改性双马来酰亚胺复合材料，包括以下按重量份数计的配方原料及组分，其特征在于：51-58份N,N'-(4,4'-亚甲基二苯基)双马来酰亚胺、9-24份双酚A型苯并恶嗪、22-26份2,2'-二烯丙基双酚A、2-3份邻苯二甲酸二烯丙酯、1-4份纳米SiO2-GO复合材料。
优选的，所述纳米SiO2-GO复合材料制备方法包括以下步骤：
(1)向反应瓶中加入乙醇溶剂，加入盐酸调节溶液pH至4-5，再加入钛酸酯偶联剂双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯，匀速搅拌后加入氧化石墨烯，将反应瓶置于超声处理仪中，在40-50℃下进行超声分散处理1-2h，将溶液减压浓缩除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇溶剂洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到改性氧化石墨烯。
(2)向反应瓶中加入乙醇溶剂、改性氧化石墨烯和正硅酸乙酯，搅拌均匀后，在30-40℃下进行超声分散处理30-50min，再加入氨水调节溶液pH 至11-12，将反应瓶置于恒温水浴锅中在40-50℃下，匀速搅拌反应20-25h，将溶液减压浓缩除去溶剂，使用乙醇洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到纳米SiO2包覆氧化石墨烯。
(3)向反应瓶中加入乙醇和蒸馏水混合溶液，两者体积比为25-30:1，再加入纳米SiO2包覆氧化石墨烯，将溶液在40-50℃下进行超声分散处理20-40 min，再加入硅烷偶联剂乙烯基三乙氧基硅烷，进行声分散处理1-2h，将溶液减压浓缩除去溶剂，使用乙醇洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到乙烯基三乙氧基硅烷改性的纳米SiO2-GO复合材料。
优选的，所述双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯和氧化石墨烯的质量比为1.5-2:1。
优选的，所述改性氧化石墨烯和正硅酸乙酯的质量比为2.5-3.5:1。
优选的，所述乙烯基三乙氧基硅烷和米SiO2包覆氧化石墨烯的质量比为 1:6-8。
优选的，所述高强度阻燃性SiO2-GO改性双马来酰亚胺复合材料制备方法包括以下步骤：
(1)向反应瓶中加入22-26份2,2'-二烯丙基双酚A和1-4份纳米SiO2-GO 复合材料，将反应瓶置于油浴锅中加热至130-140℃，匀速搅拌10-20min，再加入51-58份N,N'-(4,4'-亚甲基二苯基)双马来酰亚胺，匀速搅拌反应30-40 min，将温度降至115-125℃，再加入2-3份邻苯二甲酸二烯丙酯，匀速搅拌反应20-30min，再加入9-24份双酚A型苯并恶嗪，匀速搅拌反应20-30min。
(2)将物料冷却至室温，置于脱泡搅拌机中进行预脱泡过程，再置于真空干燥箱中，在120-130℃下进行真空脱泡过程，将物料倒入模具中并置于烘箱中，分别在160-165℃下固化2-3h，在180-185℃下固化2-3h，在200-210℃下固化2-3h，在230-240℃下固化6-8h，制备得到高强度阻燃性SiO2-GO改性双马来酰亚胺复合材料。
优选的，所述油浴锅包括箱体，箱体的正面设置有控制面板，箱体的顶部开设有槽体，槽体的内部固定连接有加热器，槽体的顶部固定连接有电机，电机的底部固定连接有转动杆，转动杆的底部固定连接有搅拌片。
(三)有益的技术效果
与现有技术相比，本发明具备以下有益的技术效果：
该一种高强度阻燃性SiO2-GO改性双马来酰亚胺复合材料，使用2,2'-二烯丙基双酚A和邻苯二甲酸二烯丙酯作为扩链增韧剂，与双马来酰亚胺进行共聚，通过扩链增韧剂中的碳碳双键和双马来酰亚胺中的氨基不断进行固化反应，交联形成结构致密的双马来酰亚胺共聚物，再通过双酚A型苯并恶嗪作为共混增韧剂，其氮氧六元环开环与双马来酰亚胺共聚物交联聚合，通过提高双马来酰亚胺共聚物的化学交联密度，从而大幅增强了双马来酰亚胺韧性和拉伸强度，并且双酚A型苯并恶嗪的开环产物热收缩率很小，有效降低了双马来酰亚胺共聚物的固化收缩，从而减轻了由于收缩而造成的微裂纹与应力集中，而导致双马来酰亚胺材料脆性很大，容易产生裂纹和断裂的现象，并且2,2'-二烯丙基双酚A和邻苯二甲酸二烯丙酯作为扩链增韧剂明显提高了双马来酰亚胺的玻璃化转变温度，从而增强了材料的耐高温性能，使材料在高温下仍然保持良好的力学性能。
该一种高强度阻燃性SiO2-GO改性双马来酰亚胺复合材料，使用钛酸酯偶联剂双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯改性氧化石墨烯，再通过原位聚合法，以氧化石墨烯为载体，制备出纳米SiO2包覆氧化石墨烯，在硅烷偶联剂乙烯基三乙氧基硅烷的改性下，制备得到纳米SiO2-GO复合材料，双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯和乙烯基三乙氧基硅烷增强了纳米SiO2-GO复合材料在双马来酰亚胺材料中的分散性和相容性，减少免了纳米SiO2-GO复合材料团聚和结块的现象，当双马来酰亚胺材料在高温下发生燃烧时，由于SiO2多孔结构和GO的片层结构起到物理屏障的保护作用，阻碍了热量的扩散和氧气的渗透，并且热稳定型SiO2转移到炭层表面形成致密的保护层，可以增强材料表层炭的热稳定性和石墨化程度，从而抑制了燃烧过程，起到了良好的阻燃效果。
附图说明
图1为本发明连接结构主视图；
图2为本发明连接结构剖视图。
图中：1-箱体、2-控制面板、3-槽体、4-加热器、5-电机、6-转动杆、7- 搅拌片。
具体实施方式
为实现上述目的，本发明提供如下具体实施方式和实施例：一种高强度阻燃性SiO2-GO改性双马来酰亚胺复合材料，包括以下按重量份数计的配方原料及组分，其特征在于：51-58份N,N'-(4,4'-亚甲基二苯基)双马来酰亚胺、 9-24份双酚A型苯并恶嗪、22-26份2,2'-二烯丙基双酚A、2-3份邻苯二甲酸二烯丙酯、1-4份纳米SiO2-GO复合材料。
纳米SiO2-GO复合材料制备方法包括以下步骤：
(1)向反应瓶中加入乙醇溶剂，加入盐酸调节溶液pH至4-5，再加入钛酸酯偶联剂双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯，匀速搅拌后加入氧化石墨烯，两者质量比为1.5-2:1，将反应瓶置于超声处理仪中，在40-50℃下进行超声分散处理1-2h，将溶液减压浓缩除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇溶剂洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到改性氧化石墨烯。
(2)向反应瓶中加入乙醇溶剂、改性氧化石墨烯和正硅酸乙酯，两者质量比为2.5-3.5:1，搅拌均匀后，在30-40℃下进行超声分散处理30-50min，再加入氨水调节溶液pH至11-12，将反应瓶置于恒温水浴锅中在40-50℃下，匀速搅拌反应20-25h，将溶液减压浓缩除去溶剂，使用乙醇洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到纳米SiO2包覆氧化石墨烯。
(3)向反应瓶中加入乙醇和蒸馏水混合溶液，两者体积比为25-30:1，再加入纳米SiO2包覆氧化石墨烯，将溶液在40-50℃下进行超声分散处理20-40 min，再加入硅烷偶联剂乙烯基三乙氧基硅烷，其中乙烯基三乙氧基硅烷和米 SiO2包覆氧化石墨烯的质量比为1:6-8，进行声分散处理1-2h，将溶液减压浓缩除去溶剂，使用乙醇洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到乙烯基三乙氧基硅烷改性的纳米SiO2-GO复合材料。
高强度阻燃性SiO2-GO改性双马来酰亚胺复合材料制备方法包括以下步骤：
(1)向反应瓶中加入22-26份2,2'-二烯丙基双酚A和1-4份纳米SiO2-GO 复合材料，将反应瓶置于油浴锅中加热至130-140℃，油浴锅包括箱体，箱体的正面设置有控制面板，箱体的顶部开设有槽体，槽体的内部固定连接有加热器，槽体的顶部固定连接有电机，电机的底部固定连接有转动杆，转动杆的底部固定连接有搅拌片，匀速搅拌10-20min，再加入51-58份N,N'-(4,4'- 亚甲基二苯基)双马来酰亚胺，匀速搅拌反应30-40min，将温度降至115-125℃，再加入2-3份邻苯二甲酸二烯丙酯，匀速搅拌反应20-30min，再加入9-24份双酚A型苯并恶嗪，匀速搅拌反应20-30min。
(2)将物料冷却至室温，置于脱泡搅拌机中进行预脱泡过程，再置于真空干燥箱中，在120-130℃下进行真空脱泡过程，将物料倒入模具中并置于烘箱中，分别在160-165℃下固化2-3h，在180-185℃下固化2-3h，在200-210℃下固化2-3h，在230-240℃下固化6-8h，制备得到高强度阻燃性SiO2-GO改性双马来酰亚胺复合材料。
实施例1
(1)制备改性氧化石墨烯组分1：向反应瓶中加入乙醇溶剂，加入盐酸调节溶液pH至5，再加入钛酸酯偶联剂双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯，匀速搅拌后加入氧化石墨烯，两者质量比为1.5:1，将反应瓶置于超声处理仪中，在40℃下进行超声分散处理1h，将溶液减压浓缩除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇溶剂洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到改性氧化石墨烯组分1。
(2)制备纳米SiO2包覆氧化石墨烯组分1：向反应瓶中加入乙醇溶剂、改性氧化石墨烯组分1和正硅酸乙酯，两者质量比为2.5:1，搅拌均匀后，在 30℃下进行超声分散处理30min，再加入氨水调节溶液pH至11，将反应瓶置于恒温水浴锅中在40℃下，匀速搅拌反应20h，将溶液减压浓缩除去溶剂，使用乙醇洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到纳米SiO2包覆氧化石墨烯组分1。
(3)制备纳米SiO2-GO复合材料1：向反应瓶中加入乙醇和蒸馏水混合溶液，两者体积比为25:1，再加入纳米SiO2包覆氧化石墨烯组分1，将溶液在40℃下进行超声分散处理20min，再加入硅烷偶联剂乙烯基三乙氧基硅烷，其中乙烯基三乙氧基硅烷和米SiO2包覆氧化石墨烯的质量比为1:6，进行声分散处理1h，将溶液减压浓缩除去溶剂，使用乙醇洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到乙烯基三乙氧基硅烷改性的纳米SiO2-GO复合材料1。
(4)制备高强度阻燃性SiO2-GO改性双马来酰亚胺复合材料1：向反应瓶中加入22份2,2'-二烯丙基双酚A和1份纳米SiO2-GO复合材料1，将反应瓶置于油浴锅中加热至130℃，油浴锅包括箱体，箱体的正面设置有控制面板，箱体的顶部开设有槽体，槽体的内部固定连接有加热器，槽体的顶部固定连接有电机，电机的底部固定连接有转动杆，转动杆的底部固定连接有搅拌片，匀速搅拌10min，再加入51份N,N'-(4,4'-亚甲基二苯基)双马来酰亚胺，匀速搅拌反应30min，将温度降至115℃，再加入2份邻苯二甲酸二烯丙酯，匀速搅拌反应30min，再加入24份双酚A型苯并恶嗪，匀速搅拌反应20min，将物料冷却至室温，置于脱泡搅拌机中进行预脱泡过程，再置于真空干燥箱中，在120℃下进行真空脱泡过程，将物料倒入模具中并置于烘箱中，分别在160℃下固化2h，在180℃下固化2h，在200℃下固化2h，在230℃下固化6h，制备得到高强度阻燃性SiO2-GO改性双马来酰亚胺复合材料1。
实施例2
(1)制备改性氧化石墨烯组分2：向反应瓶中加入乙醇溶剂，加入盐酸调节溶液pH至5，再加入钛酸酯偶联剂双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯，匀速搅拌后加入氧化石墨烯，两者质量比为1.5:1，将反应瓶置于超声处理仪中，在50℃下进行超声分散处理1h，将溶液减压浓缩除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇溶剂洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到改性氧化石墨烯组分2。
(2)制备纳米SiO2包覆氧化石墨烯组分2：向反应瓶中加入乙醇溶剂、改性氧化石墨烯组分2和正硅酸乙酯，两者质量比为3.5:1，搅拌均匀后，在 30℃下进行超声分散处理30min，再加入氨水调节溶液pH至11，将反应瓶置于恒温水浴锅中在50℃下，匀速搅拌反应20h，将溶液减压浓缩除去溶剂，使用乙醇洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到纳米SiO2包覆氧化石墨烯组分2。
(3)制备纳米SiO2-GO复合材料2：向反应瓶中加入乙醇和蒸馏水混合溶液，两者体积比为30:1，再加入纳米SiO2包覆氧化石墨烯组分2，将溶液在40℃下进行超声分散处理40min，再加入硅烷偶联剂乙烯基三乙氧基硅烷，其中乙烯基三乙氧基硅烷和米SiO2包覆氧化石墨烯的质量比为1:6，进行声分散处理2h，将溶液减压浓缩除去溶剂，使用乙醇洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到乙烯基三乙氧基硅烷改性的纳米SiO2-GO复合材料2。
(4)制备高强度阻燃性SiO2-GO改性双马来酰亚胺复合材料2：向反应瓶中加入23份2,2'-二烯丙基双酚A和1.8份纳米SiO2-GO复合材料2，将反应瓶置于油浴锅中加热至140℃，油浴锅包括箱体，箱体的正面设置有控制面板，箱体的顶部开设有槽体，槽体的内部固定连接有加热器，槽体的顶部固定连接有电机，电机的底部固定连接有转动杆，转动杆的底部固定连接有搅拌片，匀速搅拌10min，再加入53份N,N'-(4,4'-亚甲基二苯基)双马来酰亚胺，匀速搅拌反应40min，将温度降至125℃，再加入2.2份邻苯二甲酸二烯丙酯，匀速搅拌反应20min，再加入20份双酚A型苯并恶嗪，匀速搅拌反应 30min，将物料冷却至室温，置于脱泡搅拌机中进行预脱泡过程，再置于真空干燥箱中，在120℃下进行真空脱泡过程，将物料倒入模具中并置于烘箱中，分别在160℃下固化3h，在185℃下固化2h，在210℃下固化3h，在240℃下固化6h，制备得到高强度阻燃性SiO2-GO改性双马来酰亚胺复合材料2。
实施例3
(1)制备改性氧化石墨烯组分3：向反应瓶中加入乙醇溶剂，加入盐酸调节溶液pH至4，再加入钛酸酯偶联剂双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯，匀速搅拌后加入氧化石墨烯，两者质量比为1.8:1，将反应瓶置于超声处理仪中，在45℃下进行超声分散处理1.5h，将溶液减压浓缩除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇溶剂洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到改性氧化石墨烯组分3。
(2)制备纳米SiO2包覆氧化石墨烯组分3：向反应瓶中加入乙醇溶剂、改性氧化石墨烯组分3和正硅酸乙酯，两者质量比为3:1，搅拌均匀后，在35℃下进行超声分散处理40min，再加入氨水调节溶液pH至12，将反应瓶置于恒温水浴锅中在45℃下，匀速搅拌反应22h，将溶液减压浓缩除去溶剂，使用乙醇洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到纳米SiO2包覆氧化石墨烯组分 3。
(3)制备纳米SiO2-GO复合材料3：向反应瓶中加入乙醇和蒸馏水混合溶液，两者体积比为27:1，再加入纳米SiO2包覆氧化石墨烯组分3，将溶液在45℃下进行超声分散处理30min，再加入硅烷偶联剂乙烯基三乙氧基硅烷，其中乙烯基三乙氧基硅烷和米SiO2包覆氧化石墨烯的质量比为1:7，进行声分散处理1.5h，将溶液减压浓缩除去溶剂，使用乙醇洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到乙烯基三乙氧基硅烷改性的纳米SiO2-GO复合材料3。
(4)制备高强度阻燃性SiO2-GO改性双马来酰亚胺复合材料3：向反应瓶中加入24份2,2'-二烯丙基双酚A和2.5份纳米SiO2-GO复合材料3，将反应瓶置于油浴锅中加热至135℃，油浴锅包括箱体，箱体的正面设置有控制面板，箱体的顶部开设有槽体，槽体的内部固定连接有加热器，槽体的顶部固定连接有电机，电机的底部固定连接有转动杆，转动杆的底部固定连接有搅拌片，匀速搅拌15min，再加入54份N,N'-(4,4'-亚甲基二苯基)双马来酰亚胺，匀速搅拌反应35min，将温度降至120℃，再加入2.5份邻苯二甲酸二烯丙酯，匀速搅拌反应25min，再加入17份双酚A型苯并恶嗪，匀速搅拌反应 25min，将物料冷却至室温，置于脱泡搅拌机中进行预脱泡过程，再置于真空干燥箱中，在125℃下进行真空脱泡过程，将物料倒入模具中并置于烘箱中，分别在165℃下固化2.5h，在180℃下固化2.5h，在210℃下固化2.5h，在 235℃下固化7h，制备得到高强度阻燃性SiO2-GO改性双马来酰亚胺复合材料3。
实施例4
(1)制备改性氧化石墨烯组分4：向反应瓶中加入乙醇溶剂，加入盐酸调节溶液pH至5，再加入钛酸酯偶联剂双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯，匀速搅拌后加入氧化石墨烯，两者质量比为2:1，将反应瓶置于超声处理仪中，在50℃下进行超声分散处理1h，将溶液减压浓缩除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇溶剂洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到改性氧化石墨烯组分4。
(2)制备纳米SiO2包覆氧化石墨烯组分4：向反应瓶中加入乙醇溶剂、改性氧化石墨烯组分4和正硅酸乙酯，两者质量比为3.5:1，搅拌均匀后，在 30℃下进行超声分散处理50min，再加入氨水调节溶液pH至12，将反应瓶置于恒温水浴锅中在50℃下，匀速搅拌反应20h，将溶液减压浓缩除去溶剂，使用乙醇洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到纳米SiO2包覆氧化石墨烯组分4。
(3)制备纳米SiO2-GO复合材料4：向反应瓶中加入乙醇和蒸馏水混合溶液，两者体积比为25:1，再加入纳米SiO2包覆氧化石墨烯组分4，将溶液在50℃下进行超声分散处理40min，再加入硅烷偶联剂乙烯基三乙氧基硅烷，其中乙烯基三乙氧基硅烷和米SiO2包覆氧化石墨烯的质量比为1:6，进行声分散处理2h，将溶液减压浓缩除去溶剂，使用乙醇洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到乙烯基三乙氧基硅烷改性的纳米SiO2-GO复合材料4。
(4)制备高强度阻燃性SiO2-GO改性双马来酰亚胺复合材料4：向反应瓶中加入25份2,2'-二烯丙基双酚A和3.2份纳米SiO2-GO复合材料4，将反应瓶置于油浴锅中加热至140℃，油浴锅包括箱体，箱体的正面设置有控制面板，箱体的顶部开设有槽体，槽体的内部固定连接有加热器，槽体的顶部固定连接有电机，电机的底部固定连接有转动杆，转动杆的底部固定连接有搅拌片，匀速搅拌10min，再加入56份N,N'-(4,4'-亚甲基二苯基)双马来酰亚胺，匀速搅拌反应40min，将温度降至125℃，再加入2.8份邻苯二甲酸二烯丙酯，匀速搅拌反应30min，再加入13份双酚A型苯并恶嗪，匀速搅拌反应 20min，将物料冷却至室温，置于脱泡搅拌机中进行预脱泡过程，再置于真空干燥箱中，在120℃下进行真空脱泡过程，将物料倒入模具中并置于烘箱中，分别在165℃下固化3h，在180℃下固化3h，在200℃下固化3h，在230℃下固化8h，制备得到高强度阻燃性SiO2-GO改性双马来酰亚胺复合材料4。
实施例5
(1)制备改性氧化石墨烯组分5：向反应瓶中加入乙醇溶剂，加入盐酸调节溶液pH至4，再加入钛酸酯偶联剂双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯，匀速搅拌后加入氧化石墨烯，两者质量比为2:1，将反应瓶置于超声处理仪中，在50℃下进行超声分散处理2h，将溶液减压浓缩除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇溶剂洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到改性氧化石墨烯组分5。
(2)制备纳米SiO2包覆氧化石墨烯组分5：向反应瓶中加入乙醇溶剂、改性氧化石墨烯组分5和正硅酸乙酯，两者质量比为3.5:1，搅拌均匀后，在 40℃下进行超声分散处理50min，再加入氨水调节溶液pH至12，将反应瓶置于恒温水浴锅中在50℃下，匀速搅拌反应25h，将溶液减压浓缩除去溶剂，使用乙醇洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到纳米SiO2包覆氧化石墨烯组分5。
(3)制备纳米SiO2-GO复合材料5：向反应瓶中加入乙醇和蒸馏水混合溶液，两者体积比为30:1，再加入纳米SiO2包覆氧化石墨烯组分5，将溶液在50℃下进行超声分散处理40min，再加入硅烷偶联剂乙烯基三乙氧基硅烷，其中乙烯基三乙氧基硅烷和米SiO2包覆氧化石墨烯的质量比为1:8，进行声分散处理2h，将溶液减压浓缩除去溶剂，使用乙醇洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到乙烯基三乙氧基硅烷改性的纳米SiO2-GO复合材料5。
(4)制备高强度阻燃性SiO2-GO改性双马来酰亚胺复合材料5：向反应瓶中加入26份2,2'-二烯丙基双酚A和4份纳米SiO2-GO复合材料5，将反应瓶置于油浴锅中加热至140℃，油浴锅包括箱体，箱体的正面设置有控制面板，箱体的顶部开设有槽体，槽体的内部固定连接有加热器，槽体的顶部固定连接有电机，电机的底部固定连接有转动杆，转动杆的底部固定连接有搅拌片，匀速搅拌20min，再加入58份N,N'-(4,4'-亚甲基二苯基)双马来酰亚胺，匀速搅拌反应40min，将温度降至125℃，再加入3份邻苯二甲酸二烯丙酯，匀速搅拌反应30min，再加入9份双酚A型苯并恶嗪，匀速搅拌反应30min，将物料冷却至室温，置于脱泡搅拌机中进行预脱泡过程，再置于真空干燥箱中，在130℃下进行真空脱泡过程，将物料倒入模具中并置于烘箱中，分别在165℃下固化3h，在185℃下固化3h，在210℃下固化3h，在240℃下固化8h，制备得到高强度阻燃性SiO2-GO改性双马来酰亚胺复合材料5。
使用CSI-101D高低温极限氧指数测定仪测试实施例1-5中高强度阻燃性 SiO2-GO改性双马来酰亚胺复合材料的极限氧指数，测试标准GB/T 1303.10-2009。
Figure BDA0002496103250000121
综上所述，该一种高强度阻燃性SiO2-GO改性双马来酰亚胺复合材料，使用2,2'-二烯丙基双酚A和邻苯二甲酸二烯丙酯作为扩链增韧剂，与双马来酰亚胺进行共聚，通过扩链增韧剂中的碳碳双键和双马来酰亚胺中的氨基不断进行固化反应，交联形成结构致密的双马来酰亚胺共聚物，再通过双酚A 型苯并恶嗪作为共混增韧剂，其氮氧六元环开环与双马来酰亚胺共聚物交联聚合，通过提高双马来酰亚胺共聚物的化学交联密度，从而大幅增强了双马来酰亚胺韧性和拉伸强度，并且双酚A型苯并恶嗪的开环产物热收缩率很小，有效降低了双马来酰亚胺共聚物的固化收缩，从而减轻了由于收缩而造成的微裂纹与应力集中，而导致双马来酰亚胺材料脆性很大，容易产生裂纹和断裂的现象，并且2,2'-二烯丙基双酚A和邻苯二甲酸二烯丙酯作为扩链增韧剂明显提高了双马来酰亚胺的玻璃化转变温度，从而增强了材料的耐高温性能，使材料在高温下仍然保持良好的力学性能。
使用钛酸酯偶联剂双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯改性氧化石墨烯，再通过原位聚合法，以氧化石墨烯为载体，制备出纳米SiO2包覆氧化石墨烯，在硅烷偶联剂乙烯基三乙氧基硅烷的改性下，制备得到纳米SiO2-GO复合材料，双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯和乙烯基三乙氧基硅烷增强了纳米 SiO2-GO复合材料在双马来酰亚胺材料中的分散性和相容性，减少免了纳米 SiO2-GO复合材料团聚和结块的现象，并且乙烯基三乙氧基硅烷中的碳碳双键与双马来酰亚胺共聚物中的碳碳双键交联聚合，不仅进一步改善了纳米SiO2-GO复合材料与双马来酰亚胺材料的相容性，同时增强了双马来酰亚胺共聚物的化学交联度，当双马来酰亚胺材料在高温下发生燃烧时，由于SiO2多孔结构和GO的片层结构起到物理屏障的保护作用，阻碍了热量的扩散和氧气的渗透，并且热稳定型SiO2转移到炭层表面形成致密的保护层，可以增强材料表层炭的热稳定性和石墨化程度，从而抑制了燃烧过程，起到了良好的阻燃效果。

Claims (7)

1.一种高强度阻燃性SiO2-GO改性双马来酰亚胺复合材料，包括以下按重量份数计的配方原料及组分，其特征在于：51-58份N,N'-(4,4'-亚甲基二苯基)双马来酰亚胺、9-24份双酚A型苯并恶嗪、22-26份2,2'-二烯丙基双酚A、2-3份邻苯二甲酸二烯丙酯、1-4份纳米SiO2-GO复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种高强度阻燃性SiO2-GO改性双马来酰亚胺复合材料，其特征在于：所述纳米SiO2-GO复合材料制备方法包括以下步骤：
(1)向乙醇溶剂中加入盐酸调节溶液pH至4-5，再加入钛酸酯偶联剂双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯，匀速搅拌后加入氧化石墨烯，将溶液在40-50℃下进行超声分散处理1-2h，将溶液除去溶剂、洗涤固体产物、干燥，制备得到改性氧化石墨烯。
(2)向乙醇溶剂中加入改性氧化石墨烯和正硅酸乙酯，搅拌均匀后在30-40℃下进行超声分散处理30-50min，再加入氨水调节溶液pH至11-12，将溶液加热至40-50℃，匀速搅拌反应20-25h，将溶液除去溶剂、洗涤固体产物、干燥，制备得到纳米SiO2包覆氧化石墨烯。
(3)向反应瓶中加入乙醇和蒸馏水混合溶液，两者体积比为25-30:1，再加入纳米SiO2包覆氧化石墨烯，将溶液在40-50℃下进行超声分散处理20-40min，再加入硅烷偶联剂乙烯基三乙氧基硅烷，进行声分散处理1-2h，将溶液减压浓缩除去溶剂，使用乙醇洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到乙烯基三乙氧基硅烷改性的纳米SiO2-GO复合材料。
3.根据权利要求2所述的一种高强度阻燃性SiO2-GO改性双马来酰亚胺复合材料，其特征在于：所述双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯和氧化石墨烯的质量比为1.5-2:1。
4.根据权利要求2所述的一种高强度阻燃性SiO2-GO改性双马来酰亚胺复合材料，其特征在于：所述改性氧化石墨烯和正硅酸乙酯的质量比为2.5-3.5:1。
5.根据权利要求2所述的一种高强度阻燃性SiO2-GO改性双马来酰亚胺复合材料，其特征在于：所述乙烯基三乙氧基硅烷和米SiO2包覆氧化石墨烯的质量比为1:6-8。
6.根据权利要求1所述的一种高强度阻燃性SiO2-GO改性双马来酰亚胺复合材料，其特征在于：所述高强度阻燃性SiO2-GO改性双马来酰亚胺复合材料制备方法包括以下步骤：
(1)向反应瓶中加入22-26份2,2'-二烯丙基双酚A和1-4份纳米SiO2-GO复合材料，将反应瓶置于油浴锅中加热至130-140℃，匀速搅拌10-20min，再加入51-58份N,N'-(4,4'-亚甲基二苯基)双马来酰亚胺，反应30-40min，将温度降至115-125℃，再加入2-3份邻苯二甲酸二烯丙酯，反应20-30min，再加入9-24份双酚A型苯并恶嗪，反应20-30min。
(2)将物料置于脱泡搅拌机中进行预脱泡过程，再置于真空干燥箱中，在120-130℃下进行真空脱泡过程，将物料倒入模具中并置于烘箱中，分别在160-165℃下固化2-3h，在180-185℃下固化2-3h，在200-210℃下固化2-3h，在230-240℃下固化6-8h，制备得到高强度阻燃性SiO2-GO改性双马来酰亚胺复合材料。
7.根据权利要求6所述的一种高强度阻燃性SiO2-GO改性双马来酰亚胺复合材料，其特征在于：所述油浴锅包括箱体(1)，箱体(1)的正面设置有控制面板(2)，所述箱体(1)的顶部开设有槽体(3)，所述槽体(3)的内部固定连接有加热器(4)，所述槽体(1)的顶部固定连接有电机(5)，所述电机(5)的底部固定连接有转动杆(6)，所述转动杆(6)的底部固定连接有搅拌片(7)。
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CN112430309A (zh) * 2020-11-23 2021-03-02 张茜茜 一种含磷石墨烯-SiO2改性聚氨酯弹性体的制备方法及应用
CN117944337A (zh) * 2024-03-27 2024-04-30 成都鲲鹏云智科技有限公司 一种阻燃隔热复合纤维面料及其制备方法、在防火服中的应用

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