CN112009038B - 一种结构阻燃功能性复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种结构阻燃功能性复合材料，包含阻燃防火纤维毡和复合材料，所述阻燃防火纤维毡包覆于复合材料主体表面。本专利还提出了一种结构阻燃功能性复合材料的制备方法，包含(1)阻燃防火纤维毡的制备、(2)纤维毡预浸渍工艺、(3)阻燃复合材料的制备。与现有技术相比，本发明采用表面阻燃结构，基于复合材料点燃后“由外向内扩展”的燃烧行为，将具备阻燃、隔热、抑烟等功能的阻燃功能结构层集中于复合材料表面，在复合材料受火过程中，该结构可作为“防火服”将火焰与热量隔绝在复合材料之外，保护材料内部结构，避免了阻燃剂对复合材料基体的破坏。

Description

一种结构阻燃功能性复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及材料科学领域，尤其是一种结构阻燃功能性复合材料及其制备方法。
背景技术
树脂基复合材料具备重量轻、强度高、加工成型方便、耐化学腐蚀良好等优点，已经广泛地应用于航空航天、汽车、电子电气、建筑、健身器材等领域。由于复合材料的树脂基体为高分子聚合物，在高温或火焰中将受热燃烧分解，如将其作为内饰材料应用于飞机、高速列车等交通领域，在燃烧过程中所释放出的挥发性气体、有毒烟雾与火焰将对乘客造成直接危害。与此同时，树脂基复合材料力学性能对高温火焰造成的损伤十分敏感，燃烧过程中材料力学性能将严重恶化，直接威胁结构整体的稳定与安全。
当前对复合材料的防火阻燃处理主要采用阻燃型树脂基体(本征型阻燃)以及采用阻燃剂(填充型阻燃)两种方式。本征型阻燃树脂通过化学合成将聚合物主链上引入(磷、卤素、氮、硅等阻燃元素基团，使其具有自身阻燃特性；或自身具有芳杂环结构，具有较高的成炭率，并且耐高温、抗氧化，例如聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚砜等。然而，本征型聚合物往往受限于合成反应的复杂性以及单体种类选择性，抑或成型工艺要求严苛，不适用于纤维增强复合材料的制备，较难得到推广与应用。
与本征型阻燃相比，填充型阻燃复合材料的制备过程更简单，在成型加工过程中加入有机或无机阻燃剂即可赋予树脂基体额外的阻燃特性。目前阻燃剂分为卤系阻燃剂、无卤有机阻燃剂、无机阻燃剂。其中卤系阻燃剂与有机高分子相容性好，阻燃效果最佳，但是在火灾中受热分解会产生大量烟尘与有毒腐蚀性气体，造成严重的环境污染，逐步被无卤有机阻燃剂以及无机阻燃剂取代。无卤有机阻燃剂(氮系、磷系)可有效捕捉火焰区自由基或形成炭层隔绝空气，具备难挥发、低烟低毒和热稳定性好等优点。无机阻燃剂(例如氢氧化镁与氢氧化铝)则通过吸热分解释放结晶水，冷却燃烧区域并稀释可燃气体，具备优良的抑烟效果。然而，无卤有机阻燃剂与无机阻燃剂的添加量均超过20％(重量百分含量)且与树脂基体相容性较差，严重影响了复合材料界面性能与结构稳定，导致材料力学性能下降严重。
为解决上述问题，开发一种在保持材料结构稳定，保证力学性能的前提下，提升复合材料阻燃性能的复合材料阻燃技术，以此研制性能优异的阻燃复合材料十分必要。
专利CN102827401A提出一种低阻燃填料填充量高阻燃性能的阻燃复合材料制备方法，采用多相聚合物为基体，通过填料在各相中的非均相分布来降低填料的用量，降低阻燃剂对材料结构与力学性能的影响。该方法通过聚合物熔融共混和机械碾磨等手段，只局限于热塑性高分子的改性，对于热固性高分子(环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯等)复合材料，该方法并不适用。
专利CN105566745A提出一种玻璃纤维与金属纤维混杂增强的高耐温聚丙烯材料，通过引入金属纤维，基于其高模量与耐高温特点，与玻璃纤维形成优势互补，提升复合材料整体力学性能与耐高温性能。然而，阻燃剂对金属纤维-聚丙烯基体间界面性能的影响在该专利申请中并未提及；并且金属的高密度势必导致复合材料整体密度上升，降低材料比强度与比模量。
专利CN104553177A提出一种阻燃改性碳纤维预浸料及复合材料制品，其复合材料层间树脂含有磷、氮、硅等阻燃剂并与石墨烯等增韧材料混杂，同时提升材料阻燃性能与断裂韧性，但由于阻燃剂在纤维层间，势必影响纤维-树脂基体间界面性能，材料的拉伸、弯曲性能将因此下降，但该专利并未提及阻燃剂对上述性能的影响。
专利CN110612205A同样提出一种类似的阻燃增韧功能性复合材料结构，将阻燃颗粒(聚磷酸铵等磷系阻燃剂)与增韧颗粒(热塑性聚合物颗粒)分别填充在纤维增强复合材料的纤维层间，形成兼具阻燃-增韧功能层间结构。然而，该专利申请也未提及将阻燃颗粒置于纤维层间是否会破坏复合材料界面结构，引起力学下降等问题。
发明内容
为了克服上述不足，本发明提供了一种结构阻燃功能性复合材料及其制备方法，本发明是这样实现的：
一种结构阻燃功能性复合材料，包含阻燃防火纤维毡和复合材料，所述阻燃防火纤维毡包覆于复合材料主体表面，所述阻燃防火纤维毡面重为50～300g/㎡，厚度为0.2～4mm；
所述阻燃防火纤维毡包含纤维10-50份，阻燃剂10-60份，粘合剂10-30份，所述纤维种类包括天然植物纤维、有机纤维、无机纤维中的一种或多种，所述阻燃剂为无卤阻燃剂，所述粘合剂为热固性树脂或热塑性树脂。
所述复合材料包含增强体、树脂基体和夹芯材料，所述增强体为纤维增强体或颗粒增强体单一组分或组合混杂，所述颗粒增强体大小为5～500μm，所述树脂基体为热塑性树脂或热固性树脂。
进一步的，所述阻燃防火纤维毡的纤维形态为短切纤维，所述短切纤维长度为1mm～100mm。
更进一步，所述阻燃防火纤维毡的纤维形态为连续纤维织物。
当阻燃防火纤维毡的纤维为短切纤维时，所述结构阻燃功能性复合材料的制备方法，包含以下步骤：
(1)阻燃防火纤维毡的制备，通过A.机械混合法或B.纤维毡湿法成型工艺制备而成；
所述A.机械混合法，适用于常温固态的阻燃剂与粘合剂，将所述纤维、阻燃剂和粘合剂按照一定比例混合，通过机械混合使阻燃剂与粘合剂粉末均匀分布在纤维表面，参考粘合剂熔融、固化温度，加热至80～230℃，使纤维与阻燃剂结合，形成稳定结构阻燃纤维毡；
所述B.纤维毡湿法成型工艺，适用于常温液态阻燃剂以及可溶于水或有机溶剂的粘合剂，将所述粘合剂与去离子水或有机溶剂按照一定比例混合，使其充分分散，然后按比例添入纤维与阻燃剂，通过匀速搅拌2～8小时，使阻燃剂与纤维均匀分散，通过筛网过滤后得到纤维毡并置于60℃烘箱干燥1～3小时，然后置于80～230℃温度下固化，得到阻燃纤维毡；
进一步的，在纤维毡湿法混合过程中，可加入添加剂：消泡剂、抗静电剂或增稠剂，促进短切纤维的分散。
(2)阻燃复合材料的制备，通过A.树脂传递模塑技术或B.真空导入技术或C.模压成型技术制备而成；
所述A.树脂传递模塑技术，即：将裁切好的纤维增强体依次堆叠，然后在顶层与底层分别覆盖至少一层阻燃防火纤维毡，使其完全覆盖堆叠的纤维增强体表面，然后放入RTM模具，接上导管，匀速向模具内注入液态树脂，在树脂完全浸润阻燃防火纤维毡与纤维增强体后，将模具放入烘箱，按照树脂固化温度设计升温程序，在80～180℃区间内加热固化6～12小时，然后取出成型复合材料；
所述B.真空导入技术，即：将裁切好的纤维增强体依次堆叠，然后在顶层与底层分别覆盖至少一层阻燃防火纤维毡，使其完全覆盖堆叠的纤维增强体表面，然后置于平板模具上，随后依次放上脱模布、导流网，并在四周贴上密封胶条并覆盖真空袋薄膜，接上真空管后开始抽真空，通过真空负压将树脂引入并通过导流网浸润纤维毡，在树脂完全浸润后将模具放入烘箱，按照树脂固化温度设计升温程序，在80～180℃区间内加热固化6～12小时，然后取出成型复合材料；
所述C.模压成型技术，即：①当树脂基体为热塑性树脂时，将热塑性树脂材料在熔融温度下模压成厚度为0.2～1mm的片材，与阻燃防火纤维毡、纤维增强体一同按尺寸裁切好，并依次将增强体与树脂片材交替堆叠，最后在上下表面放置阻燃防火纤维毡，置于热压机中，根据不同的树脂固化温度，对其进行加热，并在1-10MPa的压力下成型；②当树脂基体为热固性树脂时，将阻燃防火纤维毡、纤维增强体一同按尺寸裁切好后，按照结构设计堆叠在模具内，并导入液态热固性树脂，将模具置于热压机中，根据不同的树脂固化温度，加热并在1-10MPa的压力下固化成型。
当阻燃防火纤维毡的纤维为连续纤维织物时，所述结构阻燃功能性复合材料的制备方法，包含以下步骤：
(1)阻燃防火纤维毡的制备，通过A.粉末喷涂法或B.液体喷涂法或C.纤维织物浸渍法制备而成；
所述A.粉末喷涂法，适用于常温固态的阻燃剂与粘合剂，将所述阻燃剂和粘合剂按照一定比例机械混合，通过碾磨控制颗粒大小至50～500目，采用粉末喷涂法将阻燃剂与粘合剂粉末均匀喷涂在纤维织物表面，参考粘合剂熔融、固化温度，加热至80～230℃，使纤维与阻燃剂结合，形成稳定结构阻燃纤维毡；
所述B.液体喷涂法，适用于常温液态的阻燃剂以及可溶于水或有机溶剂的粘合剂，将所述粘合剂与去离子水或有机溶剂按照一定比例混合，使其充分分散，然后按比例添入阻燃剂，通过匀速搅拌2～8小时，使阻燃剂均匀分散，制成阻燃剂-粘合剂混合溶液。通过表面喷涂工艺将混合液喷涂至纤维织物表面，并置于60℃烘箱干燥1～3小时，然后置于80～230℃温度下固化，得到含有阻燃剂的纤维织物；
所述C.纤维织物浸渍法，适用于常温液态的阻燃剂，选择可溶于水或有机溶剂的粘合剂，将所述粘合剂与去离子水或有机溶剂混合，使其充分分散，然后按比例添入阻燃剂，通过匀速搅拌2～8小时，使阻燃剂均匀分散，制成混合溶液。然后将纤维织物浸渍在溶液中使其被充分浸润，然后取出置于60℃烘箱干燥1～3小时，然后置于80～230℃温度下固化，得到含有阻燃剂的纤维织物；
(2)阻燃复合材料的制备，通过A.树脂传递模塑技术或B.真空导入技术或C.模压成型技术制备而成；
所述A.树脂传递模塑技术，即：将裁切好的纤维增强体依次堆叠，然后在顶层与底层分别覆盖至少一层阻燃防火纤维毡，使其完全覆盖堆叠的纤维增强体表面，然后放入RTM模具，接上导管，匀速向模具内注入液态树脂，在树脂完全浸润阻燃防火纤维毡与纤维增强体后，将模具放入烘箱，按照树脂固化温度设计升温程序，在80～180℃区间内加热固化6～12小时，然后取出成型复合材料；
所述B.真空导入技术，即：将裁切好的纤维增强体依次堆叠，然后在顶层与底层分别覆盖至少一层阻燃防火纤维毡，使其完全覆盖堆叠的纤维增强体表面，然后置于平板模具上，随后依次放上脱模布、导流网，并在四周贴上密封胶条并覆盖真空袋薄膜，接上真空管后开始抽真空，通过真空负压将树脂引入并通过导流网浸润纤维毡，在树脂完全浸润后将模具放入烘箱，按照树脂固化温度设计升温程序，在80～180℃区间内加热固化6～12小时，然后取出成型复合材料；
所述C.模压成型技术，即：①当树脂基体为热塑性树脂时，将热塑性树脂材料在熔融温度下模压成厚度为0.2～1mm的片材，与阻燃防火纤维毡、纤维增强体一同按尺寸裁切好，并依次将增强体与树脂片材交替堆叠，最后在上下表面放置阻燃防火纤维毡，置于热压机中，根据不同的树脂固化温度，对其进行加热，并在1-10MPa的压力下成型；②当树脂基体为热固性树脂时，将阻燃防火纤维毡、纤维增强体一同按尺寸裁切好后，按照结构设计堆叠在模具内，并导入液态热固性树脂，将模具置于热压机中，根据不同的树脂固化温度，加热并在1-10MPa的压力下固化成型。
当阻燃防火纤维毡的纤维为短切纤维时，所述结构阻燃功能性复合材料的制备方法，包含以下步骤：
(1)阻燃防火纤维毡的制备，通过A.机械混合法或B.纤维毡湿法成型工艺制备而成；
所述A.机械混合法，适用于常温固态的阻燃剂与粘合剂，将所述纤维、阻燃剂和粘合剂按照一定比例混合，通过机械混合使阻燃剂与粘合剂粉末均匀分布在纤维表面，参考粘合剂熔融、固化温度，加热至80～230℃，使纤维与阻燃剂结合，形成稳定结构阻燃纤维毡；
所述B.纤维毡湿法成型工艺，适用于常温液态阻燃剂以及可溶于水或有机溶剂的粘合剂，将所述粘合剂与去离子水或有机溶剂按照一定比例混合，使其充分分散，然后按比例添入纤维与阻燃剂，通过匀速搅拌2～8小时，使阻燃剂与纤维均匀分散，通过筛网过滤后得到纤维毡并置于60℃烘箱干燥1～3小时，然后置于80～230℃温度下固化，得到阻燃纤维毡；
进一步的，在纤维毡湿法混合过程中，可加入添加剂：消泡剂、抗静电剂或增稠剂，促进短切纤维的分散。
(2)通过纤维毡预浸渍工艺，对阻燃防火纤维毡进行树脂预浸润，制成阻燃防火纤维毡预浸料；
(3)阻燃复合材料的制备，通过热压罐或非热压罐成型技术制备而成；
所述热压罐或非热压罐成型技术，即：将阻燃防火纤维毡预浸料与纤维增强预浸料按照结构设计依次铺贴在模具内，然后覆盖真空袋接好真空管，设置好升温速率，在80～300℃区间内加热并将真空压力调至0.6-1bar的范围，按照固化要求保持压力与固化温度，直至材料固化完全。
当阻燃防火纤维毡的纤维为连续纤维织物时，所述结构阻燃功能性复合材料的制备方法，包含以下步骤：
(1)阻燃防火纤维毡的制备，通过A.粉末喷涂法或B.液体喷涂法或C.纤维织物浸渍法制备而成；
所述A.粉末喷涂法，适用于常温固态的阻燃剂与粘合剂，将所述阻燃剂和粘合剂按照一定比例机械混合，通过碾磨控制颗粒大小至50～500目，采用粉末喷涂法将阻燃剂与粘合剂粉末均匀喷涂在纤维织物表面，参考粘合剂熔融、固化温度，加热至80～230℃，使纤维与阻燃剂结合，形成稳定结构阻燃纤维毡；
所述B.液体喷涂法，适用于常温液态的阻燃剂以及可溶于水或有机溶剂的粘合剂，将所述粘合剂与去离子水或有机溶剂按照一定比例混合，使其充分分散，然后按比例添入阻燃剂，通过匀速搅拌2～8小时，使阻燃剂均匀分散，制成阻燃剂-粘合剂混合溶液。通过表面喷涂工艺将混合液喷涂至纤维织物表面，并置于60℃烘箱干燥1～3小时，然后置于80～230℃温度下固化，得到含有阻燃剂的纤维织物；
所述C.纤维织物浸渍法，适用于常温液态的阻燃剂，选择可溶于水或有机溶剂的粘合剂，将所述粘合剂与去离子水或有机溶剂混合，使其充分分散，然后按比例添入阻燃剂，通过匀速搅拌2～8小时，使阻燃剂均匀分散，制成混合溶液。然后将纤维织物浸渍在溶液中使其被充分浸润，然后取出置于60℃烘箱干燥1～3小时，然后置于80～230℃温度下固化，得到含有阻燃剂的纤维织物；
(2)通过纤维毡预浸渍工艺，对阻燃防火纤维毡进行树脂预浸润，制成阻燃防火纤维毡预浸料；
(3)阻燃复合材料的制备，通过热压罐或非热压罐成型技术制备而成；
所述热压罐或非热压罐成型技术，即：将阻燃防火纤维毡预浸料与纤维增强预浸料按照结构设计依次铺贴在模具内，然后覆盖真空袋接好真空管，设置好升温速率，在80～300℃区间内加热并将真空压力调至0.6-1bar的范围，按照固化要求保持压力与固化温度，直至材料固化完全。
本发明的优点和特点在于独特的阻燃模式，不同于传统树脂基复合材料采用阻燃剂提升树脂基体的阻燃性能，本发明采用表面阻燃结构，基于复合材料点燃后“由外向内扩展”的燃烧行为，将具备阻燃、隔热、抑烟等功能的阻燃功能结构层集中于复合材料表面，在复合材料受火过程中，该结构可作为“防火服”将火焰与热量隔绝在复合材料之外，保护材料内部结构，避免了阻燃剂对复合材料基体的破坏。因此，本发明的阻燃技术具备如下优点：
(1)由于阻燃功能结构只存在复合材料表面，下层材料主体因而得到最大程度的保护，在保证复合材料结构与力学性能不受影响的同时，提升材料阻燃性能；
(2)表面阻燃结构材料(阻燃防火纤维毡)可通过设计不同的配方组合，灵活应用于不同的复合材料表面，调节其在阻燃、抑烟、隔热等各方面功能，并可与不同的树脂基体兼容而不影响其稳定性，克服了阻燃剂与不同树脂基体难以完全兼容的问题；
(3)通过对阻燃结构材料进行功能化改性，在具备阻燃功能的同时，可通过添加其它功能化材料，使其具备导电、防水、电磁屏蔽等额外功能。
附图说明
图1为实施例一的表面阻燃结构复合材料结构示意图；
图2为实施例四的表面阻燃结构蜂窝夹芯复合材料结构示意图。
具体实施方式
本发明提及的技术方案主要为复合材料表面阻燃结构材料设计与制备技术，以及阻燃复合材料制备技术。
1.表面阻燃结构材料配方成分设计
本发明提供一种表面阻燃抑烟结构材料，其实体为一种阻燃防火纤维毡，包含以下组分：纤维(无机或有机)10-50份，优选20-40份；阻燃剂10-60份，优选30-60份；粘合剂10-30份，优选10-20份。
纤维形态可为短切纤维(纤维长度在1mm～100mm范围内，优选10～50mm)、连续纤维织物(单向布、平纹编织、斜纹编织)。纤维种类包括天然植物纤维(包括但不限于亚麻、黄麻、苎麻、竹纤维、棉纤维等)、有机纤维(包括但不限于锦纶、氯纶、丙纶、聚酯纤维等)、无机纤维(包括但不限于玻璃纤维、碳纤维、矿物纤维等)等其中的一种或多种纤维混杂。除此之外，处于节约资源的目的，还可选用回收的废旧纤维，包括回收碳纤维、回收玻璃纤维与矿物纤维等。
阻燃剂主要为无卤阻燃剂，包括但不限于无机酸与铝、钙、镁、锌等金属形成的盐类或其组合，其中无机酸选自磷酸、硫酸、硼酸或其组合；所述的盐类可为酸式盐、也可为中性盐。其中优选磷酸钙、磷酸镁、硫酸铝、硼酸锌等；除此之外，还包括聚磷酸铵、焦磷酸三聚氰胺、膨胀石墨、硼酸锌、氢氧化铝、蒙脱土等无机阻燃剂中的单一组分或多种复配协效组合。
粘合剂包括热固性树脂(包括但不限于酚醛树脂、聚酯、环氧树脂)、热塑性树脂(包括但不限于乙酸-醋酸乙烯共聚物、聚醋酸乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯)。
通过调节其中配方的比例，阻燃功能纤维毡的面重在50～300g/㎡范围内调整，厚度在0.2～4mm范围内调整。
2.表面阻燃结构材料制备工艺
本发明涉及的阻燃纤维毡，针对不同阻燃结构中的纤维形态，采用不同的制备方法：
(1)对于以短切纤维为主体的阻燃结构材料
①采用机械混合法：适用于常温固态的阻燃剂与粘合剂。将所述纤维、阻燃剂和粘合剂按照一定比例混合，通过机械混合使阻燃剂与粘合剂粉末均匀分布在纤维表面，参考粘合剂熔融(热塑性树脂)/固化(热固性树脂)温度，加热至80～230℃，使纤维与阻燃剂结合，形成稳定结构阻燃纤维毡。
②纤维毡湿法成型工艺：适用于常温液态阻燃剂为，选择可溶于水或有机溶剂的粘合剂。将所述粘合剂与去离子水或有机溶剂按照一定比例混合，使其充分分散，然后按比例添入纤维与阻燃剂，通过匀速搅拌2～8小时，使阻燃剂与纤维均匀分散，通过筛网过滤后得到纤维毡并置于60℃烘箱干燥1～3小时，然后置于80～230℃温度下固化，得到阻燃纤维毡。在纤维毡湿法混合过程中，可加入消泡剂、抗静电剂、增稠剂等添加剂，促进短切纤维的分散。
(2)对于以连续纤维织物为主体的阻燃结构材料
①粉末喷涂法：对于常温固态的阻燃剂与粘合剂。将所述阻燃剂和粘合剂按照一定比例机械混合，通过碾磨控制颗粒大小至50～500目，采用粉末喷涂法将阻燃剂与粘合剂粉末均匀喷涂在纤维织物表面，参考粘合剂熔融(热塑性树脂)/固化(热固性树脂)温度，加热至80～230℃，使纤维与阻燃剂结合，形成稳定结构阻燃纤维毡。
②液体喷涂法：对于常温液态的阻燃剂，选择可溶于水或有机溶剂的粘合剂。将所述粘合剂与去离子水或有机溶剂按照一定比例混合，使其充分分散，然后按比例添入阻燃剂，通过匀速搅拌2～8小时，使阻燃剂均匀分散，制成阻燃剂-粘合剂混合溶液。通过表面喷涂工艺将混合液喷涂至纤维织物表面，并置于60℃烘箱干燥1～3小时，然后置于80～230℃温度下固化，得到含有阻燃剂的纤维织物。
③纤维织物浸渍法：对于常温液态的阻燃剂，选择可溶于水或有机溶剂的粘合剂。将所述粘合剂与去离子水或有机溶剂按照一定比例混合，使其充分分散，然后按比例添入阻燃剂，通过匀速搅拌2～8小时，使阻燃剂均匀分散，制成混合溶液。然后将纤维织物浸渍在溶液中使其被充分浸润，然后取出置于60℃烘箱干燥1～3小时，然后置于80～230℃温度下固化，得到含有阻燃剂的纤维织物。
(3)阻燃结构材料预浸料形态的制备
阻燃结构材料为纯干态纤维毡，在复合材料制备中，可与同为干态的增强体(纤维或颗粒)一同被树脂浸润成型，适用于传统的液态成型工艺(包括树脂传递模塑RTM、真空导入技术)。然而，随着热压罐技术的发展，将纤维增强体预浸树脂制成的预浸料已得到广泛应用。由于纤维增强体已与树脂按比例混合，制备过程无需注入树脂。
因此，本发明提出阻燃结构的纤维毡预浸料形态，通过纤维毡预浸渍工艺，对阻燃结构材料进行树脂预浸润，制成阻燃结构材料预浸料，不仅可以用于阻燃复合材料的热压罐成型工艺，与纤维增强体共同成型阻燃结构表面的阻燃复合材料，还可直接贴敷在已固化成型的复合材料表面，使其具备阻燃功能，极大的扩展了阻燃结构材料的应用领域。
3.阻燃复合材料与制备技术
本发明提出一种基于表面阻燃结构的阻燃树脂基复合材料，其中表面阻燃防火毡作为功能保护层包覆在复合材料主体表面，视为穿上“防火服”对其进行防火保护，不影响复合材料内部结构，不必过多地考虑表面结构材料与复合材料树脂基体的界面问题。本发明涉及的复合材料可为传统复合材料层合板，也包括复合材料夹芯结构板。
(1)复合材料的成分配方设计
①增强体：增强体可为纤维或颗粒单一组分或组合混杂。
纤维增强体种类包括但不限于：碳纤维、玻璃纤维，以及由碳化硅、氧化铝、石英等形成的纤维，以及由有机高分子(包括聚乙烯、聚丙烯、聚乳酸、聚苯并噻唑、聚苯并咪唑、聚苯并噁嗪、聚芳醚)形成的纤维，其中优选玻璃纤维、碳纤维。增强纤维可以呈短切随机分布、短切单向分布、连续单向或编织形态。编织性质可以选自平纹、斜纹等。
颗粒增强体包括但不限于：金属(铁、钙、镁、铜、银等)及其氧化物颗粒与无机盐类、有机高分子颗粒(聚酰胺、聚酮、聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚醚砜、聚酯、聚苯醚、聚苯乙烯等)。颗粒大小在5～500μm范围内，优选10～100μm。
增强体(纤维、颗粒)可以是上浆剂处理或未处理。典型的上浆剂浓度选择5～35％，优选20～30％。
②树脂基体
树脂基体可灵活选择，热固性树脂与热塑性树脂均适用。可采用地热固性树脂包括但不限于环氧树脂、乙烯基树脂、氰酸酯树脂、异氰酸酯树脂、酚醛树脂、呋喃树脂、苯并噁嗪、聚酯、丙烯酸树脂等。热塑性树脂可选择包括聚乙烯、聚丙烯、聚乳酸、聚酰胺、聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚苯乙烯等在内的常用热塑性树脂材料。
③夹芯材料
对于夹芯结构的复合材料主体，其夹芯材料可灵活选择，包括但不限于：蜂窝夹芯(
Figure BDA0002588560610000121
蜂窝、棉布蜂窝、铝蜂窝)、硬质泡沫(聚氯乙烯、聚氨酯、聚醚酰亚胺、聚甲基丙烯酰亚胺、发泡聚酯等)。
(2)阻燃复合材料制备技术
为适用不同的复合材料制备工艺，阻燃纤维毡材料即可作为干态纯纤维毡，参与复合材料制备，也可预先浸润树脂，制成预浸阻燃纤维毡。与此同时，依照不同的纤维增强体形态、树脂种类，可灵活选择不同的成型制备工艺。
①树脂传递模塑(RTM)技术
阻燃纤维毡形态：干态纯纤维毡
纤维增强体：短切、连续、编织等不同形态纤维毡或与颗粒混杂树脂种类：热固性液态树脂，以及液态热塑性树脂
工艺过程：将裁切好的纤维毡(纤维增强体)依次堆叠，然后在顶层与底层分别覆盖一层(或多层)阻燃功能纤维毡，使其完全覆盖堆叠的纤维毡表面，然后放入RTM模具，接上导管，匀速向模具内注入液态树脂，在树脂完全浸润阻燃纤维毡与纤维增强体后，将模具放入烘箱，按照树脂固化温度设计升温程序，在80～180℃区间内加热固化6～12小时。然后取出成型复合材料。
②真空导入技术
阻燃纤维毡形态：干态纯纤维毡
纤维增强体：短切、连续、编织等不同形态纤维毡或与颗粒混杂
树脂种类：热固性液态树脂，以及液态热塑性树脂
工艺过程：与RTM工艺相似，将裁切好的纤维毡(纤维增强体)依次堆叠，然后在顶层与底层分别覆盖一层(或多层)阻燃功能纤维毡，使其完全覆盖堆叠的纤维毡表面，然后置于平板模具上，随后依次放上脱模布、导流网，并在四周贴上密封胶条并覆盖真空袋薄膜，接上真空管后开始抽真空，通过真空负压将树脂引入并通过导流网浸润纤维毡，在树脂完全浸润后将模具放入烘箱，按照树脂固化温度设计升温程序，在80～180℃区间内加热固化6～12小时。然后取出成型复合材料。
③模压成型技术(针对热塑性树脂)
阻燃纤维毡形态：干态纯纤维毡
纤维增强体：短切、连续、编织等不同形态纤维毡或织物或与颗粒混杂
树脂种类：热塑性树脂
工艺过程：将热塑性树脂材料在熔融温度下模压成厚度为0.2～1mm的片材，与阻燃纤维毡、纤维增强体一同按尺寸裁切好，并依次将增强体与树脂片材交替堆叠，最后在上下表面放置阻燃纤维毡，置于热压机中，根据不同的树脂固化温度，对其进行加热，并在1-10MPa的压力下成型。
④模压成型技术(针对热固性树脂)
阻燃纤维毡形态：干态纯纤维毡
纤维增强体：短切、连续、编织等不同形态纤维毡或织物或与颗粒混杂
树脂种类：热固性树脂
工艺过程：将阻燃纤维毡、纤维增强体一同按尺寸裁切好，按照结构设计将阻燃纤维毡与纤维增强体堆叠在模具内，并导入液态热固性树脂，将模具置于热压机中，根据不同的树脂固化温度，加热并在1-10MPa的压力下固化成型。
⑤热压罐或非热压罐成型技术
阻燃纤维毡形态：纤维毡预浸料
纤维增强体：纤维增强预浸料(包括短切、连续、编织等不同纤维形态)
树脂种类：热固性树脂与热塑性树脂
工艺过程：将纤维毡预浸料与纤维增强预浸料按照结构设计依次铺贴在模具内，然后覆盖真空袋接好真空管，设置好升温速率，在80～300℃区间内加热并将真空压力调至0.6-1bar的范围，按照固化要求保持压力与固化温度，直至材料固化完全。
4.具体实施方式
以下通过实施例对本发明进行进一步描述，有必要在此指出的是，一下实施例只用于对本发明做进一步的说明，不能理解为多本发明保护范围的限制。
(1)实施例一
阻燃结构材料M1：将膨胀石墨(50份)、玻璃纤维(20份)、矿物纤维(10份)、聚酯(20份)在水溶液中分散，通过匀速搅拌8小时得到均匀分散悬浊液，通过筛网过滤后得到面重为100g/㎡，厚度为0.5mm，含有膨胀石墨的纤维毡，并置于60℃烘箱干燥1～3小时，然后置于80℃温度下固化，得到阻燃纤维毡。然后，通过树脂浸渍设备将阻燃纤维毡浸渍环氧树脂，制成树脂重量百分含量50％的预浸料，用于复合材料制备。
复合材料C1：采用碳纤维增强环氧预浸料(树脂重量百分含量50％)，将阻燃纤维毡作为复合材料表面层，置于预浸料整体的上下表面，通过非热压罐成型工艺，在120℃，0.8bar的真空压力下成型。阻燃纤维毡与碳纤维通过树脂固化结合为一体，成为复合材料上下表面的保护层(如图1所示)。材料性能对比如表1所示，可见阻燃复合材料极限氧指数显著提升，最大平均热释放速率下降显著，但拉伸强度与模量有所下降。可见阻燃纤维毡M1可有效提升材料阻燃性能，但对材料拉伸性能也造成一定影响。
表1:实施例一阻燃复合材料性能对比
Figure BDA0002588560610000151
(2)实施例二
阻燃结构材料M2：将膨胀石墨(60份)、玻璃纤维(10份)、矿物纤维(10份)、聚酯(20份)在水溶液中分散，通过匀速搅拌8小时得到均匀分散悬浊液，通过筛网过滤后得到面重为150g/㎡，厚度为0.5mm，含有膨胀石墨的纤维毡，并置于60℃烘箱干燥1～3小时，然后置于80℃温度下固化，得到阻燃纤维毡。然后，通过树脂浸渍设备将阻燃纤维毡浸渍环氧树脂，制成树脂重量百分含量50％的预浸料，用于复合材料制备。
复合材料C2：与实施例一同样，采用碳纤维增强环氧预浸料(树脂重量百分含量50％)，将阻燃纤维毡作为复合材料表面层，置于预浸料整体的上下表面，通过非热压罐成型工艺，在120℃，0.8bar的真空压力下成型。阻燃纤维毡与碳纤维通过树脂固化结合为一体，成为复合材料上下表面的保护层。材料性能对比如表2所示，可见M2阻燃材料不但可有效提升材料阻燃性能，还对复合材料自身拉伸强度与模量影响较小。
表2:实施例二阻燃复合材料性能对比
Figure BDA0002588560610000152
Figure BDA0002588560610000161
(3)实施例三
阻燃结构材料M2：材料配方与制备方法同实施例二
复合材料C3：采用碳纤维增强阻燃型环氧预浸料(树脂重量百分含量50％)，将阻燃纤维毡作为复合材料表面层，置于预浸料整体的上下表面，通过非热压罐成型工艺，在120℃，0.8bar的真空压力下成型。阻燃纤维毡与碳纤维通过树脂固化结合为一体，成为复合材料上下表面的保护层。材料性能对比如表3所示，可见M2阻燃材料可有效提升材料阻燃性能。通过对比EN45545标准要求，复合材料C3已部分满足标准要求，可用于轨道交通列车部件。
表3:实施例三阻燃复合材料性能对比
Figure BDA0002588560610000162
(4)实施例四
阻燃结构材料M1：材料配方与制备方法同实施例一
复合材料C4：采用与实施例三相同的碳纤维增强阻燃型环氧预浸料(树脂重量百分含量50％)，采用Nomex蜂窝，将阻燃纤维毡作为复合材料表面层，置于预浸料整体的上下表面，蜂窝材料为夹芯结构(如图2).通过非热压罐成型工艺，在120℃，0.8bar的真空压力下成型。材料性能对比如表4所示，可见M1阻燃材料可有效提升蜂窝材料阻燃性能，还提升材料失效载荷，在一定程度上提升复合材料力学性能。通过对比EN45545标准要求，复合材料C4也满足标准要求，可用于轨道交通列车部件。
表4:实施例四阻燃蜂窝夹芯复合材料性能对比
Figure BDA0002588560610000171
(5)实施例五
阻燃结构材料M2：材料配方与制备方法同实施例二
复合材料C5：采用与实施例三相同的碳纤维增强阻燃型环氧预浸料(树脂重量百分含量50％)，采用Nomex蜂窝，将阻燃纤维毡作为复合材料表面层，置于预浸料整体的上下表面，蜂窝材料为夹芯结构(如图2)。通过非热压罐成型工艺，在120℃，0.8ba的真空压力下成型。材料性能对比如表5所示，可见M2阻燃材料可有效提升蜂窝材料阻燃性能，降低热释放速率以及发烟量，还提升材料弯曲失效载荷，在一定程度上提升复合材料力学性能。通过对比EN45545标准要求，复合材料C5完全满足标准最高HL3等级要求，可用于轨道交通列车部件。
表5:实施例五阻燃蜂窝夹芯复合材料性能对比
Figure BDA0002588560610000172
Figure BDA0002588560610000181

Claims (8)

1.一种结构阻燃功能性复合材料，其特征在于：包含阻燃防火纤维毡和复合材料，所述阻燃防火纤维毡包覆于复合材料主体表面，所述阻燃防火纤维毡面重为50～300g/㎡，厚度为0.2～4mm；
所述阻燃防火纤维毡包含纤维10-50份，阻燃剂10-60份，粘合剂10-30份，所述纤维种类包括天然植物纤维、有机纤维、无机纤维中的一种或多种，所述阻燃剂为无卤阻燃剂，所述粘合剂为热固性树脂或热塑性树脂；
所述复合材料包含增强体、树脂基体和夹芯材料，所述增强体为纤维增强体或颗粒增强体单一组分或组合混杂，所述颗粒增强体大小为5～500μm，所述树脂基体为热塑性树脂或热固性树脂。
2.根据权利要求1所述结构阻燃功能性复合材料，其特征在于：所述纤维形态为短切纤维，所述短切纤维长度为1mm～100mm。
3.根据权利要求1所述结构阻燃功能性复合材料，其特征在于：所述纤维形态为连续纤维织物。
4.根据权利要求2所述结构阻燃功能性复合材料的制备方法，其特征在于包含以下步骤：
（1）阻燃防火纤维毡的制备，通过A.机械混合法或B.纤维毡湿法成型工艺制备而成；
所述A.机械混合法，适用于常温固态的阻燃剂与粘合剂，将所述纤维、阻燃剂和粘合剂按照一定比例混合，通过机械混合使阻燃剂与粘合剂粉末均匀分布在纤维表面，参考粘合剂熔融、固化温度，加热至80～230°C，使纤维与阻燃剂结合，形成稳定结构阻燃纤维毡；
所述B.纤维毡湿法成型工艺，适用于常温液态阻燃剂以及可溶于水或有机溶剂的粘合剂，将所述粘合剂与去离子水或有机溶剂按照一定比例混合，使其充分分散，然后按比例添入纤维与阻燃剂，通过匀速搅拌2～8小时，使阻燃剂与纤维均匀分散，通过筛网过滤后得到纤维毡并置于60°C烘箱干燥1～3小时，然后置于80～230°C温度下固化，得到阻燃纤维毡；
（2）阻燃复合材料的制备，通过A.树脂传递模塑技术或B.真空导入技术或C.模压成型技术制备而成；
所述A.树脂传递模塑技术，即：将裁切好的纤维增强体依次堆叠，然后在顶层与底层分别覆盖至少一层阻燃防火纤维毡，使其完全覆盖堆叠的纤维增强体表面，然后放入RTM模具，接上导管，匀速向模具内注入液态树脂，在树脂完全浸润阻燃防火纤维毡与纤维增强体后，将模具放入烘箱，按照树脂固化温度设计升温程序，在80～180°C区间内加热固化6～12小时，然后取出成型复合材料；
所述B.真空导入技术，即：将裁切好的纤维增强体依次堆叠，然后在顶层与底层分别覆盖至少一层阻燃防火纤维毡，使其完全覆盖堆叠的纤维增强体表面，然后置于平板模具上，随后依次放上脱模布、导流网，并在四周贴上密封胶条并覆盖真空袋薄膜，接上真空管后开始抽真空，通过真空负压将树脂引入并通过导流网浸润纤维毡，在树脂完全浸润后将模具放入烘箱，按照树脂固化温度设计升温程序，在80～180°C区间内加热固化6～12小时，然后取出成型复合材料；
所述C.模压成型技术，即：①当树脂基体为热塑性树脂时，将热塑性树脂材料在熔融温度下模压成厚度为0.2～1 mm的片材，与阻燃防火纤维毡、纤维增强体一同按尺寸裁切好，并依次将增强体与树脂片材交替堆叠，最后在上下表面放置阻燃防火纤维毡，置于热压机中，根据不同的树脂固化温度，对其进行加热，并在1-10MPa的压力下成型；②当树脂基体为热固性树脂时，将阻燃防火纤维毡、纤维增强体一同按尺寸裁切好后，按照结构设计堆叠在模具内，并导入液态热固性树脂，将模具置于热压机中，根据不同的树脂固化温度，加热并在1-10MPa的压力下固化成型。
5.根据权利要求3所述结构阻燃功能性复合材料的制备方法，其特征在于包含以下步骤：
（1）阻燃防火纤维毡的制备，通过A.粉末喷涂法或B.液体喷涂法或C.纤维织物浸渍法制备而成；
所述A.粉末喷涂法，适用于常温固态的阻燃剂与粘合剂，将所述阻燃剂和粘合剂按照一定比例机械混合，通过碾磨控制颗粒大小至50～500目，采用粉末喷涂法将阻燃剂与粘合剂粉末均匀喷涂在纤维织物表面，参考粘合剂熔融、固化温度，加热至80～230°C，使纤维与阻燃剂结合，形成稳定结构阻燃纤维毡；
所述B.液体喷涂法，适用于常温液态的阻燃剂以及可溶于水或有机溶剂的粘合剂，将所述粘合剂与去离子水或有机溶剂按照一定比例混合，使其充分分散，然后按比例添入阻燃剂，通过匀速搅拌2～8小时，使阻燃剂均匀分散，制成阻燃剂-粘合剂混合溶液；通过表面喷涂工艺将混合液喷涂至纤维织物表面，并置于60°C烘箱干燥1～3小时，然后置于80～230°C 温度下固化，得到含有阻燃剂的纤维织物；
所述C.纤维织物浸渍法，适用于常温液态的阻燃剂，选择可溶于水或有机溶剂的粘合剂，将所述粘合剂与去离子水或有机溶剂混合，使其充分分散，然后按比例添入阻燃剂，通过匀速搅拌2～8小时，使阻燃剂均匀分散，制成混合溶液；然后将纤维织物浸渍在溶液中使其被充分浸润，然后取出置于60°C烘箱干燥1～3小时，然后置于80～230°C 温度下固化，得到含有阻燃剂的纤维织物；
（2）阻燃复合材料的制备，通过A.树脂传递模塑技术或B.真空导入技术或C.模压成型技术制备而成；
所述A.树脂传递模塑技术，即：将裁切好的纤维增强体依次堆叠，然后在顶层与底层分别覆盖至少一层阻燃防火纤维毡，使其完全覆盖堆叠的纤维增强体表面，然后放入RTM模具，接上导管，匀速向模具内注入液态树脂，在树脂完全浸润阻燃防火纤维毡与纤维增强体后，将模具放入烘箱，按照树脂固化温度设计升温程序，在80～180°C区间内加热固化6～12小时，然后取出成型复合材料；
所述B.真空导入技术，即：将裁切好的纤维增强体依次堆叠，然后在顶层与底层分别覆盖至少一层阻燃防火纤维毡，使其完全覆盖堆叠的纤维增强体表面，然后置于平板模具上，随后依次放上脱模布、导流网，并在四周贴上密封胶条并覆盖真空袋薄膜，接上真空管后开始抽真空，通过真空负压将树脂引入并通过导流网浸润纤维毡，在树脂完全浸润后将模具放入烘箱，按照树脂固化温度设计升温程序，在80～180°C区间内加热固化6～12小时，然后取出成型复合材料；
所述C.模压成型技术，即：①当树脂基体为热塑性树脂时，将热塑性树脂材料在熔融温度下模压成厚度为0.2～1 mm的片材，与阻燃防火纤维毡、纤维增强体一同按尺寸裁切好，并依次将增强体与树脂片材交替堆叠，最后在上下表面放置阻燃防火纤维毡，置于热压机中，根据不同的树脂固化温度，对其进行加热，并在1-10MPa的压力下成型；②当树脂基体为热固性树脂时，将阻燃防火纤维毡、纤维增强体一同按尺寸裁切好后，按照结构设计堆叠在模具内，并导入液态热固性树脂，将模具置于热压机中，根据不同的树脂固化温度，加热并在1-10MPa的压力下固化成型。
6.根据权利要求2所述结构阻燃功能性复合材料的制备方法，其特征在于包含以下步骤：
（1）阻燃防火纤维毡的制备，通过A.机械混合法或B.纤维毡湿法成型工艺制备而成；
所述A.机械混合法，适用于常温固态的阻燃剂与粘合剂，将所述纤维、阻燃剂和粘合剂按照一定比例混合，通过机械混合使阻燃剂与粘合剂粉末均匀分布在纤维表面，参考粘合剂熔融、固化温度，加热至80～230°C，使纤维与阻燃剂结合，形成稳定结构阻燃纤维毡；
所述B.纤维毡湿法成型工艺，适用于常温液态阻燃剂以及可溶于水或有机溶剂的粘合剂，将所述粘合剂与去离子水或有机溶剂按照一定比例混合，使其充分分散，然后按比例添入纤维与阻燃剂，通过匀速搅拌2～8小时，使阻燃剂与纤维均匀分散，通过筛网过滤后得到纤维毡并置于60°C烘箱干燥1～3小时，然后置于80～230°C温度下固化，得到阻燃纤维毡；
（2）通过纤维毡预浸渍工艺，对阻燃防火纤维毡进行树脂预浸润，制成阻燃防火纤维毡预浸料；
（3）阻燃复合材料的制备，通过热压罐或非热压罐成型技术制备而成；
所述热压罐或非热压罐成型技术，即：将阻燃防火纤维毡预浸料与纤维增强预浸料按照结构设计依次铺贴在模具内，然后覆盖真空袋接好真空管，设置好升温速率，在80～300°C区间内加热并将真空压力调至0.6-1bar的范围，按照固化要求保持压力与固化温度，直至材料固化完全。
7.根据权利要求3所述结构阻燃功能性复合材料的制备方法，其特征在于包含以下步骤：
（1）阻燃防火纤维毡的制备，通过A.粉末喷涂法或B.液体喷涂法或C.纤维织物浸渍法制备而成；
所述A.粉末喷涂法，适用于常温固态的阻燃剂与粘合剂，将所述阻燃剂和粘合剂按照一定比例机械混合，通过碾磨控制颗粒大小至50～500目，采用粉末喷涂法将阻燃剂与粘合剂粉末均匀喷涂在纤维织物表面，参考粘合剂熔融、固化温度，加热至80～230°C，使纤维与阻燃剂结合，形成稳定结构阻燃纤维毡；
所述B.液体喷涂法，适用于常温液态的阻燃剂以及可溶于水或有机溶剂的粘合剂，将所述粘合剂与去离子水或有机溶剂按照一定比例混合，使其充分分散，然后按比例添入阻燃剂，通过匀速搅拌2～8小时，使阻燃剂均匀分散，制成阻燃剂-粘合剂混合溶液；通过表面喷涂工艺将混合液喷涂至纤维织物表面，并置于60°C烘箱干燥1～3小时，然后置于80～230°C 温度下固化，得到含有阻燃剂的纤维织物；
所述C.纤维织物浸渍法，适用于常温液态的阻燃剂，选择可溶于水或有机溶剂的粘合剂，将所述粘合剂与去离子水或有机溶剂混合，使其充分分散，然后按比例添入阻燃剂，通过匀速搅拌2～8小时，使阻燃剂均匀分散，制成混合溶液；然后将纤维织物浸渍在溶液中使其被充分浸润，然后取出置于60°C烘箱干燥1～3小时，然后置于80～230°C 温度下固化，得到含有阻燃剂的纤维织物；
（2）通过纤维毡预浸渍工艺，对阻燃防火纤维毡进行树脂预浸润，制成阻燃防火纤维毡预浸料；
（3）阻燃复合材料的制备，通过热压罐或非热压罐成型技术制备而成；
所述热压罐或非热压罐成型技术，即：将阻燃防火纤维毡预浸料与纤维增强预浸料按照结构设计依次铺贴在模具内，然后覆盖真空袋接好真空管，设置好升温速率，在80～300°C区间内加热并将真空压力调至0.6-1bar的范围，按照固化要求保持压力与固化温度，直至材料固化完全。
8.根据权利要求4或6所述制备方法，其特征在于，所述步骤（1）B.纤维毡湿法成型工艺，在纤维毡湿法混合过程中，可加入添加剂：消泡剂、抗静电剂或增稠剂，促进短切纤维的分散。
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CN113234311B (zh) * 2021-05-07 2022-12-09 广州维邦新材料科技有限公司 一种自隔离耐火阻燃pc、pbt复合材料
CN114044124A (zh) * 2021-11-25 2022-02-15 江西九由航空装备有限公司 航空发动机舱壁复合材料整流罩高性能专用隔热件
CN114228278A (zh) * 2021-11-30 2022-03-25 北新集团建材股份有限公司 一种矿棉板及其制备方法
CN117146649B (zh) * 2023-08-17 2024-05-07 咸宁海威复合材料制品有限公司 一种低播焰性船用复合装甲

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112166664B (zh) * 2016-11-23 2020-04-17 上海空间推进研究所 一种航天器推进剂贮箱热防护及地面加热方法
CN106739237A (zh) * 2016-12-15 2017-05-31 中国航空工业集团公司基础技术研究院 一种多重防护复合材料及其制备方法
CN210026533U (zh) * 2019-05-08 2020-02-07 航天海鹰(镇江)特种材料有限公司 一种复合气凝胶隔热毯
CN110894341A (zh) * 2019-10-18 2020-03-20 成都鲁晨新材料科技有限公司 无卤阻燃环氧预浸料及其复合材料
CN111016307A (zh) * 2019-12-20 2020-04-17 江苏佰大铝业科技有限公司 一种幕墙用隔音复合铝板及其制备方法

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