专利名称：一种空间结构有序阻燃导热型树脂基复合材料的制备方法
一种空间结构有序阻燃导热型树脂基复合材料的制备方法技术领域：
本发明涉及高分子复合材料深加工与应用领域，尤其涉及一种空间结构有 序阻燃导热型树脂基复合材料的制备方法。背景技术：
首先，环氧树脂形式多样、固化方便、粘附力强、收縮性低、力学性能优 良、化学稳定性与尺寸稳定性好，上述许多性能的综合，使环氧树脂体系具有 突出的尺寸稳定性和耐久性。
但环氧树脂的固有缺点是耐冲击损伤能力差，韧性差脆性大，耐热阻燃性
能低(小于17(TC)。
环氧树脂基复合材料具有如下特性(l)密度小，比强度和比模量高。高模 量碳纤维环氧复合材料的比强度为钢的5倍、铝合金的4倍，钴合金的3.2倍。 其比模量是钢、铝合金的5.5-6倍。因此，在强度和刚度相同的情况下碳纤维 环氧复合材料构件的重量可以大大减轻。在节省能源、提高构件的使用性能方 面，是现有任何金属材料所不能相比的。(2)疲劳强度髙，破损安全特性好。环 氧复合材料在静载荷或疲劳载荷作用下，首先在最薄弱处出现损伤，如横向裂 纹、界面脱胶、分层、纤维断裂等。然而众多的纤维和界面会阻止或延缓裂纹 的扩展，基体会迅速把载荷重新分配并通过界面传递到末断纤维上，使整个构 件能继续承载，不会立即整体断裂。疲劳过程中裂纹扩展很慢，直到疲劳寿命 的90%左右才迅速断裂。整体断裂前有明显预兆，所以破损安全特性好。而金 属材料在疲劳载荷下常常是没有明显预兆的突发性破坏。(3)减振性能好。结构 的自振频率除了与结构本身形状有关外，还与材料比模量的平方根成正比。环 氧复合材料具有高的比模量，因此也具有高的自振频率。高的自振频率不易引起工作时的共振，能避免因共振而产生的早期破损。同时，复合材料中纤维与 基体间的界面具有吸振能力，因此它的振动阻尼很高。对形状和尺寸相同的轻金属合金梁及碳纤维复合材料梁进行振动试验表明轻合金梁需9s才能停止振 动，而复合材料梁只需2.5s就静止了。 (4)耐腐蚀性能、介电性能、透电磁波 性能及综合性能好。(5)可用模具一次成型整体构件，减少了零部件、紧固件和 接头数目，改善了受力状态，节省了原材料，减轻了构件的重量。所用工装简 单，生产周期短，成本可大大降低。(6)各向异性及材料性能的可设计性。可根 据工程结构的载荷分布及使用条件进行配方设计和铺层设计。合理地、有效地 发挥各组成材料的作用和潜在性能，满足材料性能的预定要求，实现构件的优 化设计，安全可靠、经济合理。因此，在实际工程中环氧树脂复合材料多用于 对使用性能要求高的场合。如火箭尾翼片、穿甲弹弹托、声纳鳍板等。还用作 功能性塑料，如电子元件的塑封材料、水润滑塑料轴承等。高性能环氧复合材 料主要用作飞机、卫星、航天器等的结构件，固体火箭发动机壳体，以及高级 体育用品如球拍、球捧、钓鱼杆、赛艇等。而环氧复合材料的主要缺点是耐老化性较差，耐热阻燃性不很高，横向 性能和层间剪切强度不够好。其次，随着高分子材料阻燃技术的发展和应用领域的拓展，具有特色的新型 阻燃剂和阻燃技术的研究正日益引起重视。卤系阻燃剂是目前世界上产量最大 的有机阻燃剂之一，在20世纪70年代至80年代中期，经历了一个快速发展的黄 金时代。虽然含卤阻燃材料显示了优越的阻燃性，但燃烧时产生较多的烟雾和 有毒的、腐蚀性的气体(卤化氢)。这种气体是火灾中最危险的因素，因为它们 的扩散速度远大于火焰的扩散速度，在火灾中妨碍了人们的撤离和扑灭工作， 使生命财产遭受严重损失。由于含卤阻燃剂对社会环境以及人们生活的危害性， 无卤阻燃剂的研究得以快速发展。无卤无机阻燃剂主要为氢氧化铝、氢氧化镁等碱性金属化合物。氢氧化铝资源丰富，价格便宜，具有无毒、不挥发、不析出、不产生腐蚀性气体、发烟 量低等优点，是国际市场上消耗量最大，而且用途最广的阻燃剂。氢氧化镁阻 燃剂的开发晚于氢氧化铝，同样具有无毒、无烟、无腐蚀性、安全价廉的优点， 而且开始释放结晶水的温度高于氢氧化铝，对于某些需要在较高温度下加工的塑料制品而言，氢氧化镁更为合适。A1(0H)3、 Mg(0H)2阻燃机理被认为是以下几 种机理协同作用的结果。A1(0H)3、 Mg(0H)2作为填充剂，使可燃性高聚物的浓度 下降;在30(TC以上脱水吸热，抑制高聚物的温度升高；A1(0H)" Mg(0H)2脱水放 出的水汽稀释可燃性气体和氧气的浓度，可阻止燃烧；A1(0H)3、 Mg(0H)2脱水后 在可燃物表面生成金属氧化物保护层，起隔离作用，阻止其继续燃烧。第三，传导相选用的材料为超微细氮化硅、碳化硅、碳纳米管、碳黑等纳 米级至亚微米级粉体。传导相颗粒的原始粒度细，不仅能提髙复合材料的导热 性能，还具有更好的增强效果以及导电性能。其中高导热性氮化硅在陶瓷材料 中有"全能冠军"之称，既是优良的高温结构材料，又是新型的功能材料，在陶瓷 发动机、微电子学、空间科学和核动力工程等领域具有广阔的应用前景。
发明内容本发明的目的就是解决现有技术中的问题，提出一种空间结构有序阻燃导 热型树脂基复合材料的制备方法，能够提高环氧树脂基复合材料的热导率与阻 燃效率，扩大用途。为实现上述目的，本发明提出了 一种空间结构有序阻燃导热型树脂基复合 材料的制备方法，将阻燃剂与树脂在120-22(TC温度范围内进行共混造粒制备微 米级复合颗粒，再利用PCS微纳米颗粒复合化系统将超微细导热型传导相粉体 包覆在上述微米级复合颗粒上，最后通过热压成形工艺制备具有三维空间结构 有序的阻燃导热型树脂基复合材料。作为优选，阻燃剂的质量百分比小于或等于70%，超微细导热型传导相粉体 的质量百分比为5-25%。6作为优选，所选用的树脂为热固性环氧树脂。 作为,，所选用的阻燃剂为无卤无机阻燃剂。作为优选，所选用的无卤无机阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁、硼酸锌、无 机磷化合物、碱性金属化合物中的任意一种。作为优选，所选用的阻燃剂为无卤有机阻燃剂。 作为优选，所选用的无卤有机阻燃剂为有机硅系阻燃剂。作为优选，所选用的阻燃剂为卤化物、磷酸酯、氧化锑、硼酸锌、红磷中 的任意一种。作为优选，所述传导相粉体采用纳米级至亚微米级导热型粉体。 作为优选，所述传导相粉体采用超微细氮化硅、碳化硅、碳纳米管、碳黑 中的任意一种。本发明的有益效果本发明一是阻燃剂均匀分散在环氧树脂基体中，能充 分发挥阻燃剂在环氧树脂基体中的体积效应；二是纳米或亚微米级导热粉体均 匀包覆在"阻燃剂-环氧树脂"复合颗粒上，形成的球形复合颗粒能充分发挥传 导相在复合颗粒的表面效应。最终的复合材料具有三维空间结构有序，三相各 自互相贯通，微观有序。提高了环氧树脂基复合材料的热导率与阻燃效率，扩 大了其用途。本发明的特征及优点将通过实施例进行详细说明。具体实施方式
实施例一-用开炼机将10%的氢氧化铝阻燃剂与环氧树脂、固化剂、促进剂、改性剂、 稀释剂、偶联剂和其他助剂在12(TC温度下，进行共混、造粒，制备40^m的复 合粉体；再利用PCS微纳米颗粒复合化系统将5%的90nm氮化硅包覆在上述微米 级复合颗粒上。最后通过热压成形工艺制备具有空间结构有序的阻燃导热树脂 基复合材料。实施例二用密炼机将30%的氢氧化镁阻燃剂与环氧树脂、固化剂、促进剂、改性剂、 稀释剂、偶联剂和其他助剂在15(TC温度下，进行共混、造粒，制备50um的复 合粉体；再利用PCS微纳米颗粒复合化系统将10%的0. 5 u m碳化硅包覆在上述 微米级复合颗粒上。最后通过热压成形工艺制备具有空间结构有序的阻燃导热 树脂基复合材料。实施例三用开炼机将50%的有机硅系阻燃剂与环氧树脂、固化剂、促进剂、改性剂、 稀释剂、偶联剂和其他助剂在17(TC温度下，进行共混、造粒，制备60um的 复合粉体；再利用PCS微纳米颗粒复合化系统将15%的80nm碳黑包覆在上述微 米级复合颗粒上。最后通过热压成形工艺制备具有空间结构有序的阻燃传导树 脂基复合材料。实施例四用开炼机将70%的红磷阻燃剂与环氧树脂、固化剂、促进剂、改性剂、稀释 剂、偶联剂和其他助剂在22(TC温度下，进行共混、造粒，制备70yra的复合 粉体；再利用PCS微纳米颗粒复合化系统将25%的lOOnm碳纳米管包覆在上述微 米级复合颗粒上。最后通过热压成形工艺制备具有三维空间结构有序的阻燃传 导树脂基复合材料。虽然本发明己通过参考优选的实施例进行了图示和描述，但是，本专业普 通技术人员应当了解，在权利要求书的范围内，可作形式和细节上的各种各样 变化。
权利要求
1.一种空间结构有序阻燃导热型树脂基复合材料的制备方法，其特征在于将阻燃剂与树脂在120-220℃温度范围内进行共混造粒制备微米级复合颗粒，再利用PCS微纳米颗粒复合化系统将超微细导热型传导相粉体包覆在上述微米级复合颗粒上，最后通过热压成形工艺制备具有三维空间结构有序的阻燃导热型树脂基复合材料。
2. 如权利要求1所述的一种空间结构有序阻燃导热型树脂基复合材料的制备方 法，其特征在于阻燃剂的质量百分比小于或等于70%，超微细导热型传导 相粉体的质量百分比为5-25%。
3. 如权利要求1所述的一种空间结构有序阻燃导热型树脂基复合材料的制备方 法，其特征在于所选用的树脂为热固性环氧树脂。
4. 如权利要求1所述的一种空间结构有序阻燃导热型树脂基复合材料的制备方 法，其特征在于所选用的阻燃剂为无卤无机阻燃剂。
5. 如权利要求4所述的一种空间结构有序阻燃导热型树脂基复合材料的制备方 法，其特征在于所选用的无卤无机阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁、硼酸锌、无机磷化合物、碱性金属化合物中的任意一种。
6. 如权利要求1所述的一种空间结构有序阻燃导热型树脂基复合材料的制备方 法，其特征在于所选用的阻燃剂为无卤有机阻燃剂。
7. 如权利要求6所述的一种空间结构有序阻燃导热型树脂基复合材料的制备方 法，其特征在于所选用的无卤有机阻燃剂为有机硅系阻燃剂。
8. 如权利要求1所述的一种空间结构有序阻燃导热型树脂基复合材料的制备方法，其特征在于所选用的阻燃剂为卤化物、磷酸酯、氧化锑、硼酸锌、红 磷中的任意一种。
9. 如权利要求1所述的一种空间结构有序阻燃导热型树脂基复合材料的制备方 法，其特征在于所述传导相粉体采用纳米级至亚微米级导热型粉体。
10. 如权利要求9所述的一种空间结构有序阻燃导热型树脂基复合材料的制备方 法，其特征在于所述传导相粉体采用超微细氮化硅、碳化硅、碳纳米管、碳黑中的任意一种。
全文摘要
本发明公开了一种空间结构有序阻燃导热型树脂基复合材料的制备方法，将阻燃剂与树脂在120-220℃温度范围内进行共混造粒制备微米级复合颗粒，再利用PCS微纳米颗粒复合化系统将超微细导热型传导相粉体包覆在上述微米级复合颗粒上，最后通过热压成形工艺制备具有三维空间结构有序的阻燃导热型树脂基复合材料。本发明阻燃剂均匀分散在环氧树脂基体中，能充分发挥阻燃剂在环氧树脂基体中的体积效应；纳米或亚微米级导热粉体均匀包覆在“阻燃剂-环氧树脂”复合颗粒上，形成的球形复合颗粒能充分发挥传导相在复合颗粒的表面效应；复合材料具有三维空间结构有序，三相各自互相贯通，微观有序。提高了环氧树脂基复合材料的热导率与阻燃效率，扩大了其用途。
文档编号C08K5/54GK101597419SQ200910099999
公开日2009年12月9日 申请日期2009年6月24日 优先权日2009年6月24日
发明者欣 张, 杨玉芬, 伟 王, 盖国胜, 怀 董 申请人:长兴清华粉体及新材料工程中心有限公司