一种含有磷腈阻燃剂的碳纤维复合材料及其制备方法与流程

技术特征：

1.一种含有磷腈阻燃剂的碳纤维复合材料，其特征在于，所述碳纤维复合材料由如下重量份的组分制备得到：

2.根据权利要求1所述的含有磷腈阻燃剂的碳纤维复合材料，其特征在于，所述无卤磷腈阻燃剂具有式Ⅰ所示结构：

式Ⅰ中，R₁和R₂独立地为满足其化学环境的任意惰性亲核基团，R₃和R₄为满足其化学环境的任意有机基团，X₁和X₂独立地为-O-Ar-O-、-S-R₅-S-、-NH-R₆-NH-、-NH-R₇-O-、-S-R₁₁NH-、-O-R₁₂COO-或-S-R¹³COO-中的任意一种，R₅、R₆、R₇、R₈、R₉、R₁₀、R₁₁、R₁₂和R₁₃为满足其化学环境的任意有机基团，Y₁和Y₂独立地为满足其化学环境的任意亲核基团；M为环三磷腈基M₁、环四以上磷腈基M₂或非环状聚磷腈基M₃中的任意一种或至少两种的组合，m、n为大于等于零的整数；a、b、c、d为大于等于零的整数，c、d两者不能同时为零，且a+b+c+d+2等于M基团上磷原子个数的2倍。

3.根据权利要求2所述的含有磷腈阻燃剂的碳纤维复合材料，其特征在于，R₁和R₂独立地为取代或未取代的烷氧基、取代或未取代的环烷氧基、取代或未取代的芳氧基、取代或未取代的芳基烷氧基、取代或未取代的杂芳基烷氧基、取代或未取代的烷基硫基、取代或未取代的芳基硫基、取代或未取代的羧酸酯基、取代或未取代的碳酸酯基、取代或未取代的磺酸酯基或取代或未取代的膦酸酯基中的任意一种；所述烷氧基、环烷氧基、芳氧基、芳基烷氧基、杂芳基烷氧基、烷基硫基、芳基硫基、碳酸酯基、磺酸酯基或膦酸酯基的取代基独立地为直链或支链烷基、烷氧基、环烷氧基、芳基、芳氧基、芳基烷氧基、杂芳基、烷基硫基、芳基硫基、羧酸酯基、碳酸酯基、磺酸酯基或膦酸酯基中的任意一种或至少两种的组合，所述取代基不含有反应性封端基团；

优选地，R₃和R₄独立地为取代或未取代的直链或支链亚烷基、取代的或未取代的亚环烷基、取代的或未取代的亚芳基、取代的或未取代的亚杂芳基、取代的或未取代的亚芳基亚烷基、取代的或未取代的亚烷基亚芳基、取代的或未取代的亚烷基亚杂芳基或取代的或未取代的亚杂芳基亚烷基中的任意一种；

优选地，R₅、R₆、R₇、R₈、R₁₁、R₁₂和R₁₃独立地为取代或未取代的直链或支链亚烷基、取代的或未取代的亚环烷基、取代的或未取代的亚芳基、取代的或未取代的亚杂芳基、取代的或未取代的亚芳基亚烷基、取代的或未取代的亚烷基亚芳基、取代的或未取代的亚烷基亚杂芳基或取代的或未取代的亚杂芳基亚烷基中的任意一种；

优选地，R₉和R₁₀独立地为取代或未取代的直链或支链烷基、取代的或未取代的环烷基、取代的或未取代的烷氧基、取代的或未取代的环烷氧基、取代的或未取代的芳基、取代的或未取代的杂芳基、取代的或未取代的取代或未取代的芳氧基、取代或未取代的芳基烷氧基、取代或未取代的烷基芳氧基、取代或未取代的杂芳基烷氧基、取代或未取代的烷氧基杂芳基、取代或未取代的杂芳基氧烷基、取代或未取代的烷基杂芳基、取代或未取代的烷基芳基、取代或未取代的芳基烷基、取代或未取代的烷基杂芳基、取代或未取代的烷基硫基、取代或未取代的芳基硫基、取代或未取代的羧酸酯基、取代或未取代的碳酸酯基、取代或未取代的磺酸酯基或取代或未取代的膦酸酯基中的任意一种；

优选地，Y₁和Y₂独立地为取代或未取代的烷氧基、取代或未取代的环烷氧基、取代或未取代的芳氧基、取代或未取代的芳基烷氧基、取代或未取代的杂芳基烷氧基、取代或未取代的烷基硫基、取代或未取代的芳基硫基、取代或未取代的羧酸酯基、取代或未取代的碳酸酯基、取代或未取代的磺酸酯基或取代或未取代的膦酸酯基中的任意一种；

优选地，M₁结构为：

M₂结构为：

其中，x大于等于4；

M₃结构为：

其中，y大于等于3；

优选地，M包含至少50wt％M₁、至多30wt％M₂以及至多45wt％M₃。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的含有磷腈阻燃剂的碳纤维复合材料，其特征在于，所述无卤磷腈阻燃剂为具有以下结构的化合物中一种或至少两种的组合：

其中M为环三磷腈基。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的含有磷腈阻燃剂的碳纤维复合材料，其特征在于，所述环氧树脂为液态双酚A型环氧树脂、液态双酚F型环氧树脂、固态双酚A型环氧树脂、固态双酚F型环氧树脂、双酚S型环氧树脂、环异戊二烯型环氧树脂或联苯型环氧树脂中的一种或至少两种的组合。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的含有磷腈阻燃剂的碳纤维复合材料，其特征在于，所述偶联剂为硅烷偶联剂和/或钛酸酯偶联剂。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的含有磷腈阻燃剂的碳纤维复合材料，其特征在于，所述抗氧化剂为双(2,4-二叔丁基苯基)季戊四醇二磷酸酯、四-「3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸〕季戊醇酯、β(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八醇酯、(2,4,6-二叔丁基苯基-2-丁基-2-乙基)-1,3一丙二醇亚磷酸酯、2,2’一亚乙基双(4,6-二叔丁基苯基)氟代亚磷酸酯、二(2,4-二对异丙基苯基)季戊四醇双亚磷酸酯中的一种或至少两种的组合。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的含有磷腈阻燃剂的碳纤维复合材料，其特征在于，所述增塑剂为苯二甲酸二(2-乙基己)酯、邻苯二甲酸二辛酯或邻苯二甲酸二甲酯中的任意一种或至少两种的组合。

9.一种制备如权利要求1-8中任一项所述含有磷腈阻燃剂的碳纤维复合材料的方法，其特征在于，所述方法为：将纳米碳纤维、玻璃纤维、聚碳酸酯、无卤磷腈阻燃剂、环氧树脂、偶联剂、抗氧剂和增塑剂混合后，而后进行塑炼，再混炼得到所述含有磷腈阻燃剂的碳纤维复合材料。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述塑炼的温度为150～170℃，塑炼的时间为5～15min；

优选地，所述混炼的温度为180～200℃，混炼的时间为15～30min。