本发明属于阻燃
技术领域：
，具体地说，涉及一种具有高效阻燃性能的环氧树脂及其制备方法。
背景技术：
据研究发现，环氧树脂因其优异的性能而广受关注。但是因其本身阻燃性能较差的原因，环氧树脂的极限氧指数在19.8％左右，这一条件限制了环氧树脂的应用。现有技术中，对环氧树脂进行改性以提高其阻燃性能的方式有很多，然而大部分的当其阻燃性能提高的同时其力学等性能同时会遭到破坏，达不到原本的要求，依然会限制环氧树脂的应用。技术实现要素：针对现有技术中上述的不足，本发明的第一目的在于提供一种具有高效阻燃性能的环氧树脂；该具有高效阻燃性能的环氧树脂具有优异的阻燃性能，同时能够保持其原本的物理机械性能。针对现有技术中上述的不足，本发明的第二目的在于提供一种具有高效阻燃性能的环氧树脂的制备方法；该制备方法设计科学，制备过程环保，适用于大规模工业化生产。为了达到上述目的，本发明采用的解决方案是：一种具有高效阻燃性能的环氧树脂，其原料按照重量份数计，包括：环氧树脂73-78份、阻燃剂体系12-22份以及固化剂10份；按重量份数计，阻燃剂体系包括阻燃剂10-20份和协效剂2份。一种上述具有高效阻燃性能的环氧树脂的制备方法，包括将环氧树脂和阻燃剂体系混合，在真空度为0.06mpa条件下抽真空18-22min，得到第一混合物；向第一混合物中加入将固化剂，接着在真空度在0.06mpa条件下抽真空2-3min，得到第二混合物；将第二混合物加入模具中，在真空度大于0.07mpa条件下抽真空5-6min；接着在80℃条件下进行放气4-5次，然后固化2h，接着升温至100℃固化2h，再升温至120℃固化3h后，冷却。本发明提供的一种具有高效阻燃性能的环氧树脂及其制备方法的有益效果是：(1)本发明提供的具有高效阻燃性能的环氧树脂，采用环氧树脂、阻燃剂体系以及固化剂进行复配，创造性地研发出了一种具有高效阻燃性能的环氧树脂。该具有高效阻燃性能的环氧树脂具有优异的阻燃性能，同时能够保持其原本的物理机械性能。本发明采取环氧树脂、阻燃剂体系以及固化剂按照上述重量份数进行复配，各组分之间能够协同配合，使得制得的产物的阻燃性能更加优异，其原本的物理机械性能也不会过度被破坏。(2)本发明提供具有高效阻燃性能的环氧树脂的制备方法设计科学简单高效，各反应条件之间协同配合，能够制备得到环保、阻燃性能和力学性能优异的具有高效阻燃性能的环氧树脂。具体实施方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。下面对本发明实施例提供的一种具有高效阻燃性能的环氧树脂及其制备方法进行具体说明。一种具有高效阻燃性能的环氧树脂，其原料按照重量份数计，包括：环氧树脂73-78份、阻燃剂体系12-22份以及固化剂10份。上述各原料的选用及配比经过科学设计，以使各种原料之间相互配合能够发挥协同增效的作用，采用这种配比，能够在不破坏环氧树脂的力学性能的情况下大大提高最终产品的阻燃性能。需要说明的是，在本实施例中，按重量份数计，阻燃剂体系包括阻燃剂10-20份和协效剂2份。其中，阻燃剂的类别不做具体限制，进一步地，阻燃剂包括聚磷酸铵6-12份、三聚氰胺2-4份和季戊四醇2-4份。发明人创造性地发现，采用上述原料组成的阻燃剂构成了一种“绿色”的阻燃介质，其能够代替破坏大气的含卤素的阻燃剂，符合当今世界的环保要求。其中，协效剂的类别不做具体限制，进一步地，协效剂包括可膨胀型石墨、甲基磷酸二甲酯或改性红磷中的一种。该些协效剂通过促进成炭或改变炭层结构等原理，来提高阻燃效果。根据上述阻燃剂和协效剂进行复配，发明人创造性地发现构成了一种化合物，该化合物在燃烧时不挥发、不会产生腐蚀性气体，非常的环保。需要说明的是，本实施例中的改性红磷进一步地优选为密胺甲醛树脂包覆红磷。密胺甲醛树脂包覆红磷相比于普通红磷，红磷的吸水性和磷化氢的释放量均降低。需要说明的是，在本实施例中，固化剂的选择不作具体限制，进一步地，发明人采用间苯二胺发现其具有较高耐热变形的温度，相对其他材料的材料力学性能较强、介电性能和耐腐蚀性能都十分的好。一种具有高效阻燃性能的环氧树脂的制备方法，包括：对环氧树脂进行预处理：在混合前，将环氧树脂于80℃烘25-35min后称重，以利于增加环氧树脂的流动性便于后面的实验进行。接着在真空度为0.06mpa条件下抽真空，以减少环氧树脂中的气泡。需要说明的是，环氧树脂抽真空的过程中包括：每过3-5min将环氧树脂取出搅拌，将下层环氧树脂中的气泡搅拌至表面后再次抽真空；重复2-3次，持续20-25min，以加快气泡的除去。接着，对阻燃剂体系进行预处理：在混合前，将阻燃剂体系进行预烘10min，以除去阻燃体系中可能带有的水分。然后，将环氧树脂和阻燃剂体系混合，搅拌使阻燃剂体系在环氧树脂中分散均匀，再在真空度为0.06mpa条件下抽真空18-22min，以利于除去气泡，得到第一混合物。接着，向第一混合物中加入将固化剂，接着在真空度在0.06mpa条件下抽真空2-3min，以利于除去气泡，得到第二混合物。接着将平板硫化机的温度升至80℃，再将模具在平板硫化机上进行加热处理，在模具上涂抹一层二甲基硅油用作脱模剂。然后再将第二混合物边搅拌边倒入模具中，在真空度大于0.07mpa条件下抽真空5-6min。并观察模具内的第二混合物的变化情况，在这一过程中会产生大量的气泡，随着时间的增加气泡将会明显的减少，最后观察第二混合物中的气泡是否完全消失。接着在80℃条件下进行放气4-5次，然后固化2h，接着升温至100℃固化2h，再升温至120℃固化3h后。随后自然冷却，以利用平板硫化机的余温对其中还没有交联的键进行作用使其完全交联。以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。实施例1本实施例提供了一种具有高效阻燃性能的环氧树脂，其制备原料：按重量分数计，环氧树脂78份、间二甲苯10份、阻燃体系12份(聚磷酸铵6份、三聚氰胺2份、季戊四醇2份、可膨胀型石墨2份)。其制备方法：环氧树脂的预处理：在混合前，将环氧树脂于80℃烘25min后称重，接着在真空度为0.06mpa条件下抽真空；环氧树脂抽真空的过程中包括：每过3min将环氧树脂取出搅拌，将下层环氧树脂中的气泡搅拌至表面后再次抽真空；重复2次，持续20min；阻燃剂体系的预处理：在混合前，将阻燃剂体系进行预烘10min；将环氧树脂和阻燃剂体系混合，在真空度为0.06mpa条件下抽真空18min，得到第一混合物；向第一混合物中加入将固化剂，接着在真空度在0.06mpa条件下抽真空2min，得到第二混合物；将第二混合物加入模具中，在真空度大于0.07mpa条件下抽真空5min；接着在80℃条件下进行放气4次，然后固化2h，接着升温至100℃固化2h，再升温至120℃固化3h后，冷却。实施例2本实施例提供了一种具有高效阻燃性能的环氧树脂，其制备原料：按重量分数计，环氧树脂73份、间二甲苯10份、阻燃体系17份(聚磷酸铵9份、三聚氰胺3份、季戊四醇3份、可膨胀型石墨2份)。其制备方法：环氧树脂的预处理：在混合前，将环氧树脂于80℃烘25min后称重，接着在真空度为0.06mpa条件下抽真空；环氧树脂抽真空的过程中包括：每过3min将环氧树脂取出搅拌，将下层环氧树脂中的气泡搅拌至表面后再次抽真空；重复3次，持续20min；阻燃剂体系的预处理：在混合前，将阻燃剂体系进行预烘10min；将环氧树脂和阻燃剂体系混合，在真空度为0.06mpa条件下抽真空18min，得到第一混合物；向第一混合物中加入将固化剂，接着在真空度在0.06mpa条件下抽真空2min，得到第二混合物；将第二混合物加入模具中，在真空度大于0.07mpa条件下抽真空5min；接着在80℃条件下进行放气4次，然后固化2h，接着升温至100℃固化2h，再升温至120℃固化3h后，冷却。实施例3本实施例提供了一种具有高效阻燃性能的环氧树脂，其制备原料：按重量分数计，环氧树脂68份、间二甲苯10份、阻燃体系22份(聚磷酸铵12份、三聚氰胺4份、季戊四醇4份、可膨胀型石墨2份)。其制备方法：环氧树脂的预处理：在混合前，将环氧树脂于80℃烘25min后称重，接着在真空度为0.06mpa条件下抽真空；环氧树脂抽真空的过程中包括：每过3min将环氧树脂取出搅拌，将下层环氧树脂中的气泡搅拌至表面后再次抽真空；重复3次，持续20min；阻燃剂体系的预处理：在混合前，将阻燃剂体系进行预烘10min；将环氧树脂和阻燃剂体系混合，在真空度为0.06mpa条件下抽真空18min，得到第一混合物；向第一混合物中加入将固化剂，接着在真空度在0.06mpa条件下抽真空2min，得到第二混合物；将第二混合物加入模具中，在真空度大于0.07mpa条件下抽真空5min；接着在80℃条件下进行放气4次，然后固化2h，接着升温至100℃固化2h，再升温至120℃固化3h后，冷却。实施例5本实施例提供了一种具有高效阻燃性能的环氧树脂，其制备原料：按重量分数计，环氧树脂73份、间二甲苯10份、阻燃体系17份(聚磷酸铵9份、三聚氰胺3份、季戊四醇3份、改性红磷2份)。其制备方法：环氧树脂的预处理：在混合前，将环氧树脂于80℃烘35min后称重，接着在真空度为0.06mpa条件下抽真空；环氧树脂抽真空的过程中包括：每过5min将环氧树脂取出搅拌，将下层环氧树脂中的气泡搅拌至表面后再次抽真空；重复3次，持续25min；阻燃剂体系的预处理：在混合前，将阻燃剂体系进行预烘10min；将环氧树脂和阻燃剂体系混合，在真空度为0.06mpa条件下抽真空22min，得到第一混合物；向第一混合物中加入将固化剂，接着在真空度在0.06mpa条件下抽真空3min，得到第二混合物；将第二混合物加入模具中，在真空度大于0.07mpa条件下抽真空6min；接着在80℃条件下进行放气5次，然后固化2h，接着升温至100℃固化2h，再升温至120℃固化3h后，冷却。实施例6本实施例提供了一种具有高效阻燃性能的环氧树脂，其制备原料：按重量分数计，环氧树脂75份、间二甲苯10份、阻燃体系15份(聚磷酸铵7.5份、三聚氰胺3.75份、季戊四醇3.75份、可膨胀型石墨2份)。其制备方法：环氧树脂的预处理：在混合前，将环氧树脂于80℃烘30min后称重，接着在真空度为0.06mpa条件下抽真空；环氧树脂抽真空的过程中包括：每过4min将环氧树脂取出搅拌，将下层环氧树脂中的气泡搅拌至表面后再次抽真空；重复3次，持续22min；阻燃剂体系的预处理：在混合前，将阻燃剂体系进行预烘10min；将环氧树脂和阻燃剂体系混合，在真空度为0.06mpa条件下抽真空20min，得到第一混合物；向第一混合物中加入将固化剂，接着在真空度在0.06mpa条件下抽真空3min，得到第二混合物；将第二混合物加入模具中，在真空度大于0.07mpa条件下抽真空6min；接着在80℃条件下进行放气5次，然后固化2h，接着升温至100℃固化2h，再升温至120℃固化3h后，冷却。实施例7本实施例提供了一种具有高效阻燃性能的环氧树脂，其制备原料：按重量分数计，环氧树脂75份、间二甲苯10份、阻燃体系15份(聚磷酸铵7.5份、三聚氰胺3.75份、季戊四醇3.75份、甲基磷酸二甲酯2份)。其制备方法：环氧树脂的预处理：在混合前，将环氧树脂于80℃烘30min后称重，接着在真空度为0.06mpa条件下抽真空；环氧树脂抽真空的过程中包括：每过4min将环氧树脂取出搅拌，将下层环氧树脂中的气泡搅拌至表面后再次抽真空；重复2-3次，持续22min；阻燃剂体系的预处理：在混合前，将阻燃剂体系进行预烘10min；将环氧树脂和阻燃剂体系混合，在真空度为0.06mpa条件下抽真空20min，得到第一混合物；向第一混合物中加入将固化剂，接着在真空度在0.06mpa条件下抽真空3min，得到第二混合物；将第二混合物加入模具中，在真空度大于0.07mpa条件下抽真空6min；接着在80℃条件下进行放气5次，然后固化2h，接着升温至100℃固化2h，再升温至120℃固化3h后，冷却。实施例8本实施例提供了一种具有高效阻燃性能的环氧树脂，其制备原料：按重量分数计，环氧树脂75份、间二甲苯10份、阻燃体系15份(聚磷酸铵7.5份、三聚氰胺3.75份、季戊四醇3.75份、改性红磷2份)。其制备方法：环氧树脂的预处理：在混合前，将环氧树脂于80℃烘30min后称重，接着在真空度为0.06mpa条件下抽真空；环氧树脂抽真空的过程中包括：每过4min将环氧树脂取出搅拌，将下层环氧树脂中的气泡搅拌至表面后再次抽真空；重复次，持续22min；阻燃剂体系的预处理：在混合前，将阻燃剂体系进行预烘10min；将环氧树脂和阻燃剂体系混合，在真空度为0.06mpa条件下抽真空20min，得到第一混合物；向第一混合物中加入将固化剂，接着在真空度在0.06mpa条件下抽真空3min，得到第二混合物；将第二混合物加入模具中，在真空度大于0.07mpa条件下抽真空6min；接着在80℃条件下进行放气5次，然后固化2h，接着升温至100℃固化2h，再升温至120℃固化3h后，冷却。对比例1本实施例提供了一种具有高效阻燃性能的环氧树脂，其制备原料：按重量分数计，环氧树脂67份、间二甲苯10份、阻燃体系23份(聚磷酸铵13份、三聚氰胺5份、季戊四醇5份、改性红磷2份)。其制备方法：环氧树脂的预处理：在混合前，将环氧树脂于80℃烘25min后称重，接着在真空度为0.06mpa条件下抽真空；环氧树脂抽真空的过程中包括：每过3min将环氧树脂取出搅拌，将下层环氧树脂中的气泡搅拌至表面后再次抽真空；重复2次，持续20min；阻燃剂体系的预处理：在混合前，将阻燃剂体系进行预烘10min；将环氧树脂和阻燃剂体系混合，在真空度为0.06mpa条件下抽真空18min，得到第一混合物；向第一混合物中加入将固化剂，接着在真空度在0.06mpa条件下抽真空2min，得到第二混合物；将第二混合物加入模具中，在真空度大于0.07mpa条件下抽真空5min；接着在80℃条件下进行放气4次，然后固化2h，接着升温至100℃固化2h，再升温至120℃固化3h后，冷却。对比例2本实施例提供了一种具有高效阻燃性能的环氧树脂，其制备原料：按重量分数计，环氧树脂82份、间二甲苯10份、阻燃体系8份(聚磷酸铵4份、三聚氰胺1份、季戊四醇1份、改性红磷2份)。其制备方法：环氧树脂的预处理：在混合前，将环氧树脂于80℃烘25min后称重，接着在真空度为0.06mpa条件下抽真空；环氧树脂抽真空的过程中包括：每过3min将环氧树脂取出搅拌，将下层环氧树脂中的气泡搅拌至表面后再次抽真空；重复2次，持续20min；阻燃剂体系的预处理：在混合前，将阻燃剂体系进行预烘10min；将环氧树脂和阻燃剂体系混合，在真空度为0.06mpa条件下抽真空18min，得到第一混合物；向第一混合物中加入将固化剂，接着在真空度在0.06mpa条件下抽真空2min，得到第二混合物；将第二混合物加入模具中，在真空度大于0.07mpa条件下抽真空5min；接着在80℃条件下进行放气4次，然后固化2h，接着升温至100℃固化2h，再升温至120℃固化3h后，冷却。对比例3本实施例提供了一种具有高效阻燃性能的环氧树脂，其制备原料：按重量分数计，环氧树脂75份、间二甲苯10份、阻燃体系15份(聚磷酸铵7.5份、三聚氰胺3.75份、季戊四醇3.75份、改性红磷2份)。其制备方法：环氧树脂的预处理：在混合前，将环氧树脂于75℃烘30min后称重，接着在真空度为0.06mpa条件下抽真空；环氧树脂抽真空的过程中包括：每过3min将环氧树脂取出搅拌，将下层环氧树脂中的气泡搅拌至表面后再次抽真空；重复3次，持续20min；阻燃剂体系的预处理：在混合前，将阻燃剂体系进行预烘10min；将环氧树脂和阻燃剂体系混合，在真空度为0.06mpa条件下抽真空15min，得到第一混合物；向第一混合物中加入将固化剂，接着在真空度在0.06mpa条件下抽真空1min，得到第二混合物；将第二混合物加入模具中，在真空度大于0.07mpa条件下抽真空4min；接着在75℃条件下进行放气3次，然后固化2h，接着升温至90℃固化2h，再升温至110℃固化3h后，冷却。实验例1：冲击性能测试实验方法：将纯环氧树脂，实施例1-8，以及对比例1-3提供的产品设置为实验组1-12；采用型号为xjjd-5的冲击试验机分别测试实验组1-12的冲击强度。试样尺寸为80*10*3.2mm3，无缺口试验，试验结果如表1所示：表1无缺口冲击强度测试结果组号123456冲击强度(kj/m2)0.01970.01890.01740.01280.01650.0137组号789101112冲击强度(kj/m2)0.01740.01170.00910.00210.00230.0032由表1数据可知，在本发明实施例提供的各原料配比范围内制得产品，以及采用本发明实施例提供的制备方法所涉及的各项参数范围内制得的产品，其抗冲击强度要优于未采用本发明实施例提供的上述范围内制得的产品。实施例2：极限氧指数测试实验方法：将纯环氧树脂，实施例1-8，以及对比例1-3提供的产品设置为实验组1-12；采用hc-2c型氧指数仪测试实验组1-12的极限氧指数值，试样的尺寸为130*13*3.2mm3，试验结果如表1所示：表2极限氧指数测试结果组号123456极限氧指数loi(％)2226.530322930组号789101112极限氧指数loi(％)292928.5222324由表2数据可知，纯环氧树脂的loi值为22，且在空气中燃烧时还会产生大量的黑烟。在本发明实施例提供的各原料配比范围内制得产品，以及采用本发明实施例提供的制备方法所涉及的各项参数范围内制得的产品(实验组2-9)，其阻燃性能得以大大提高。且实验组2-9的产品的阻燃性能优于未采用本发明实施例提供的上述范围内制得的产品(实验组10-12)，说明在本发明实施例提供的各原料配比范围内制得产品，以及本发明实施例提供的制备方法所涉及的各项参数范围内制得的产品具有更加优异的阻燃性能。实施例3：接触角测试实验方法：将纯环氧树脂，实施例1-8，以及对比例1-3提供的产品设置为实验组1-12；采用jcy系列接触角测仪(dataphysics)上进行实验组1-12的产品对水的接触角测试，室温下进行测试，试验结果如表3所示：表3水接触角测试组号123456水接触角(°)56.74076.00069.28074.78073.73584.405组号789101112水接触角(°)72.86072.05080.3250°＜水接触角＜90°，液体可润湿固体，且越小，润湿性越好，叫亲水接触角。90°＜水接触角＜180°，液体不润湿固体，也叫疏水接触角，或者憎水接触角。由表3数据可知，本实验测试的纯环氧树脂基材的疏水性比较差(水接触角56.74°)，实验组2-9的疏水性能变好(水接触角增大，最大可达84.405°)，这是由于环氧树脂中加入阻燃体系之后产生了特殊的结构或是磷-氮系的阻燃剂与水的相容性不佳所导致的。而实验组10-12的疏水性能的增加不如实验组2-9，说明在本发明实施例提供的各原料配比范围内制得产品，以及本发明实施例提供的制备方法所涉及的各项参数范围内制得的产品具有更加优异的疏水性能。综上所述，采用本发明提供的一种具有高效阻燃性能的环氧树脂；该具有高效阻燃性能的环氧树脂具有优异的阻燃性能，同时能够保持其原本的物理机械性能。采用本发明的提供的一种具有高效阻燃性能的环氧树脂的制备方法；该制备方法设计科学，制备过程环保，适用于大规模工业化生产。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。当前第1页12