【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及復(fù)合材料阻燃改性，具體涉及一種低燭芯效應(yīng)的阻燃聚氨酯復(fù)合材料及其制備方法。
技術(shù)介紹
1、聚氨酯(polyurethane,pu)作為一種高性能的高分子材料，因其優(yōu)異的機械性能、耐化學(xué)性、柔韌性和耐磨性等特性，被廣泛應(yīng)用于家具、汽車、建筑、鞋材、涂料、膠黏劑、密封劑以及泡沫制品等多個領(lǐng)域。聚氨酯材料的性能特點主要有：1、優(yōu)良的機械性能：聚氨酯材料具有很高的強度和彈性模量，能夠承受較大的應(yīng)力而不易變形或斷裂。2、良好的耐磨性：聚氨酯具有優(yōu)異的耐磨性能，適用于制作需要頻繁接觸和摩擦的部件。3、柔韌性：聚氨酯可以根據(jù)配方的不同，調(diào)節(jié)其硬度和柔韌性，適用于制作軟質(zhì)和硬質(zhì)材料。4、耐化學(xué)性：聚氨酯對多種化學(xué)品具有良好的抵抗能力，不易受到腐蝕。5、粘接性：聚氨酯可以用作高性能的膠黏劑，具有優(yōu)異的粘接力。6、隔熱保溫性：聚氨酯泡沫具有優(yōu)異的隔熱保溫性能，廣泛用于建筑保溫材料。7、可加工性：聚氨酯材料易于加工成型，可通過澆注、噴涂、擠出等多種工藝制造復(fù)雜形狀的產(chǎn)品。
2、然而，在實際應(yīng)用中，聚氨酯材料也面臨著一些挑戰(zhàn)。特別是在復(fù)合材料中，如果纖維或顆粒的分布不均勻，或者材料的熱膨脹系數(shù)、熱傳導(dǎo)系數(shù)等物理性能存在差異，就會導(dǎo)致內(nèi)部的溫度場和熱流場呈現(xiàn)出不均勻的分布。這種不均勻性會使得熱量從高溫區(qū)域向低溫區(qū)域傳遞的過程中，沿著纖維或顆粒的軸線方向形成一個“燭芯”狀的通道，稱之為“燭芯效應(yīng)”。“燭芯效應(yīng)”會加速熱量的傳遞速度，導(dǎo)致材料局部溫度升高，增加了材料的火災(zāi)危險性。為了應(yīng)對聚氨酯材料的阻燃要求，目前常用的解決辦法是在成
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)意在提供一種低燭芯效應(yīng)的阻燃聚氨酯復(fù)合材料及其制備方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的聚氨酯復(fù)合材料阻燃性和力學(xué)性能無法兼顧的問題。
2、為達到上述目的，本專利技術(shù)采用如下技術(shù)方案：一種低燭芯效應(yīng)的阻燃聚氨酯復(fù)合材料，包括樹脂組分和阻燃改性玻璃纖維，樹脂組分由以下質(zhì)量份的原料組成：異氰酸酯51～54份、多元醇40～44份、脫模劑2份、阻燃劑0～7份；阻燃改性玻璃纖維為玻璃纖維經(jīng)過氨基化改性和阻燃改性得到。
3、優(yōu)選的，作為一種改進，異氰酸酯為甲苯二異氰酸酯(tdi)、異佛爾酮二異氰酸酯(ipdi)、二苯基甲烷二異氰酸酯(mdi)、二環(huán)己基甲烷二異氰酸酯(hmdi)、六亞甲基二異氰酸酯(hdi)、賴氨酸二異氰酸酯(ldi)、萘二異氰酸酯(ndi)中的至少一種。
4、優(yōu)選的，作為一種改進，多元醇為聚醚型多元醇、聚酯型多元醇、聚丙烯酸酯、生物基多元醇中的至少一種。
5、優(yōu)選的，作為一種改進，脫模劑為羥酸改性聚硅氧烷內(nèi)脫模劑、胺基改性聚硅氧烷內(nèi)脫模劑、聚醚改性聚硅氧烷內(nèi)脫模劑、有機硅脫模劑、乳化油中的至少一種。
6、優(yōu)選的，作為一種改進，阻燃劑為磷系阻燃劑(甲基膦酸二甲酯、乙基磷酸二乙酯、三氯乙基磷酸酯、磷酸三(2-氯丙基)酯)、溴系阻燃劑(六溴環(huán)十二烷、六溴聯(lián)苯)、氮系阻燃劑(三聚氰胺、雙氰胺、胍鹽)、無機阻燃劑(硼酸鋅、氫氧化鋁水合物、偏硼酸鋇)中的至少一種。
7、優(yōu)選的，作為一種改進，玻璃纖維進行氨基化改性時，所用偶聯(lián)劑為氨基類偶聯(lián)劑，氨基類偶聯(lián)劑為3-氨基丙基三乙氧基硅烷(kh550)、3-氨基丙基三甲氧基硅烷(aps)、n(2-氨乙基)3-氨丙基甲氧基硅烷(aaps)、n(2-氨乙基)3-丙氨基甲氧基甲基硅烷(aeaps))中的至少一種，氨基類偶聯(lián)劑的添加量為1wt％。
8、優(yōu)選的，作為一種改進，玻璃纖維進行阻燃改性時，所用阻燃劑為dopo-ph，dopo-ph的添加量為dopo-ph/氨基化改性后的玻璃纖維＝1％-10％。
9、優(yōu)選的，作為一種改進，dopo-ph的結(jié)構(gòu)式如式(1)：
10、
11、優(yōu)選的，作為一種改進，dopo-ph的制備方法，包括如下步驟：
12、s1、將4-氨基苯酚、4-羥基苯甲醛和甲醇混合、攪拌后，得體系i；
13、s2、向體系i內(nèi)加入甲醇并冰水浴冷卻，使產(chǎn)物2-[(苯基亞氨基)甲基]苯酚析出，過濾分離固體后用冷甲醇洗滌；
14、s3、將2-[(苯基亞氨基)甲基]苯酚和dopo溶解于thf中，將混合物加熱并攪拌，得體系ii；
15、s4、將體系ii中的白色沉淀物過濾并用冷thf洗滌，然后在真空下干燥，得到白色粉末dopo-ph。
16、優(yōu)選的，作為一種改進，一種低燭芯效應(yīng)的阻燃聚氨酯復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟：
17、步驟一、玻璃纖維的處理：對玻璃纖維進行氨基化改性和阻燃改性，得到阻燃改性玻璃纖維；
18、步驟二、注膠：將樹脂通過注膠機注入模具，與阻燃改性玻璃纖維混合，二者按照7.5-8:2-2.5的質(zhì)量比配比，樹脂組分由以下質(zhì)量份的原料組成：異氰酸酯51～54份、多元醇40～44份、脫模劑2份、阻燃劑0～7份；
19、步驟三、成型：利用成型模具固化成型，得到低“燭芯效應(yīng)”的阻燃聚氨酯復(fù)合材料。
20、本方案的原理及優(yōu)點是：實際應(yīng)用時，本技術(shù)方案中，針對現(xiàn)有技術(shù)中玻璃纖維在復(fù)合材料中應(yīng)用時存在的“燭芯效應(yīng)”，導(dǎo)致復(fù)合材料阻燃性能、生產(chǎn)效率和力學(xué)性能無法兼顧的問題，本專利技術(shù)通過對玻璃纖維表面改性，將玻璃纖維進行氨基化改性后，再進行阻燃改性。在玻璃纖維的阻燃改性階段，本技術(shù)方案將dopo-ph阻燃劑首次應(yīng)用在玻璃纖維的改性上，dopo-ph可在相對較低溫度下自交聯(lián)成炭并且高溫下與聚合物材料熱解小分子交聯(lián)生成高熱穩(wěn)定性的炭層，使得本技術(shù)方案改性后的玻璃纖維材料“燭芯效應(yīng)”抑制效果好，還能夠進一步降低材料的阻燃劑用量和保持復(fù)合材料的力學(xué)性能，提升阻燃復(fù)合材料的生產(chǎn)效率，達到了三者的兼顧，在行業(yè)內(nèi)具有突出的經(jīng)濟效果和重要意義。
21、不僅如此，本技術(shù)方案在將阻燃改性后的玻璃纖維應(yīng)用在聚氨酯復(fù)合材料的制備中時，對阻燃改性聚氨酯復(fù)合材料的配方及制備工藝進行了全面、系統(tǒng)的優(yōu)化，首先在原料的組成上采用阻燃改性玻璃纖維，可減少阻燃劑在樹脂中的添加量，降低了阻燃劑對樹脂反應(yīng)成型的影響，而且通過對玻璃纖維的氨基化改性和阻燃改性，還能夠保證其后續(xù)與樹脂材料復(fù)合時的相容性；在制備工藝的優(yōu)化上，提升了阻燃復(fù)合材料了拉擠速度，提升了生產(chǎn)效率。
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1.一種低燭芯效應(yīng)的阻燃聚氨酯復(fù)合材料，其特征在于：包括樹脂組分2～2.5份和阻燃改性玻璃纖維7.5～8份，樹脂組分由以下質(zhì)量份的原料組成：異氰酸酯51～54份、多元醇40～44份、脫模劑2份、阻燃劑0～7份；阻燃改性玻璃纖維為玻璃纖維經(jīng)過氨基化改性和阻燃改性得到。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低燭芯效應(yīng)的阻燃聚氨酯復(fù)合材料，其特征在于：所述異氰酸酯為甲苯二異氰酸酯、異佛爾酮二異氰酸酯、二苯基甲烷二異氰酸酯、二環(huán)己基甲烷二異氰酸酯、六亞甲基二異氰酸酯、賴氨酸二異氰酸酯、萘二異氰酸酯中的至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種低燭芯效應(yīng)的阻燃聚氨酯復(fù)合材料，其特征在于：所述多元醇為聚醚型多元醇、聚酯型多元醇、聚丙烯酸酯、生物基多元醇中的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種低燭芯效應(yīng)的阻燃聚氨酯復(fù)合材料，其特征在于：所述脫模劑為羥酸改性聚硅氧烷內(nèi)脫模劑、胺基改性聚硅氧烷內(nèi)脫模劑、聚醚改性聚硅氧烷內(nèi)脫模劑、有機硅脫模劑、乳化油中的至少一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種低燭芯效應(yīng)的阻燃聚氨酯復(fù)合材料，其特征在于：所述阻燃劑為磷系阻燃劑
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種低燭芯效應(yīng)的阻燃聚氨酯復(fù)合材料，其特征在于：玻璃纖維進行氨基化改性時，所用偶聯(lián)劑為氨基類偶聯(lián)劑，氨基類偶聯(lián)劑為3-氨基丙基三乙氧基硅烷、3-氨基丙基三甲氧基硅烷、N(2-氨乙基)3-氨丙基甲氧基硅烷、N(2-氨乙基)3-丙氨基甲氧基甲基硅烷中的至少一種，氨基類偶聯(lián)劑的添加量為1wt％。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種低燭芯效應(yīng)的阻燃聚氨酯復(fù)合材料，其特征在于：玻璃纖維進行阻燃改性時，所用阻燃劑為DOPO-PH，DOPO-PH的添加量為DOPO-PH/氨基化改性后的玻璃纖維＝1％-10％。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種低燭芯效應(yīng)的阻燃聚氨酯復(fù)合材料，其特征在于：所述DOPO-PH的結(jié)構(gòu)式如式(1)：
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種低燭芯效應(yīng)的阻燃聚氨酯復(fù)合材料，其特征在于：所述DOPO-PH的制備方法，包括如下步驟：
10.根據(jù)權(quán)利要求1～9任一所述的一種低燭芯效應(yīng)的阻燃聚氨酯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種低燭芯效應(yīng)的阻燃聚氨酯復(fù)合材料，其特征在于：包括樹脂組分2～2.5份和阻燃改性玻璃纖維7.5～8份，樹脂組分由以下質(zhì)量份的原料組成：異氰酸酯51～54份、多元醇40～44份、脫模劑2份、阻燃劑0～7份；阻燃改性玻璃纖維為玻璃纖維經(jīng)過氨基化改性和阻燃改性得到。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低燭芯效應(yīng)的阻燃聚氨酯復(fù)合材料，其特征在于：所述異氰酸酯為甲苯二異氰酸酯、異佛爾酮二異氰酸酯、二苯基甲烷二異氰酸酯、二環(huán)己基甲烷二異氰酸酯、六亞甲基二異氰酸酯、賴氨酸二異氰酸酯、萘二異氰酸酯中的至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種低燭芯效應(yīng)的阻燃聚氨酯復(fù)合材料，其特征在于：所述多元醇為聚醚型多元醇、聚酯型多元醇、聚丙烯酸酯、生物基多元醇中的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種低燭芯效應(yīng)的阻燃聚氨酯復(fù)合材料，其特征在于：所述脫模劑為羥酸改性聚硅氧烷內(nèi)脫模劑、胺基改性聚硅氧烷內(nèi)脫模劑、聚醚改性聚硅氧烷內(nèi)脫模劑、有機硅脫模劑、乳化油中的至少一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種低燭芯效應(yīng)的阻燃聚氨酯復(fù)合材料，其特征在于：所述阻燃劑...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉罡，丁學(xué)良，石濤，鐘志強，徐旭，龔小弟，王雨晨，周雷，胡志，蔡迪，龔天宇，呂強，陳健，周鑫，楊森，楊小渠，楊腸乘，王海燕，陳力，徐偉，廖華，彭勇，李福順，簡瑞，別明智，杜靖，唐恩，羅慧靈，葉淑英，劉小林，何全國，唐良忠，
申請(專利權(quán))人：重慶科聚孚新材料有限責(zé)任公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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