[发明专利]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

说明书

【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、收缩性低、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170℃)。

环氧树脂基复合材料具有如下特性：(1)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)疲劳强度高，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。Al(OH)₃、Mg(OH)₂阻燃机理被认为是以下几种机理协同作用的结果。Al(OH)₃、Mg(OH)₂作为填充剂，使可燃性高聚物的浓度下降；在300℃以上脱水吸热，抑制高聚物的温度升高；Al(OH)₃、Mg(OH)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；Al(OH)₃、Mg(OH)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。