一種與液氧相容的環(huán)氧樹脂材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種與液氧相容的環(huán)氧樹脂材料及其制備方法，屬于樹脂材料改性【技術(shù)領(lǐng)域】，所述與液氧相容的環(huán)氧樹脂材料按重量份由下述組分組成：環(huán)氧樹脂85～95、阻燃劑5～15、固化劑8～12；所述阻燃劑選自八溴醚、三氯氧磷、磷酰三氯、三氯化磷、三聚氰胺、甲基膦酸二甲酯、氫氧化鋁、氫氧化鎂中的至少一種，本發(fā)明有益效果為根據(jù)ASTM?D2512（2008）標準檢測本發(fā)明所述的與液氧相容的環(huán)氧樹脂材料，結(jié)果為與液氧不發(fā)生爆炸、燃燒、閃光等明顯反應(yīng)，與液氧相容。
【專利說明】一種與液氧相容的環(huán)氧樹脂材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種與液氧相容的環(huán)氧樹脂材料及其制備方法，屬于樹脂材料改性【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】 [0002]隨著航天事業(yè)的進一步發(fā)展，新一代航天飛行器對材料輕質(zhì)和低成本提出了更高要求，飛行器的主要結(jié)構(gòu)部件不得不依賴各種質(zhì)輕性優(yōu)的復(fù)合材料。目前，航天飛行器動力推進系統(tǒng)大部分采用液氧作為氧化劑，傳統(tǒng)的液氧貯箱均由金屬材料制備而成，如果采用環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料，液氧貯箱的重量將明顯降低。碳纖維增強環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料具有高比強度和高比模量、較好的耐熱性能、良好的抗疲勞性能以及良好的破壞安全性等優(yōu)點，已經(jīng)廣泛應(yīng)用到航空航天、造船、汽車等領(lǐng)域。研究表明:與目前采用的鋰-鋁合金材料相t匕，用碳纖維增強環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料可以使液氧貯箱減重27%，同時可以使熱防護材料減重12%。然而，環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料與液氧接觸時，在受到?jīng)_擊、碰撞、摩擦、靜電等外界能量作用下可能發(fā)生爆炸、燃燒等劇烈化學(xué)反應(yīng)，即液氧不相容。所以，改善環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料的液氧相容性，對于航空航天事業(yè)的發(fā)展具有非常重要的意義。實際上環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料的液氧相容性完全取決于環(huán)氧樹脂的液氧相容性，而與碳纖維無關(guān)，因為碳纖維與液氧是相容的，即碳纖維與液氧不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。
[0003]環(huán)氧樹脂與液氧不相容的根本原因在于環(huán)氧樹脂與液氧接觸即發(fā)生緩慢的化學(xué)反應(yīng)，并且隨著反應(yīng)的進行，反應(yīng)速度逐漸加快，進而導(dǎo)致可能發(fā)生的劇烈氧化反應(yīng)，例如閃光、發(fā)煙或者是爆炸。環(huán)氧樹脂與液氧之間劇烈反應(yīng)的本質(zhì)與環(huán)氧樹脂在氧氣中燃燒的本質(zhì)是一致的。所以，改善環(huán)氧樹脂材料的液氧相容性，就是改善環(huán)氧樹脂的阻燃性能?；谏鲜龇治?，在環(huán)氧樹脂中添加阻燃材料，提高環(huán)氧樹脂的抗氧化和抗燃燒性能，即提高環(huán)氧樹脂的液氧相容性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明通過優(yōu)選阻燃劑，不僅保證了添加后的環(huán)氧樹脂與液氧相容，也避免了對樹脂綜合性能的影響。
[0005]本發(fā)明提供了一種與液氧相容的環(huán)氧樹脂材料，所述與液氧相容的環(huán)氧樹脂材料按重量份由下述組分組成:
[0006]環(huán)氧樹脂 85~95
[0007]阻燃劑5~15
[0008]固化劑 8~12 ;
[0009]所述阻燃劑選自八溴醚、三氯氧磷、磷酰三氯、三氯化磷、三聚氰胺、甲基膦酸二甲酯、氫氧化鋁、氫氧化鎂中的至少一種。
[0010]本發(fā)明所述阻燃劑不僅改善了環(huán)氧樹脂的液氧相容性，而且不影響環(huán)氧樹脂的其他性能,符合工業(yè)化需求。[0011 ] 本發(fā)明所述環(huán)氧樹脂優(yōu)選為雙酚A型環(huán)氧樹脂、雙酚F型環(huán)氧樹脂中的至少一種。
[0012]本發(fā)明所述固化劑優(yōu)選為T-31固化劑、593固化劑中的至少一種。
[0013]本發(fā)明另一目的提供了一種與液氧相容的環(huán)氧樹脂材料的制備方法，所述制備方法包括如下步驟:
[0014]①將阻燃劑機械研磨1~3h,轉(zhuǎn)速為30~50轉(zhuǎn)/秒；
[0015]②將環(huán)氧樹脂和固化劑與研磨后的阻燃劑混合2~3h，轉(zhuǎn)速為2~10轉(zhuǎn)/秒；
[0016]③混合后升溫至30~40°C,固化15~24h。
[0017]本發(fā)明延長研磨時間、延長混合時間、提高轉(zhuǎn)速有利于提高液氧相容性。
[0018]本發(fā)明有益效果為:
[0019]①根據(jù)ASTM D2512 (2008)標準檢測本發(fā)明所述的與液氧相容的環(huán)氧樹脂材料，結(jié)果為與液氧不發(fā)生爆炸、燃燒、閃光等明顯反應(yīng)，與液氧相容；
[0020]②本發(fā)明制備的環(huán)氧樹脂氧指數(shù)為24.1~48.9，現(xiàn)有技術(shù)的環(huán)氧樹脂氧指數(shù)為19.5，本發(fā)明環(huán)氧樹脂氧指數(shù)與現(xiàn)有技術(shù)比提高了 1.24~2.51倍；
[0021]③原料價格低廉，可獲取方便；
[0022]④制備方法簡單，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
【具體實施方式】
[0023]下述非限制性實施例可以使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員更全面地理解本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明。
[0024]下述雙酚A型環(huán)氧樹脂和雙酚F型環(huán)氧樹脂購于深圳市吉田化工有限公司；T-31固化劑和593固化劑購于天津市寧平化學(xué)制品有限公司。
[0025]將本發(fā)明制得的環(huán)氧樹脂材料進行液氧相容性測試，具體測試方法如下:
[0026]將本發(fā)明制得的環(huán)氧樹脂材料制成20個直徑為20mm、厚度為2mm的圓柱形切片試樣，在ABMA型沖擊試驗機上測試液氧相容性，若20個試樣均與液氧不發(fā)生爆炸、燃燒、閃光等明顯反應(yīng)現(xiàn)象，證明本發(fā)明制得的材料與液氧相容；若有一個出現(xiàn)爆炸、燃燒、閃光等明顯反應(yīng)現(xiàn)象，證明本發(fā)明制得的材料與液氧不相容。
[0027]此外，采用HC-2型氧指數(shù)測定儀測定極限氧指數(shù)，材料的氧指數(shù)越高與液氧相容性越好，經(jīng)測定現(xiàn)有技術(shù)的環(huán)氧樹脂極限氧指數(shù)為19.5。
[0028]實施例1
[0029]一種與液氧相容的環(huán)氧樹脂材料的制備方法，所述制備方法包括如下步驟:
[0030]①將重量份為5的阻燃劑機械研磨lh，轉(zhuǎn)速為30轉(zhuǎn)/秒，所述阻燃劑為八溴醚、三氯氧磷、三氯化磷、三聚氰胺、甲基膦酸二甲酯按重量比為1:1:1:1:1;
[0031]②將重量份為95的雙酚A型環(huán)氧樹脂和重量份為8的T-31固化劑與研磨后的阻燃劑混合2h，轉(zhuǎn)速為2轉(zhuǎn)/秒；
[0032]③混合后升溫至30°C，固化24h。
[0033]液氧相容性測試結(jié)果和極限氧指數(shù)見表1。
[0034]實施例2
[0035]一種與液氧相容的環(huán)氧樹脂材料的制備方法，所述制備方法包括如下步驟:
[0036]①將重量份為5的阻燃劑機械研磨3h，轉(zhuǎn)速為50轉(zhuǎn)/秒，所述阻燃劑為八溴醚、三氯氧磷、三氯化磷、三聚氰胺、甲基膦酸二甲酯按重量比為1:1:1:1:1;
[0037]②將重量份為95的雙酚A型環(huán)氧樹脂和重量份為8的T_31固化劑與研磨后的阻燃劑混合3h，轉(zhuǎn)速為10轉(zhuǎn)/秒；
[0038]③混合后升溫至30°C，固化24h。
[0039]液氧相容性測試結(jié)果和極限氧指數(shù)見表1。
[0040]實施例3
[0041]一種與液氧相容的環(huán)氧樹脂材料的制備方法，所述制備方法包括如下步驟:
[0042]①將重量份為10的阻燃劑機械研磨lh，轉(zhuǎn)速為30轉(zhuǎn)/秒，所述阻燃劑為八溴醚、三氯氧磷、三氯化磷、三聚氰胺、甲基膦酸二甲酯按重量比為1:1:1:1:1;
[0043]②將重量份為95的雙酹A型環(huán)氧樹脂和重量份為8的T_31固化劑與研磨后的阻燃劑混合2h，轉(zhuǎn)速為2轉(zhuǎn)/秒；
[0044]③混合后升溫至30°C,固化24h。
[0045]液氧相容性測試結(jié)果和極限氧指數(shù)見表1。
[0046]實施例4
[0047]一種與液氧相容的環(huán)氧樹脂材料的制備方法，所述制備方法包括如下步驟:
[0048]①將重量份為15的阻燃劑機械研磨lh，轉(zhuǎn)速為30轉(zhuǎn)/秒，所述阻燃劑為所述阻燃劑為八溴醚、三氯氧磷、三氯化磷、三聚氰胺、甲基膦酸二甲酯按重量比為1:1:1:1:1;
[0049]②將重量份為85的雙酹A型環(huán)氧樹脂和重量份為8的T_31固化劑與研磨后的阻燃劑混合2h，轉(zhuǎn)速為2轉(zhuǎn)/秒；
[0050]③混合后升溫至30°C，固化24h。
[0051]液氧相容性測試結(jié)果和極限氧指數(shù)見表1。
[0052]實施例5
[0053]一種與液氧相容的環(huán)氧樹脂材料的制備方法，所述制備方法包括如下步驟:
[0054]①將重量份為8的阻燃劑機械研磨2h，轉(zhuǎn)速為40轉(zhuǎn)/秒，所述阻燃劑為三氯氧磷、磷酰三氯、三聚氰胺、甲基膦酸二甲酯按重量比為1:1:1:1;
[0055]②將重量份為95的雙酚F型環(huán)氧樹脂和重量份為10的593固化劑與研磨后的阻燃劑混合2h，轉(zhuǎn)速為5轉(zhuǎn)/秒；
[0056]③混合后升溫至35 °C,固化20h。
[0057]液氧相容性測試結(jié)果和極限氧指數(shù)見表1。
[0058]實施例6
[0059]一種與液氧相容的環(huán)氧樹脂材料的制備方法，所述制備方法包括如下步驟:
[0060]①將重量份為15的阻燃劑機械研磨2h，轉(zhuǎn)速為40轉(zhuǎn)/秒，所述阻燃劑為三氯氧磷、磷酰三氯、三聚氰胺、甲基膦酸二甲酯按重量比為1:1:1:1;
[0061]②將重量份為85的雙酹F型環(huán)氧樹脂和重量份為10的593固化劑與研磨后的阻燃劑混合2h，轉(zhuǎn)速為5轉(zhuǎn)/秒；
[0062]③混合后升溫至35 °C,固化20h。
[0063]液氧相容性測試結(jié)果和極限氧指數(shù)見表1。
[0064]實施例7
[0065]一種與液氧相容的環(huán)氧樹脂材料的制備方法，所述制備方法包括如下步驟:[0066]①將重量份為10的阻燃劑機械研磨lh，轉(zhuǎn)速為30轉(zhuǎn)/秒，所述阻燃劑為三氯氧磷、氫氧化鋁、氫氧化鎂、甲基膦酸二甲酯按重量比為1:1:1:1;
[0067]②將重量份為95的雙酚A型環(huán)氧樹脂和重量份為12的593固化劑與研磨后的阻燃劑混合2h，轉(zhuǎn)速為2轉(zhuǎn)/秒；
[0068]③混合后升溫至35 °C,固化20h。
[0069]液氧相容性測試結(jié)果和極限氧指數(shù)見表1。
[0070]實施例8
[0071]一種與液氧相容的環(huán)氧樹脂材料的制備方法，所述制備方法包括如下步驟:
[0072]①將重量份為15的阻燃劑機械研磨lh，轉(zhuǎn)速為30轉(zhuǎn)/秒，所述阻燃劑為三氯氧磷、氫氧化鋁、氫氧化鎂、甲基膦酸二甲酯按重量比為1:1:1:1 ;
[0073]②將重量份為85的雙酹A型環(huán)氧樹脂和重量份為12的593固化劑與研磨后的阻燃劑混合2h，轉(zhuǎn)速為2轉(zhuǎn)/秒；
[0074]③混合后升溫至35 °C，固化20h。
[0075]液氧相容性 測試結(jié)果和極限氧指數(shù)見表1。
[0076]實施例9
[0077]—種與液氧相容的環(huán)氧樹脂材料的制備方法，所述制備方法包括如下步驟:
[0078]①將重量份為5的阻燃劑機械研磨lh，轉(zhuǎn)速為30轉(zhuǎn)/秒，所述阻燃劑分別為氫氧
化鋁、氫氧化鎂、八溴醚、三氯氧磷、磷酰三氯、三氯化磷、三聚氰胺、甲基膦酸二甲酯中的一種；
[0079]②將重量份為95的雙酹F型環(huán)氧樹脂和重量份為8的T_31固化劑與研磨后的阻燃劑混合2h，轉(zhuǎn)速為2轉(zhuǎn)/秒；
[0080]③混合后升溫至40°C,固化15h。
[0081]液氧相容性測試結(jié)果和極限氧指數(shù)見表1。
[0082]實施例10
[0083]一種與液氧相容的環(huán)氧樹脂材料的制備方法，所述制備方法包括如下步驟:
[0084]①將重量份為15的阻燃劑機械研磨lh，轉(zhuǎn)速為30轉(zhuǎn)/秒，所述阻燃劑分別為氫氧
化鋁、氫氧化鎂、八溴醚、三氯氧磷、磷酰三氯、三氯化磷、三聚氰胺、甲基膦酸二甲酯中的一種；
[0085]②將重量份為85的雙酚F型環(huán)氧樹脂和重量份為8的T_31固化劑與研磨后的阻燃劑混合2h，轉(zhuǎn)速為2轉(zhuǎn)/秒；
[0086]③混合后升溫至40°C,固化15h。
[0087]液氧相容性測試結(jié)果和極限氧指數(shù)見表1。
[0088]實施例11
[0089]一種與液氧相容的環(huán)氧樹脂材料的制備方法，所述制備方法包括如下步驟:
[0090]①將重量份為5的阻燃劑機械研磨lh，轉(zhuǎn)速為30轉(zhuǎn)/秒，所述阻燃劑由氫氧化鋁、氫氧化鎂、八溴醚、三氯氧磷、磷酰三氯、三氯化磷、三聚氰胺、甲基膦酸二甲酯中的任意兩種按重量比為1:1組成；
[0091]②將重量份為95的環(huán)氧樹脂和重量份為8的固化劑與研磨后的阻燃劑混合2h，轉(zhuǎn)速為2轉(zhuǎn)/秒，所述環(huán)氧樹脂由雙酚A型環(huán)氧樹脂和雙酚F型環(huán)氧樹脂按質(zhì)量比1:1組成，所述固化劑由T-31固化劑和593固化劑按質(zhì)量比1:1組成；
[0092]③混合后升溫至40°C，固化15h。
[0093]液氧相容性測試結(jié)果和極限氧指數(shù)見表1。
[0094]實施例12
[0095]一種與液氧相容的環(huán)氧樹脂材料的制備方法，所述制備方法包括如下步驟:
[0096]①將重量份為15的阻燃劑機械研磨lh，轉(zhuǎn)速為30轉(zhuǎn)/秒，所述阻燃劑由氫氧化
鋁、氫氧化鎂、八溴醚、三氯氧磷、磷酰三氯、三氯化磷、三聚氰胺、甲基膦酸二甲酯中的任意兩種按重量比為1:1組成；
[0097]②將重量份為85的環(huán)氧樹脂和重量份為8的固化劑與研磨后的阻燃劑混合2h，轉(zhuǎn)速為2轉(zhuǎn)/秒，所述環(huán)氧樹脂由雙酚A型環(huán)氧樹脂和雙酚F型環(huán)氧樹脂按質(zhì)量比1:1組成，所述固化劑由T-31固化劑和593固化劑按質(zhì)量比1:1組成；
[0098]③混合后升溫至40°C,固化15h。
[0099]液氧相容性測試結(jié)果和極限氧指數(shù)見表1。
[0100]表1與液氧相容性測試結(jié)果和極限氧指數(shù)
【權(quán)利要求】
1.一種與液氧相容的環(huán)氧樹脂材料，所述與液氧相容的環(huán)氧樹脂材料按重量份由下述組分組成: 環(huán)氧樹脂 85~95 阻燃劑 5~15 固化劑 8~12 ; 所述阻燃劑選自八溴醚、三氯氧磷、磷酰三氯、三氯化磷、三聚氰胺、甲基膦酸二甲酯、氫氧化鋁、氫氧化鎂中的至少一種。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的材料，其特征在于:所述環(huán)氧樹脂為雙酚A型環(huán)氧樹脂、雙酚F型環(huán)氧樹脂中的至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的材料，其特征在于:所述固化劑為T-31固化劑、593固化劑中的至少一種。
4.一種與液氧相容的環(huán)氧樹脂材料的制備方法，其特征在于:所述制備方法包括如下步驟: ①將阻燃劑機械研磨I~3h,轉(zhuǎn)速為30~50轉(zhuǎn)/秒； ②將環(huán)氧樹脂和固化劑與研磨后的阻燃劑混合2~3h，轉(zhuǎn)速為2~10轉(zhuǎn)/秒； ③混合后升溫至30~40°C, 固化15~24h。
【文檔編號】C08K3/22GK103467923SQ201310428273
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月18日
【發(fā)明者】武湛君, 孫濤, 李家亮, 王智, 李世超 申請人:大連理工大學(xué)