一種纖維增強純無機阻燃泡沫復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于復(fù)合材料制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種纖維增強純無機阻燃泡沫復(fù)合材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]泡沫材料由于具有相對密度低、高比強度、高比剛度、良好的吸能性、隔熱絕熱、優(yōu)異的阻尼減振及消音降噪性能，易于實現(xiàn)結(jié)構(gòu)材料的輕質(zhì)多功能化，在實際工程應(yīng)用中經(jīng)常作為夾芯材料來減輕制件的重量，非常適合用于鐵路、輪船和豪華游艇的內(nèi)飾。但由于純泡沫的力學(xué)性能較低，在實際應(yīng)用中經(jīng)常采用纖維增強的方法來提高其力學(xué)性能。
[0003]傳統(tǒng)的纖維增強泡沫復(fù)合材料是在泡沫成型之前，在泡沫材料的某一組分中混入一定比例的短切纖維，通過機械攪拌的方法將其混合均勻，然后倒入另一組分混合發(fā)泡，制成纖維增強泡沫板。該方法的最大缺點是受組分粘度的限制，纖維加入量不可能太大，一般不超過15%的質(zhì)量分數(shù)，否則組分粘度太大，工藝操作性變差，導(dǎo)致最終的泡沫質(zhì)量下降。其次纖維長度受限制，因為纖維越長，攪拌過程中越不容易分散均勻，而且越容易纏繞在攪拌棒上造成分散困難，使得分散均勻性不容易得到保證。第三，該方法中短切纖維在體系中呈無序狀態(tài)分布，制成的泡沫板各相同性，不能發(fā)揮復(fù)合材料可設(shè)計性強的優(yōu)點。
[0004]美國專利《樹脂浸漬纖維復(fù)合材料的制備方法》(Method for the product1n offiber composite materials impregnated with resin，美國專利號 4，483，889，專利授權(quán)日期1984.11.20)，公布了一種用纖維、可固化熱固性樹脂和可發(fā)性微球三組分材料制備網(wǎng)狀復(fù)合材料泡沫的技術(shù)。美國專利《可發(fā)性微球的制備技術(shù)》(Process for expandablemicrospheres,美國專利號4, 513, 106，專利授權(quán)日其月1985.4.23)，公布了一種以可發(fā)性高分子包裹熱發(fā)泡劑的微球技術(shù)；美國專利《可發(fā)性空心粒子》(Expandable hollowparticles，美國專利號5, 834, 526，專利授權(quán)日其月1998.11.10)，公布了一種以可發(fā)性高分子為殼包裹發(fā)泡劑的微粒技術(shù)，后兩者的區(qū)別在于不同的材料組成。其他還有一些專利與上述專利類似。利用這些專利技術(shù)可以制備生產(chǎn)連續(xù)玻璃纖維增強樹脂基復(fù)合材料泡沫板材，目前，這類板材已實現(xiàn)商品化；同樣，可發(fā)性微球、特別是微膠囊發(fā)泡劑也已是成熟的商品，并且有多種選擇。
[0005]上述專利的共同特點都是選用有機高分子作為膠粘劑，有機高分子的存在使得該類板材的使用溫度較低(低于500°C)，而且阻燃等級較低(最高只能達到DIN5110標準的S4級，即離火自熄)，這就大大的限制了這類泡沫板材的使用范圍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提出一種使用溫度更高，阻燃性能更好的纖維增強純無機阻燃泡沫復(fù)合材料及其制備方法。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，以無機纖維氈作為增強體，浸漬加有微膠囊發(fā)泡劑的無機溶膠或溶液，通過浸漬-微膠囊發(fā)泡和固化-后處理而制得低密度純無機阻燃泡沫復(fù)合材料板，纖維增強無機泡沫復(fù)合材料板材的制備方法如下:
[0008](I)選用玻璃纖維氈、玄武巖纖維氈、硅酸鋁纖維氈、莫來石纖維氈或氧化鋁纖維租作為增強體，纖維租的厚度在5mm-10mm之間；
[0009](2)配制硅溶膠、鋁溶膠、硅酸鹽溶液或磷酸鹽溶液作為浸漬劑，浸漬劑中固相質(zhì)量含量為40% -70%之間；
[0010](3)在浸漬劑中按照5% -15%質(zhì)量分數(shù)的比例加入微膠囊發(fā)泡劑，微膠囊發(fā)泡劑的發(fā)泡溫度比浸漬劑的固化溫度低20°C -30°C，通過物理攪拌配備成懸浮液；
[0011](4)將纖維氈在配制好的浸漬劑懸浮液中充分浸漬后，通過擠壓或軋壓去除復(fù)合體中可流動的多余浸漬劑，得到密度不再變化的纖維氈-浸漬劑均勻的復(fù)合體；
[0012](5)將纖維氈-浸漬劑復(fù)合體置于100°C -180 °C的高溫干燥箱內(nèi)保溫20min-30min,使微膠囊發(fā)泡，纖維氈隨之增厚至原尺寸的2?5倍，得到纖維氈-浸漬劑泡沫體；
[0013](6)纖維氈-浸漬劑泡沫體脫水固化定型后，于500°C -1000°C高溫爐中保溫l-3h，燒除纖維表面上漿劑、發(fā)泡劑微膠囊皮、浸漬劑中外加有機物，最終得到純無機泡沫阻燃復(fù)合材料板材。
[0014]所述的微膠囊發(fā)泡劑的囊皮為聚丙烯腈類高聚物，粒徑在5 μπι-50 μπι之間，微膠囊內(nèi)充有烷烴，氣化膨脹溫度在100°c -180°c之間。
[0015]浸漬后的纖維氈在高溫干燥箱內(nèi)發(fā)泡膨脹并脫水固化時可保持垂直懸掛方式或水平放置于兩塊石膏板之間。
[0016]本發(fā)明的優(yōu)點和特點:
[0017](I)本發(fā)明采用玻璃纖維氈、玄武巖纖維氈、硅酸鋁纖維氈、莫來石纖維氈或氧化鋁纖維氈等無機纖維氈作為增強體；采用硅溶膠、鋁溶膠、硅酸鹽溶液或磷酸鹽溶液作為浸漬劑；泡沫復(fù)合材料板材最終經(jīng)500°C -1000°C高溫處理。最終得到的泡沫板材的材料體系全部由無機物組成，與有機樹脂材料體系相比，具有更高的耐溫等級和更優(yōu)異的阻燃特性。本發(fā)明制備的泡沫復(fù)合材料的燃燒等級可達到DIN5510標準的S5等級，即完全不燃。
[0018](2)本發(fā)明采用纖維浸漬膠粘劑制備泡沫板材，相比傳統(tǒng)的纖維與膠粘劑攪拌混合的方法，本方法制得的板材纖維含量高，纖維排列有序，力學(xué)性能優(yōu)良，成型性好。
[0019](3)本發(fā)明可選多種無機纖維氈、無機膠粘劑以及微膠囊發(fā)泡劑，這使的材料的可設(shè)計性強，可根據(jù)需要進行靈活調(diào)節(jié)。
[0020](4)原材料中的無機纖維氈、微膠囊發(fā)泡劑、無機溶膠或溶液等都是成熟度很高的市售產(chǎn)品，生產(chǎn)工藝簡單，使得泡沫復(fù)合材料板材成本低，適于批量生產(chǎn)。
[0021](5)本發(fā)明纖維增強無機阻燃泡沫復(fù)合材料板用途非常廣泛，可以用于制造業(yè)、造船業(yè)、展覽會展臺/展板、以及建筑業(yè)、航空業(yè)等其他市場領(lǐng)域，僅在軌道客車中就可以用于風(fēng)道、門板、頂板、間壁以及地板等多個部位。
【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明純無機泡沫阻燃復(fù)合材料板材的微觀結(jié)構(gòu)圖【具體實施方式】
[0023]纖維增強無機泡沫板材的具體實施方案如下:
[0024]以無機纖維氈作為增強體，浸漬加有微膠囊發(fā)泡劑的無機溶膠或溶液，通過浸漬-微膠囊發(fā)泡固化-高溫后處理而制得低密度純無機阻燃泡沫復(fù)合材料板。具體制備方法如下:
[0025](I)選用玻璃、玄武巖、硅酸鋁、莫來石、氧化鋁等無機纖維氈作為增強體，纖維氈的厚度在5mm_10_之間；
[0026](2)配制硅溶膠、鋁溶膠、硅酸鹽溶液、磷酸鹽溶液等無機水基膠粘劑作為浸漬劑，浸漬劑中固相質(zhì)量含量為40% -70%之間；
[0027](3)在浸