本發(fā)明涉及玻璃纖維改性，具體涉及一種阻燃改性玻璃纖維及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，對(duì)材料性能的要求日益提高，特別是在阻燃技術(shù)方面，越來越多的應(yīng)用場景需要具備優(yōu)良阻燃性能的復(fù)合材料。傳統(tǒng)的玻璃纖維由于其優(yōu)良的力學(xué)性能和化學(xué)穩(wěn)定性，廣泛應(yīng)用于增強(qiáng)塑料、建筑材料及電氣絕緣材料等領(lǐng)域。然而，普通玻璃纖維的阻燃性能有限，特別是在高溫環(huán)境下，可能引發(fā)“燭芯效應(yīng)”，導(dǎo)致材料在火源作用下加速燃燒，從而增加了火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。因此，開發(fā)一種具有良好阻燃性能的改性玻璃纖維，成為當(dāng)前材料科學(xué)領(lǐng)域亟待解決的重要課題。

2、在此背景下，dopo衍生物的引入為玻璃纖維的阻燃改性提供了新的思路。dopo衍生物是一類具有優(yōu)良阻燃性能的化合物，其分子結(jié)構(gòu)中含有能夠有效抑制燃燒的功能基團(tuán)。通過將dopo衍生物接枝到玻璃纖維上，可以顯著提升其表面特性和阻燃性能。該方法不僅能夠增強(qiáng)玻璃纖維在高溫環(huán)境下的穩(wěn)定性，還能夠在燃燒時(shí)形成一層保護(hù)性碳層，從而有效阻止火焰的傳播。同時(shí)，接枝技術(shù)的應(yīng)用也能確保改性玻璃纖維的力學(xué)性能不受顯著影響，保持其優(yōu)良的增強(qiáng)效果。

3、此外，將這種阻燃改性玻璃纖維應(yīng)用于尼龍材料中，可以有效解決傳統(tǒng)尼龍?jiān)鰪?qiáng)材料的“燭芯效應(yīng)”。尼龍作為一種廣泛應(yīng)用于紡織、汽車、電子等領(lǐng)域的合成材料，其在高溫和火焰環(huán)境下的表現(xiàn)常常受到限制。通過引入阻燃改性玻璃纖維，不僅能夠提高尼龍材料的阻燃等級(jí)，還可以增強(qiáng)其熱穩(wěn)定性和機(jī)械性能。研究表明，改性后的尼龍材料在火焰接觸下表現(xiàn)出更低的燃燒速率和更好的炭化特性，從而在實(shí)際應(yīng)用中為安全性和耐用性提供了保障。這種新型的復(fù)合材料具有廣闊的市場前景，為各類需要高性能阻燃材料的行業(yè)提供了創(chuàng)新解決方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明意在提供一種阻燃改性玻璃纖維及其制備方法和應(yīng)用，在抑制材料“燭芯效應(yīng)”的同時(shí)，保證材料的力學(xué)性能。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種阻燃改性玻璃纖維，利用氨基類硅烷偶聯(lián)劑對(duì)玻璃纖維改性后，將阻燃劑包覆于玻璃纖維表面。

3、優(yōu)選的，作為一種改進(jìn)，氨基類硅烷偶聯(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。

4、優(yōu)選的，作為一種改進(jìn)，阻燃劑為dopo-ph，dopo-ph的添加量為經(jīng)過氨基化改性的玻璃纖維質(zhì)量的1％-10％。

5、優(yōu)選的，作為一種改進(jìn)，dopo-ph的制備方法，包括如下步驟：

6、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；

7、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；

8、s3、將2-[(苯基亞氨基)甲基]苯酚和dopo溶解于四氫呋喃(thf)中，將混合物加熱并攪拌，得體系ii；

9、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。

10、優(yōu)選的，作為一種改進(jìn)，步驟s1中，4-氨基苯酚與4-羥基苯甲醛的摩爾比為1:1-3；攪拌溫度為50℃，攪拌時(shí)間為5h。

11、本技術(shù)方案中，4-氨基苯酚、4-羥基苯甲醛的摩爾比對(duì)于偶聯(lián)劑的效用具有關(guān)鍵影響，研究結(jié)果表明：超出此比例范圍，硅烷偶聯(lián)劑將無法充分吸附在玻纖表面。

12、優(yōu)選的，作為一種改進(jìn)，步驟s3中，2-[(苯基亞氨基)甲基]苯酚與dopo的摩爾比為0.1-1:1；溶解過程在氮?dú)鈿夥?、室溫下完成；混合物加熱溫度?0℃，攪拌時(shí)間為12h。

13、本技術(shù)方案中，2-[(苯基亞氨基)甲基]苯酚、dopo的摩爾比對(duì)于阻燃劑的效用具有關(guān)鍵影響，超出此比例范圍，阻燃劑將無法充分吸附在玻纖表面。

14、優(yōu)選的，作為一種改進(jìn)，一種阻燃改性玻璃纖維的制備方法，包括如下步驟：

15、步驟一、玻璃纖維的氨基化改性：利用氨基類硅烷偶聯(lián)劑對(duì)玻璃纖維進(jìn)行改性，得到gf-nh2；

16、步驟二、dopo-ph的制備；

17、步驟三、gf@dopo-ph的合成：將gf-nh2分散于溶劑中得到混合溶液，將dopo-ph溶于溶劑，加入混合溶液中，得到gf@dopo-ph。

18、優(yōu)選的，作為一種改進(jìn)，步驟一中，氨基類硅烷偶聯(lián)劑的添加量為1wt％，改性反應(yīng)溫度60～100℃，反應(yīng)時(shí)間1～2min。

19、優(yōu)選的，作為一種改進(jìn)，步驟三中，溶劑為乙醇、水、dmf、dmso、乙腈中的至少一種。

20、本方案的原理及優(yōu)點(diǎn)是：實(shí)際應(yīng)用時(shí)，本技術(shù)方案中，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中玻璃纖維在復(fù)合材料中應(yīng)用時(shí)存在的“燭芯效應(yīng)”和力學(xué)性能無法兼顧的問題，本發(fā)明通過對(duì)玻璃纖維表面改性，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(duì)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(jìn)一步增強(qiáng)材料的阻燃性能和力學(xué)性能，達(dá)到了三者的兼顧，在行業(yè)內(nèi)具有突出的經(jīng)濟(jì)效果和重要意義。在技術(shù)研發(fā)階段，阻燃改性玻璃纖維的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是本技術(shù)方案的難點(diǎn)之一，需要在抑制“燭芯效應(yīng)”的同時(shí)，將阻燃劑緊密的枝接到玻璃纖維的表面。此外，在領(lǐng)域內(nèi)常規(guī)玻纖改性是將玻纖進(jìn)行氨基化處理，而本方案采用的方法是首次用dopo-ph接枝到氨基化玻纖的表面，克服了領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)偏見。

技術(shù)特征：

1.一種阻燃改性玻璃纖維，其特征在于：利用氨基類硅烷偶聯(lián)劑對(duì)玻璃纖維改性后，將阻燃劑包覆于玻璃纖維表面。

2.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種阻燃改性玻璃纖維，其特征在于：所述氨基類硅烷偶聯(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。

3.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種阻燃改性玻璃纖維，其特征在于：所述阻燃劑為dopo-ph，dopo-ph的添加量為經(jīng)過氨基化改性的玻璃纖維質(zhì)量的1％-10％。

4.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種阻燃改性玻璃纖維，其特征在于：所述dopo-ph的制備方法，包括如下步驟：

5.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種阻燃改性玻璃纖維，其特征在于：步驟s1中，4-氨基苯酚與4-羥基苯甲醛的摩爾比為1:1-3；攪拌溫度為50℃，攪拌時(shí)間為5h。

6.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種阻燃改性玻璃纖維，其特征在于：步驟s3中，2-[(苯基亞氨基)甲基]苯酚與dopo的摩爾比為0.1-1:1；溶解過程在氮?dú)鈿夥铡⑹覝叵峦瓿?；混合物加熱溫度?0℃，攪拌時(shí)間為12h。

7.根據(jù)權(quán)利要求1～6任一所述的一種阻燃改性玻璃纖維的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種阻燃改性玻璃纖維的制備方法，其特征在于：步驟一中，氨基類硅烷偶聯(lián)劑的添加量為1wt％，改性反應(yīng)溫度60～100℃，反應(yīng)時(shí)間1～2min。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種阻燃改性玻璃纖維的制備方法，其特征在于：步驟三中，溶劑為乙醇、水、dmf、dmso、乙腈中的至少一種。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及玻璃纖維改性技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種阻燃改性玻璃纖維及其制備方法和應(yīng)用，該阻燃改性玻璃纖維利用氨基類硅烷偶聯(lián)劑對(duì)玻璃纖維改性后，將阻燃劑包覆于玻璃纖維表面。阻燃改性玻璃纖維的制備方法，包括如下步驟：步驟一、玻璃纖維的氨基化改性：利用氨基類硅烷偶聯(lián)劑對(duì)玻璃纖維進(jìn)行改性，得到GF?NH<subgt;2</subgt;；步驟二、DOPO?PH的制備；步驟三、GF@DOPO?PH的合成：將GF?NH<subgt;2</subgt;分散于溶劑中得到混合溶液，將DOPO?PH溶于溶劑，加入混合溶液中，得到GF@DOPO?PH。本發(fā)明制備得到的阻燃改性復(fù)合材料，能夠在抑制材料“燭芯效應(yīng)”的同時(shí)，保證材料的力學(xué)性能。

技術(shù)研發(fā)人員：劉罡,石濤,丁學(xué)良,周雷,徐旭,胡志,王雨晨,鐘志強(qiáng),龔小弟,蔡迪,龔天宇,呂強(qiáng),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,舒丹,葉淑英,劉小林,何全國,唐良忠
受保護(hù)的技術(shù)使用者：重慶科聚孚新材料有限責(zé)任公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6