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膨胀型阻燃环氧树脂复合材料的制备及燃烧性能研究

董娟  
【摘要】:本文制备了一系列的膨胀型阻燃环氧树脂复合材料,分别研究了典型的固化剂、增韧剂以及阻燃剂对其燃烧性能的影响。具体研究内容如下: 1.以磷酸、季戊四醇和三聚氰胺为原料,合成了集酸源、碳源和气源三源于一体的单分子膨胀型阻燃剂(SMIFR)。采用E-44环氧树脂,T31固化剂和SMIFR制备了膨胀型阻燃环氧树脂复合材料。采用锥形量热仪和热重分析仪研究T31含量对膨胀型阻燃环氧树脂复合材料燃烧性能和热降解行为的影响。锥形量热仪结果表明,随着T31含量的降低,环氧树脂复合材料的热释放速率(HRR)和生烟速率(SPR)降低;EP-14(T31含量为7.0wt%)的阻燃性最好。TG结果表明,在所有的样品中EP-12(T31含量为14.0wt%)的成炭能力最好,具有最好的高温热稳定性。 2.合成了几种磷酸酯固化剂,并用核磁共振仪(NMR)对其结构进行了表征。用合成的磷酸酯固化环氧树脂制备了一系列阻燃环氧树脂复合材料,分别用锥形量热仪和热重分析仪对材料的燃烧性能和热稳定性进行研究。锥形量热仪结果显示,磷酸酯能显著降低材料的热释放速率(HRR)、总热释放(THR)和生烟速率(SPR)等参数。以磷酸丁酯为固化剂制备的复合材料具有最低的HRR和SPR,阻燃性能最好。热重分析仪结果显示磷酸酯能够提高材料的成炭能力,其中磷酸乙脂固化得到的EP-22的成炭能力最好。 3.采用环氧树脂E-44,T31固化剂,SMIFR和CYH-277增韧剂等为原料,合成了膨胀型阻燃环氧树脂复合材料。用锥形量热仪、热重分析仪、烟密度测试仪研究了CYH-277增韧剂含量对阻燃环氧树脂复合材料性能的影响。锥形量热仪结果表明,CYH-277的添加可以降低材料的HRR、THR、SPR,并且延迟环氧树脂复合材料的点燃时间,这表明CYH-277可以增强环氧树脂复合材料的阻燃性能,EP-33(CYH-277含量为14wt%)在所有的样品中阻燃性最好。热重分析结果表明CYH-277对材料的初始分解温度有影响,但是对材料的成炭能力影响不大。烟密度测试结果显示CYH-277对环氧树脂复合材料没有抑烟作用。 4.采用季戊四醇、三氯氧磷等对可膨胀石墨(EG)进行改性,制备了有机无机杂化膨胀型阻燃剂(EGM),并采用红外光谱对其结构进行了表征。以EGM为阻燃剂制备了膨胀型阻燃环氧树脂复合材料。用锥形量热仪和热重分析仪对材料的燃烧性能和热降解性能进行了研究,并用Kissinger法和Flynn-Wall-Ozawa法对材料的热解动力学进行了研究。锥形量热仪结果显示,EG和EGM的加入能够显著降低材料的HRR和SPR值;在添加EGM的样品中THR值随着EGM含量的增加而降低,且燃烧后材料表面形成的炭层更致密。热重分析数据显示,EGM能够增强材料的成炭能力。热解动力学分析表明,添加EGM的材料具有较高的反应活化能。


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