金属植酸盐对环氧树脂阻燃性能影响的研究

来源 :沈阳航空航天大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wuzhiqing1984
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环氧树脂(EP)是一种重要的高分子材料,广泛应用于生产生活的各个领域。但环氧树脂的可燃性限制了其应用。为提高环氧树脂的阻燃性,本文研究了金属植酸盐作为环氧树脂阻燃剂的可行性,发现植酸镁(Mg-Phyt)适合成为环氧树脂的生物基磷系阻燃剂;为了进一步提高Mg-Phyt的阻燃效果,将Mg-Phyt与稻壳灰(RHS)复配以达到磷-硅协同阻燃的效果;此外,研究了二者添加比例对环氧树脂阻燃性能的影响。具体内容如下:首先,采用沉淀法合成了四种较常见主族金属阳离子所对应的植酸盐(Mg-Phyt、Al-Phyt、Ca-Phyt、Sn-Phyt),研究了四种植酸盐对环氧树脂热稳定性和阻燃性能的影响。结果表明:植酸盐先于环氧树脂热解,可以降低环氧树脂的热解速率。相比于纯环氧树脂,添加5wt%植酸盐的环氧树脂具有较好的热稳定性、阻燃性和抑烟性。阻燃效果从高到低为 Mg-Phyt>Ca-Phyt>Al-Phyt>Sn-Phyt,抑烟性从高到低为 Al-Phyt>Mg-Phyt>Ca-Phyt>Sn-Phyt。综合考虑植酸盐对环氧树脂的阻燃和抑烟效果,Mg-Phyt是较理想的添加剂。然后,为了进一步提高Mg-Phyt对环氧树脂的阻燃作用,将RHS与其混合共同添加到环氧树脂中,研究了 Mg-Phyt和RHS的协同阻燃效果及机理。结果表明:Mg-Phyt和RHS对降低环氧树脂的热解速率、热释放速率、总热释放、产烟速率、总烟释放、有毒气体释放和燃烧速度有协同作用。其协同阻燃机理主要为Mg-Phyt和RHS在环氧树脂燃烧过程中起到促进成炭的作用,形成热稳定性强的含Si-P和P-O-C结构的炭层,该炭层可以阻碍环氧树脂基体与燃烧区的传质传热,抑制环氧树脂热解出可燃气体。最后,研究了 Mg-Phyt作为环氧树脂阻燃剂时的适当添加量,并在此添加量中更改植酸镁和稻壳灰的比例,探究二者不同添加比例对环氧树脂阻燃和力学性能的影响。结果表明:10wt%的Mg-Phyt为环氧树脂阻燃剂的适当添加量,当Mg-Phyt和RHS总添加量为1 0wt%时,二者添加比例对环氧树脂的阻燃性能有一定影响。点燃时间、T5%、Tmax、残炭率和LOI值随RHS占比的增加而增加,对力学性能的破坏随RHS占比的增加而减少。而两者质量比为1:1时,可较大程度的降低环氧树脂的热解速率、热释放速率、总热释放、产烟速率、总烟释放和燃烧速度。
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