论文部分内容阅读
环氧树脂（EP）以其稳定的化学性质、高机械强度和优异的电绝缘性能广泛应用于电子封装、汽车机械、航空航天等领域。然而作为有机高聚物的一种,环氧树脂易燃且燃烧时释放大量的热和有毒烟气,对火灾中人员的生命安全构成威胁。为了降低环氧树脂的火灾危险性,需要对环氧树脂进行阻燃处理,目前应用于环氧树脂的阻燃剂大部分是由共价键形成,使得制备工艺复杂,成本较高。针对上述共价键形成阻燃剂存在制备工艺复杂,成本较高的问题,本论文从阻燃剂分子结构设计角度出发,采用离子键构建阻燃剂的方法,制备了一种新型磷-氮型无卤阻燃剂（P-EDA）,并采用傅里叶红外光谱（FTIR）,元素分析（XPS）,质谱测试（MS）对该阻燃剂（P-EDA）的分子结构进行了表征,进而将该磷-氮型阻燃剂（P-EDA）应用于环氧树脂的阻燃改性,并通过极限氧指数测试（LOI）、垂直燃烧测试、热重分析测试（TGA）、锥形量热测试（CONE）等方法,研究了P-EDA的添加量对EP的阻燃性能影响及P-EDA与CuO在环氧树脂中的协同阻燃作用,并分析了P-EDA阻燃剂对EP的阻燃机理。研究结果如下:（1）以磷酸和乙二胺为原料,采用离子键构建阻燃剂的方法,得到产物P-EDA,通过傅里叶红外光谱测试（FTIR）对其官能团进行表征,发现在1542 cm-1处出现NH3+吸收峰,表明磷酸和乙二胺已经通过离子键反应;通过元素分析（XPS）,对其磷氮元素比例进行分析,得到磷氮元素比约为1:2.5,通过质谱测试分析（MS）,失去的碎片为磷酸、乙二胺碎片,综上分析表明:磷酸和乙二胺通过离子键制得了同时含阻燃元素磷和氮的磷酸/乙二胺盐阻燃剂P-EDA。（2）采用不同添加量的磷酸/乙二胺盐阻燃剂P-EDA制备阻燃环氧树脂材料,通过极限氧指数测试（LOI）、垂直燃烧测试、热重分析测试（TGA）、锥形量热测试（CONE）等方法对阻燃环氧树脂材料的阻燃性能进行研究。研究发现,随着P-EDA阻燃剂添加量的增加,阻燃性能明显提升,当添加20%P-EDA阻燃剂制得的阻燃环氧树脂材料,极限氧指数达到31.5%,垂直燃烧等级为V-0级,热释放速率明显降低,热释放速率峰值降低了50.7%,生烟速率降低了39.5%,二氧化碳释放速率降低了55%,表明此阻燃环氧树脂具有良好的阻燃效果。（3）采用磷酸/乙二胺盐阻燃剂P-EDA和CuO阻燃协效剂制备阻燃环氧树脂材料,通过极限氧指数测试（LOI）、垂直燃烧测试、热重分析测试（TGA）、锥形量热测试（CONE）等方法对P-EDA和CuO在环氧树脂中的协同阻燃作用进行研究。研究发现,当添加18%P-EDA阻燃剂和2%CuO阻燃协效剂制得的阻燃环氧树脂材料,极限氧指数达到31.5%,垂直燃烧等级为V-0级,热释放速率峰值降低了60.1%,总热释放量降低了18%,总生烟量降低了33%,CO释放速率峰值降低了40.6%。P-EDA阻燃剂和氧化铜CuO阻燃协效剂协同环氧树脂材料具有显著的阻燃效果和抑烟减毒效果。（4）通过对纯环氧树脂和P-EDA阻燃环氧树脂的热释放行为、热降解性行为、残炭形貌的对比分析,P-EDA阻燃剂对环氧树脂的阻燃机理可能是:P-EDA阻燃剂的添加,一方面使得在燃烧过程中产生PO·自由基,捕获火焰中的·OH自由基和·H自由基,从而中断燃烧链式反应,降低了燃烧释放的热量,实现了对EP的气相阻燃作用;另一方面,P-EDA阻燃剂在燃烧时提前分解催化成炭,提高了炭层的完整性,隔绝外界的氧气和热量进入内部基材,使得燃烧释放的热量和烟气量减少,从而阻燃性能得到提升,发挥了凝聚相阻燃作用。