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环氧树脂(EP)作为最常用的热固性塑料的一种,具有良好的电学性能、机械性能、耐化学腐蚀性和粘接性能等,以胶粘剂、涂料、密封剂、灌封材料和复合材料等形式广泛应用于机械制造、电子电气、航空航天和风力发电等领域。然而,EP交联密度较大,韧性差成为了其应用缺陷之一。同时,EP结构中仅含C、H、O三种元素,在空气中极易燃烧,燃烧时伴随大量黑色的浓烟和有毒气体,严重危害人体健康和生态环境。EP韧性差和易燃性在很大程度上限制了 EP在诸多领域的应用。本论文综合考虑增韧-阻燃两方面因素问题,从分子设计的角度出发,合成了烯丙基型苯并噁嗪(Bala),并以Bala在聚磷酸铵表面原位聚合制备了聚磷酸铵微胶囊(BMAPP);选用膨胀石墨(EG)为阻燃协效剂,与BMAPP复配对EP进行阻燃改性,对EP/BMAPP和EP/BMAPP/EG燃烧行为和阻燃机理进行深入探讨,并对复合材料力学性能测试和增韧机理做了详细的分析。主要研究工作和结果如下:(1)以烯丙基胺、多聚甲醛、苯酚为原料,通过Mannich反应合成烯丙基站型苯并噁嗪单体(Bala),并通过核磁共振氢谱(1H-NMR)确定其化学结构,扫描电镜(SEM)验证了 APP表面聚合物包覆层的存在。将Bala在聚磷酸铵(APP)表面原位开环聚合后,制备APP微胶囊(BMAPP)。傅里叶变换红外(FTIR)和静态接触角测试表明,Bala在APP表面成功聚合,并有效提高APP的疏水性,与纯的APP相比,BMAPP的接触角从10.8°提高到了 71.3°。通过热重分析(TGA),PBala良好的热稳定性使APP初始分解温度(Tinitial)一定程度的提高。(2)将BMAPP添加到EP中,制备EP/BMAPP复合材料。通过热重分析仪(TGA)、垂直燃烧(UL-94)、极限氧指数(LOI)、锥型量热仪(CONE)和动态热机械分析仪(DMA)对EP和EP/BMAPP的热性能以及燃烧性能进行对比分析。结果显示,10%的BMAPP的成炭效果最佳,有良好的阻燃性能,可使EP的LOI值从22.6%提高到33.6%,通过UL 94 V-0级,600 ℃下残炭率达26.3%。同时,BMAPP可大幅度降低EP燃烧过程中烟密度和热释放速率,提高EP的玻璃化转变温度(Tg)。BMAPP/EP-10%中,PBala和APP协同后使EP热释放速率峰值(PHRR)由1247 KW·m-2降低到434 KW·m-2,生烟速率(SPR)降低67%左右,Tg从169 ℃提高到了 173 ℃。(3)将剥离后的膨胀石墨(EG)添加到EP/BMAPP-10%体系中,制备EP/BMAPP/EG协同功能化环氧树脂。通过TGA、UL-94、LOI、CONE和热重-红外联用(TG-FTIR)对其阻燃性能、热降解行为和燃烧行为进行分析,结合燃烧后的炭层SEM和FTIR探讨其阻燃机理。随着EG加入量的增加,阻燃效果增强,EP/BMAPP-10%/EG-1%阻燃性能最好,LOI 值达到 34.1%,600℃残炭率达 29.7%,Tinitial比 EP/BMAPP-10%提高了 7℃,AHRR 值降低 10.9%,SPR 值 0.26 m2·s-1明显低于 EP/BMAPP-10%。结合残炭 FTIR 和SEM分析,炭层中存在P-O键,气相产物中存在NH3、CO2和连续致密的炭层说明BMAPP/EG协同效应兼具凝聚相和气相阻燃的特点,通过DMA分析,其Tg上升到178℃,其应用领域更加广泛。(4)通过力学性能测试,BMAPP含量的增加,EP复合材料拉伸强度增大,EP/BMAPP-15%拉伸强度最大,达到45.5MPa,断裂伸长率呈现先增大后减小的趋势。其KIC值相对纯 EP 分别提高了 61.8%,76.3%,80.3%。EG 作为复配材料,EP/BMAPP-10%/EG-0.3%拥有最大的拉伸强度47MPa,但其弹性模量和断裂伸长率相应的降低。EG含量的增加,会在一定程度上导致力学性能的降低。EP/BMAPP-10%/EG-0.5%中EG与BMAPP的协同作用最好,弹性模量达到最大值3889MPa,综合力学性能最佳。且随着EG加入量的增加,其 KIC 也逐渐增加,依次分别为 1.54MPa·m1/2,1.56MPa·m1/2,1.92MPa·m1/2,说明EG可与BMAPP发挥协同增韧的作用改善EP的韧性。