【摘 要】
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环氧树脂（EP）具有良好的耐腐蚀性、机械性能、化学性以及尺寸稳定性,被广泛用作涂料、复合材料、粘合剂和电气行业。然而,EP易燃且释放出大量的一氧化碳、芳香族化合物和碳氢化合物等有毒烟雾,这大大地限制了EP的广泛应用。因此,开展新型防火安全EP复合环氧涂层材料设计、制备具有重点社会需求。本文以乙酸铜、乙酸镍、乙酸锌和中空酚醛树脂球为原料,采用共混煅烧法,合成了HCS@Cu2O、HCS@Ni、HCS@
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环氧树脂（EP）具有良好的耐腐蚀性、机械性能、化学性以及尺寸稳定性,被广泛用作涂料、复合材料、粘合剂和电气行业。然而,EP易燃且释放出大量的一氧化碳、芳香族化合物和碳氢化合物等有毒烟雾,这大大地限制了EP的广泛应用。因此,开展新型防火安全EP复合环氧涂层材料设计、制备具有重点社会需求。本文以乙酸铜、乙酸镍、乙酸锌和中空酚醛树脂球为原料,采用共混煅烧法,合成了HCS@Cu2O、HCS@Ni、HCS@ZnO三种中空碳球负载过渡金属或氧化物的新型阻燃剂,并制备了相应的阻燃EP复合材料,研究了HCS@Cu2O、HCS@Ni、HCS@ZnO对EP复合材料的燃烧性能和热降解性能的影响规律与作用机理。主要研究内容与结论如下:1.HCS@Cu2O阻燃EP的研究。研究发现,HCS@Cu2O在EP体系中发挥了很大的阻燃抑烟作用。CCT结果表示,HCS@Cu2O能降低EP的热释放和烟释放;EP/HCS1.00样品的热释放速率峰值（p HRR）为984.2k W/m~2,总烟气释放（TSR）为3093.7m~2/m~2。添加HCS@Cu2O能降低EP的热释放和烟释放;EP/（HCS@Cu2O）1.00样品的p HRR降低至660.8k W/m~2,其TSR降低至330.3m~2/m~2。EP的CO最大释放速率为0.39g/s,添加了1.00wt%HCS@Cu2O的EP复合材料的CO的最大释放速率为0.06g/s,比EP/的降低了84.6%。同时,EP/（HCS@Cu2O）复合材料的残炭剩余量也会随着加入HCS@Cu2O的增加而提高,其中EP/（HCS@Cu2O）1.00的最终残炭剩余量在所有样品中最大,值为13.75%,分别比纯EP和EP/HCS1.00的高了7.32%和5.94%。2.HCS@Ni阻燃EP的研究。研究发现,Ni提高了EP体系的热稳定性和抑烟性能。含有1.00wt%HCS@Ni的EP复合材料的p HRR最低,比EP/HCS1.00样品的p HRR低27.2%,比纯EP的p HRR材料下降65.9%。此外,HCS@Ni提高了EP复合材料的抑烟性能。纯EP的TSR为3275.7 m~2/m~2,添加了1.00wt%HCS的EP复合材料的TSR为3093.7 m~2/m~2。EP/（HCS@Ni）0.25的TSR为2650.9 m~2/m~2,分别比EP和EP/HCS1.00的TSR降低了19.1%和14.3%。添加了1.00wt%HCS@Ni的EP复合材料的最大CO释放率为0.07 g/s,比纯EP的低82.1%。这是因为HCS@Ni中的HCS阻断了外部O2的进入,而Ni可以催化CO转化为CO2。因此HCS@Ni可以减少EP复合材料燃烧过程中产生的CO,降低EP的毒性。3.HCS@ZnO阻燃EP的研究。结果表明,HCS@ZnO能够提高EP的炭层致密程度,降低了EP燃烧时产生的热量以及烟气释放。HCS@ZnO可以提高EP的阻燃性能,EP/（HCS@ZnO）1.00的p HRR降低至834.0k W/m~2,比EP/HCS1.00的降低了15.0%。当HCS@ZnO的添加量为1.00wt%时,EP复合材料的总热释放量（THR）为150.2MJ/m~2,在所有样品的THR中数值最低。说明HCS@ZnO使EP复合材料的热危害降低。与纯EP相比,EP/HCS复合材料的炭层表面有少量裂纹,EP/（HCS@ZnO）复合材料的炭层表面完整。并且电镜照片显示表明EP/（HCS@ZnO）的残炭具有良好的致密性。以上结果表明HCS@ZnO可以提高EP复合材料的热稳定性以及残炭量,HCS@ZnO的阻燃效果优于HCS.
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