论文部分内容阅读
环氧树脂是一类重要的热固性树脂,具有稳定性好、收缩率低、粘接强度高、电绝缘性能好、机械强度高和加工性能好等优点,可用作涂覆材料、电子器件、浇涛材料及胶粘剂等。但环氧树脂的极限氧指数(LOI)仅为19.8%,属于易燃材料,这极大地限定了它们的应用,开发阻燃型环氧树脂成了研究环氧树脂复合材料的重要目标。当前应用最多的是卤系阻燃剂,其阻燃效果显著,但其燃烧时产生大量的有毒、腐蚀性气体,污染环境。因此,环氧树脂的无卤阻燃受到了更普遍的关注,尤其是阻燃效率较高的磷氮膨胀型阻燃剂。本论文在含磷阻燃固化环氧树脂复合材料的合成与热降解行为方面进行了深入的研究和讨论。本论文以1-氧-4-羟甲基-2,6,7-三氧杂-1-磷杂双环[2.2.2]辛烷(PEPA)和偏苯三甲酸酐(TMA)为原料合成了集阻燃固化为一体的化合物(PEPA-TMA),将具有阻燃作用的双环笼状季戊四醇磷酸酯结构和具有固化作用的酸酐基团引入到同一个化合物中,制备一种新型的阻燃固化剂。经多次实验确定此反应的反应条件及时间,并采用红外光谱(FTIR)、氢核磁(1H-NMR)及磷核磁(31P-NMR)对化合物的结构进行了表征分析,结果表明:最终产物为81.65g,产率是72%。本论文以合成的阻燃固化剂为原料,并与三聚氰胺氰尿酸(MCA)复配,制备了不同含磷量的阻燃环氧树脂复合材料(EP/PEPA-TMA/MCA)。采用极限氧指数(LOI)和垂直燃烧(UL-94)研究环氧树脂复合材料的阻燃性能,采用热重分析(TGA)测试阻燃环氧树脂的热分解进程,采用动态力学分析(DMA)测试材料的玻璃化转变温度Tg,采用锥形量热仪(CONE)研究阻燃环氧树脂的热释放速率、热释放量、烟释放速率及烟释放量,用扫描电镜(SEM)对环氧树脂复合材料燃烧的炭层形貌进行观察。结果表明:当PEPA-TMA与MCA的质量比为2:1且含磷量达到2.5%时,体系EP/PEPATMA/MCA的阻燃效果达到最好。本论文利用热重红外联用分析(TGA-FTIR)技术,结合扫描电镜(SEM)及X射线能谱分析(EDS)等测试手段,对阻燃环氧树脂体系降解过程中的气相及凝聚相的化学物质进行了测试表征,并研究了阻燃固化环氧树脂的热降解行为及其作用机制,对阻燃环氧树脂材料的热降解过程及成炭机理进行了分析探讨。通过热重红外联用技术测试分析得出材料的裂解气体主要有磷化氢、二氧化碳、水及芳香族化合物;并结合X射线能谱分析得出气相和凝聚相的相互作用的阻燃机理,结果表明:含磷量越高,炭层密度越大,隔热、隔氧、抑烟效果越好,可以充分发挥凝聚相的阻燃作用。此外,MCA在燃烧中有氨气等不燃气体逸出,在气相中,有效的稀释了环境中氧气的浓度,发挥了气相阻燃作用,同时,与PEPA-TMA并用对复合材料的阻燃有良好的协效作用。