论文部分内容阅读
二烯丙基双酚A改性4，4-双马来酰亚胺苯基甲烷(BDM/DBA)体系在航空航天、交通运输、电子科技等领域被广泛的应用为高性能复合材料的基体树脂。该体系具有良好的加工性能、力学性能、介电性能、热稳定性能等，但是如同大部分有机树脂一样，易燃性限制了其在一些尖端领域的应用。因此，本文选择以BDM/DBA树脂作为基材，对该体系的阻燃性能进行完善，以期扩展其应用领域。磷系阻燃剂无论作为添加型还是反应型阻燃剂都具有广泛的应用，本文以磷系阻燃剂9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)为基础，合成了一系列磷-硅杂化阻燃剂，并且构建了不同的阻燃体系，探究其相应的阻燃机理。 主要的研究内容如下: 1.在引发剂偶氮二异丁腈(AIBN)的作用下，DOPO与乙烯基三乙氧基硅烷(VTES)反应生成分子DOPO-VTES，该产物与3-（氨基丙基三乙氧基硅烷）(APTES)通过溶胶-凝胶反应制备得到有机-无机杂化粒子DV-APTES，通过分子设计实现了一种阻燃剂同时含有磷、硅两种元素的目标。将这种有机-无机杂化阻燃剂添加于BDM/DBA树腊中，制得复合材料，并对该复合材料的阻燃性能以及相应阻燃机理进行了研究。微型燃烧量热仪(MCC)结果表明，当一定量的阻燃剂DV-APTES添加入树脂体系，复合材料在燃烧过程中的热释放峰值(PHRR)降低了26.5％，同时该体系的总热释放量(THR)也有所降低。另外，LOI和UL-94测试的结果也表明了DV-APTES可以提升材料的阻燃性能。热重-红外联用(TG-FTIR)、扫描电镜(SEM)、拉曼（Raman）测试的结果表明，该阻燃剂主要起到固相阻燃的作用。 2.在有机-无机杂化阻燃剂的研究基础上，合成了一种含DOPO的笼型聚倍半硅氧烷(DOPO-POSS)，并将其作为BDM/DBA体系的阻燃剂。与DV-APTES相比，DOPO-POSS具有一种特殊的笼型结构，这是一种纳米级笼型、三维结构的阻燃剂。以DOPO-VTES作为反应起始物，通过控制其水解条件，得到水解产物DOPO-POSS。本章着重于探究DOPO-POSS对BDM/DBA体系的阻燃性能、热稳定性、热氧降解机理以及介电性能的影响。结果表明，相较于BDM/DBA/DOPO，DOPO-POSS能够赋予复合材料更优异的阻燃性能，磷、硅元素对于该体系起到协效阻燃的作用。动态红外（Real Time FTIR）以及热重(TGA)测试的结果表明，DOPO-POSS在燃烧过程中存在促进成炭的机制，会在残炭中形成SiO2保护层，防止基体进一步降解。同时，研究表明，DOPO-POSS中特殊的多孔结构，以及Si-O-Si的低极性，给复合材料BDM/DBA/DOPO-POSS带来了良好的介电性能。 3.一维(1Dimensional，1D)碳材料:多壁碳纳米管(MWCNTs)，经过表面修饰，功能化后得到MWCNTs-NH2。将其作为阻燃剂的协效剂，加入BDM/DBA/DOPO体系。结果表明，未经修饰的MWCNTs在该复合材料中以团聚的形式存在，而经过氨基化处理的MWCNTs，在体系中均匀分撒，形成一种三维网络结构。相比BDM/DBA/DOPO体系，BDM/DBA/DOPO/MWCNTs-NH2的热稳定性得到提高，由于MWCNT-NH2可以与BDM产生化学键连，形成稳固的网络结构，从而形成一种物理屏障，延缓降解产物的释放。另外，MWCNTs-NH2的添加一定程度上提高了材料的力学性能，这抵消了阻燃剂DOPO对于材料力学性能的损害。 4.基于以上研究基础，为提升阻燃剂的阻燃效率，将DOPO-VTES接枝于二维(2Dimensional，2D)碳材料:氧化石墨烯(GO)的表面，得到一种多源一体单组份高效阻燃剂—磷-硅杂化有机-无机物功能化氧化石墨烯(DV-GO)。透射电镜(TEM)的结果表明，DOPO-VTES粒子均匀的分散在氧化石墨烯片层上。LOI以及UL-94表明，相较于BDM/DBA/GO和BDM/DBA/DOPO-VTES，BDM/DBA/DV-VTES具有较好的阻燃性能，GO以及DOPO-VTES具有协同阻燃效果。锥形量热仪(CCT)中显示，DV-APTES的添加，使得材料的PHRR以及THR均有所下降，说明材料的耐火性提高。另外，Raman结果显示，DV-GO在燃烧的过程中提高了残炭的石墨化规整程度，这有助于形成致密、高质量的炭层结构。