论文部分内容阅读
众所周知,环氧树脂(EP)以其优良的性能广泛应用于涂料、粘合剂、电子器件、航空航天等领域。然而,作为一种聚合物,EP易燃且燃烧时释放大量的热和有毒烟雾,存在严重的火灾隐患。因此,改善EP的阻燃性能是十分重要的研究课题。近年来,绿色无卤化和多元素协同阻燃已经成为阻燃剂开发的重要趋势,含硅、磷、氮元素的阻燃剂在提升EP阻燃性能方面效果显著。本论文主要针对无机硅系阻燃剂阻燃效率低的关键问题,通过简便可控的原位聚合法制备出两种具有核壳结构的复合阻燃剂:聚磷酸铵(APP)包覆的高岭土和三聚氰胺甲醛树脂(MF)包覆的二氧化硅(SiO2),重点围绕阻燃剂制备条件的优化以及阻燃剂在EP中的阻燃性能展开研究。主要研究工作如下:(1)以高岭土、磷酸和尿素为原料制备APP-高岭土阻燃剂。通过傅里叶红外光谱(FT-IR)、X射线粉末衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)考察了阻燃剂的微观结构,研究了原料配比和固化温度对阻燃剂微观形貌和产率的影响,通过调控制备条件获得了具有高产率和较高分解温度的阻燃剂。最佳条件下制备的阻燃剂颗粒平均粒径为16.58μm,分散性良好,比普通氮-磷系阻燃剂的分解温度提高了60.9℃。通过热重分析仪(TGA)、微型量热仪(MCC)和极限氧指数(LOI)等研究了EP/APP-高岭土复合材料的热稳定性和阻燃性能。阻燃剂的阻燃效率较单一组分明显提高,EP/APP-高岭土展现出良好的成炭性能和阻燃性能。添加10wt%的阻燃剂即可有效延缓EP的热降解,提高其高温残炭量。与纯EP相比,阻燃剂添加量为25wt%时,EP/APP-高岭土的热释放速率峰值(pHRR)比EP下降了45.7%,LOI提高了36.0%。阻燃性能的提升主要归因于APP和高岭土在凝聚相中的协同阻燃作用。(2)以纳米SiO2、三聚氰胺和甲醛为原料制备了MF-SiO2阻燃剂。通过SEM研究了原料配比、乳化剂浓度对阻燃剂微观形貌的影响,两者过高或过低都会造成包覆效果不佳。FT-IR、XRD和透射电子显微镜(TEM)等分析表明,最佳条件下制备的阻燃剂为MF包覆SiO2形成的笼状多核颗粒。阻燃剂颗粒平均粒径为8.49μm,N、Si元素含量较高,耐高温性能明显优于纯MF。通过TGA、LOI、MCC和水平垂直燃烧(UL-94)等研究了EP/MF-SiO2复合材料的热稳定性和阻燃性能,EP/MF-SiO2的整体热稳定性和阻燃性能较EP有较大提升。与纯EP相比,阻燃剂添加量为30wt%时,EP/MF-SiO2的pHRR下降了36.7%,LOI达到26.0%,可通过UL-94 HB级。MF-SiO2主要通过MF的气相阻燃和SiO2凝聚相阻燃发挥作用。MF-SiO2与APP复配使用,可以在降低MF-SiO2添加量的同时提高EP的阻燃性能,两者的添加量各为10wt%时,复合材料的实际阻燃性能最佳。