无卤阻燃环氧树脂的制备及其性能研究

论文摘要

本文分别以自制的阻燃固化剂（MFP）和含硅环氧树脂（EPSi2-1、EPSi3-2）制备了无卤阻燃环氧树脂复合材料。在此基础上探讨了膨胀型阻燃剂（IFR）、二氧化硅（SiO2）、有机蒙脱土（OMMT）对EP/MFP固化体系以及IFR、OMMT对含硅环氧树脂阻燃性能与冲击性能的影响。以三聚氰胺、甲醛、苯酚为原料，合成了阻燃固化剂2,4,6-三（羟基苯甲基氨基）-均三嗪（MFP），经红外光谱（IR）分析表明产物为目标产物。采用40%MFP固化环氧树脂。结果表明： EP/MFP固化物的氧指数（LOI值）比用普通固化剂制备的环氧树脂固化物提高了4.1%。在此基础上加入IFR制备了EP/MFP/IFR复合材料。当IFR用量为20%时，EP/MFP/IFR复合材料的垂直燃烧达到FV-0级，LOI值达到27.3%，冲击强度由0.5KJ/m2提高到1.22KJ/m2。为了进一步改善EP/MFP/IFR复合材料的阻燃性能，制备了EP/MFP/IFR/SiO2、EP/MFP/IFR/OMMT复合材料，考察了SiO2、OMMT与IFR的协同阻燃作用。当加入2份OMMT时，EP/MFP/IFR/OMMT复合材料的LOI值提高了2.3%，冲击强度提高了0.16KJ/m2。现采用环氧树脂与二苯基硅二醇（DPSD）反应，在两者摩尔配比为2:1与3:2时，制备了EPSi2-1与EPSi3-2两种含硅环氧树脂。经IR分析，产物EPSi2-1、EPSi3-2在1037cm-1和1127cm-1处均出现了Si-O-C的振动收缩峰和变形振动峰，这说明硅元素已经被成功引入到环氧树脂结构中。EPSi3-2固化物的LOI值为22.4%，比普通环氧树脂固化物提高了2.9%，冲击强度提高了0.45KJ/m2。探讨了IFR、IFR/OMMT对EPSi3-2固化体系阻燃性能与冲击能的影响。当IFR用量为20%时，EPSi3-2/IFR复合材料的UL94达到FV-0级，LOI值为27.0%；加入2份OMMT，EPSi3-2/IFR/OMMT复合材料的LOI值提高了1.4%，冲击强度提高了0.13KJ/m2，说明OMMT具有很好的协同增效作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 前言
• 第一章 绪论
• 1.1 环氧树脂概论
• 1.2 环氧树脂的结构与性能
• 1.3 环氧树脂的阻燃方法
• 1.3.1 添加型阻燃环氧树脂的研究现状
• 1.3.1.1 添加金属氧化物
• 1.3.1.2 添加磷系阻燃剂
• 1.3.1.3 添加膨胀型阻燃剂
• 1.3.2 反应型阻燃环氧树脂的研究现状
• 1.3.2.1 阻燃环氧树脂单体
• 1.3.2.2 阻燃固化剂
• 1.3.2.3 本质阻燃环氧树脂
• 1.4 环氧树脂的阻燃原理
• 1.5 选题的意义及对环氧树脂阻燃的要求
• 1.6 本文主要研究的内容
• 第二章 实验部分
• 2.1 实验原料与设备
• 2.2 性能测试
• 2.2.1 测试标准
• 2.2.2 测试方法
• 2.2.2.1 傅立叶变换红外光谱分析
• 2.2.2.2 X-射线衍射分析
• 2.2.2.3 冲击性能的测试（GB/T 1043—1993）
• 2.2.2.4 塑料垂直燃烧法测试（ANSI/UL94）
• 2.2.2.5 氧指数的测试（GB2406-80）
• 2.2.2.6 热失重分析
• 2.2.2.7 扫描电镜分析
• 2.3 实验内容与理论依据
• 2.3.1 实验主要内容
• 2.3.1.1 2,4,6-三（羟基苯甲基氨基）-均三嗪（MFP）的合成
• 2.3.1.2 含硅环氧树脂（EP-Si）的合成
• 2.3.1.3 有机改性蒙脱土的制备
• 2.3.1.4 环氧树脂环氧值的测定
• 2.3.2 理论依据
• 2.3.2.1 含氮固化剂的合成机理
• 2.3.2.2 含硅环氧树脂的合成机理
• 第三章 MFP 的制备及其在环氧树脂中的应用
• 3.1 MFP 的合成
• 3.1.1 反应温度与 PH 值的确定
• 3.1.2 苯酚用量的确定
• 3.1.3 反应时间对 MFP 产率的影响
• 3.2 MFP 的结构表征
• 3.3 固化工艺的确定
• 3.3.1 MFP 用量的确定
• 3.3.2 固化温度的确定
• 3.4 MFP 对环氧树脂阻燃性能的影响
• 3.5 膨胀型阻燃剂对 EP/MFP 固化物性能的影响
• 3.5.1 IFR 用量对 EP/MFP/IFR 复合材料阻燃性能的影响
• 3.5.2 IFR 用量对 EP/MFP/IFR 复合材料冲击性能的影响
• 3.5.3 EP/MFP/IFR 复合材料的热失重分析
• 3.5.4 EP/MFP 固化物与 EP/MFP/IFR 复合材料的成炭分析
• 2 和 OMMT 对 EP/MFP/IFR 复合材料性能的影响'>3.6 SIO₂ 和 OMMT 对 EP/MFP/IFR 复合材料性能的影响
• 2 用量对 EP/MFP/IFR/SiO₂ 复合材料阻燃性能的影响'>3.6.1 SiO₂ 用量对 EP/MFP/IFR/SiO₂复合材料阻燃性能的影响
• 2 用量对 EP/MFP/IFR/SiO₂ 复合材料冲击性能的影响'>3.6.2 SiO₂ 用量对 EP/MFP/IFR/SiO₂复合材料冲击性能的影响
• 3.6.3 OMMT 用量对 EP/MFP/IFR/OMMT 复合材料性能的影响
• 3.6.3.1 有机改性蒙脱土的 XRD 分析
• 3.6.3.2 OMMT 用量对 EP/MFP/IFR/OMMT 复合材料阻燃性能的影响
• 3.6.3.3 OMMT 用量对 EP/MFP/IFR/OMMT 复合材料冲击性能的影响
• 2复合材料与 EP/MFP/IFR/OMMT 复合材料的性能比较'>3.6.4 EP/MFP/IFR/SiO₂复合材料与 EP/MFP/IFR/OMMT 复合材料的性能比较
• 2 与 EP/MFP/IFR/MMT 复合材料的热失重分析'>3.6.5 EP/MFP/IFR/SiO₂ 与 EP/MFP/IFR/MMT 复合材料的热失重分析
• 2 与 EP/MFP/IFR/0MMT 复合材料的 SEM 分析'>3.6.6 EP/MFP/IFR 、EP/MFP/IFR/SiO₂ 与 EP/MFP/IFR/0MMT 复合材料的 SEM 分析
• 第四章 含硅环氧树脂的制备及其性能研究
• 4.1 含硅环氧树脂的制备
• 4.1.1 EPSi2-1 与 EPSi3-2 的环氧值随反应时间的变化
• 4.1.2 EPSi2-1 与 EPSi3-2 的合成条件
• 4.2 EPSI2-1 与 EPSI3-2 的结构表征
• 4.3 固化工艺的确定
• 4.4 EPSI2-1 与 EPSI3-2 的性能对比
• 4.5 EPSI3-2 固化物的热失重分析
• 4.6 膨胀型阻燃剂对 EPSI3-2 固化物性能的影响
• 4.6.1 IFR 用量对 EPSi3-2/IFR 复合材料阻燃性能的影响
• 4.6.2 IFR 用量对 EPSi3-2/IFR 复合材料冲击性能的影响
• 4.7 有机蒙脱土对 EPSI3-2/IFR/OMMT 复合材料性能的影响
• 4.7.1 OMMT 用量对 EPSi3-2/IFR/OMMT 复合材料阻燃性能的影响
• 4.7.2 OMMT 用量对 EPSi3-2/IFR/OMMT 复合材料冲击学性能的影响
• 4.7.3 EPSi3-2/IFR/OMMT 复合材料的热失重分析
• 4.7.4 EPSi3-2/IFR/OMMT 复复合材料的扫描电镜分析
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 参加项目和已发表论文