【摘要】：以硼酸雙甘油酯(DGB)和二氯磷酸苯酯(PDCP)為原料,通過逐步聚合得到端羥基磷-硼雜化聚合物(PBHP);PBHP、環(huán)氧樹脂(EP)及固化劑共混體系經(jīng)模具澆注交聯(lián),制備磷-硼元素共雜化環(huán)氧樹脂阻燃復合材料(PBHP/EP);蒙脫土(MMT)、PBHP、環(huán)氧樹脂及固化劑共混體系經(jīng)模具澆注交聯(lián),制備了PBHP-MMT/EP阻燃復合材料。采用FT-IR、NMR和GPC對PBHP的分子結構及分子量進行了表征。采用TG、LOI、水平垂直燃燒實驗、煙密度測試儀及微型量熱儀對PBHP/EP和PBHP-MMT/EP阻燃復合材料的熱穩(wěn)定性、阻燃性能及煙釋放能力進行了測試分析,利用SEM、XPS表征了燃燒炭層形貌及阻燃機理,通過Flynn-Wall-Ozawa(FWO)理論計算法計算了反應熱解活化能(E_a),考察了熱解反應的難易程度。研究了PBHP及PBHP-MMT體系對環(huán)氧樹脂復合材料的阻燃性能和力學性能的影響。研究結果表明:隨著PBHP質(zhì)量分數(shù)的增加,材料的殘重率、LOI、UL-94等級提高,總熱釋放量(THR)、熱釋放速率峰值(PHRR)、煙密度等級和斷裂伸長率降低,拉伸強度先增大后減小。當加入質(zhì)量分數(shù)為15%的PBHP時,在空氣和N_2氛圍下,殘重率分別為10.19%、11.81%,LOI達到28.3%,UL-94為V-0級,THR和PHRR分別降低至23.64 k J·g~(-1)、177.33 W·g~(-1),煙密度等級達到54;復合材料的E_a隨轉化率增大而升高;材料燃燒炭層表面平整致密,XPS顯示有多聚磷酸鹽、BPO_4、B_2O_3和B_4C等耐熱材料覆蓋于炭層表面;拉伸強度為35.21 MPa,斷裂伸長率為2.42%。隨著MMT的引入使得PBHP-MMT/EP復合材料的THR、PHRR和煙密度等級降低,同時材料的殘重率、LOI和UL-94等級增大,拉伸強度和斷裂伸長率先增大后減小;當10wt%PBHP/EP中添加質(zhì)量分數(shù)3%的MMT時,煙密度等級降低至46.2;LOI達到29.1%,拉伸強度為47.94 MPa,斷裂伸長率為5.35%;復合材料的E_a隨轉化率增大而升高。綜合分析表明:PBHP受熱分解為多聚磷酸鹽、BPO_4,催化基體材料成炭,同時分解生成黏稠玻璃態(tài)的B_2O_3和B_4C,基體炭、B_4C與B_2O_3形成隔離層阻止了材料的深度燃燒和煙霧釋放;PBHP-MMT較PBHP具有明顯的協(xié)同阻燃和抑煙效果,且少量MMT有利于提高材料的綜合力學性能。
【學位授予單位】：蘭州理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TQ323.5;TB332
【圖文】：

的阻燃展開研究，首先通過燃燒三角理論考察可材料的燃燒機理探究阻燃機理，并對環(huán)氧樹脂的識。理論雜的物理化學過程的綜合，是可燃物與助燃物（反應，通常伴隨有光和熱等物理現(xiàn)象的發(fā)生以及燒與其他可燃物一樣，需要具備三個必要條件：其他氧化劑劇烈反應的物質(zhì)，大多是含 C、H 元素物發(fā)生氧化反應，幫助、支持燃燒的物質(zhì)，一般指 O可燃物與助燃物發(fā)生燃燒反應的能源，常為熱能圖 1.1 所示[10]。只有同時具備這三個基本條件，燃任何一個條件的缺失，燃燒將不會發(fā)生或被終止

Table 3.7 Smoke density test data of PBHP/EPSamples Maximum value of smoke density/% Smoke density levelEP 100.0 64.15wt%PBHP/EP 96.4 57.110wt%PBHP/EP 90.8 55.215wt%PBHP/EP 84.5 54.0由圖表可得，純 EP 的最大煙密度值（SMD）和煙密度等級分別為 100.0、64.1；隨著 PBHP 質(zhì)量分數(shù)的增加，PBHP/EP 的 SMD 和煙密度等級逐漸減�。划斪枞紕┵|(zhì)量分數(shù)為 15%時，復合材料的 SMD 和煙密度等級分別降低至 84.5 和 54.0，說明 PBHP 的加入降低了材料的 SMD 及煙密度等級，可能由于硼玻璃炭層的阻隔作用，抑制了部分小分子揮發(fā)及不穩(wěn)定炭層的二次分解擴散，從而抑制煙霧的擴散和傳遞，因此起到了抑煙效果。3.3.3 PBHP/EP 復合材料的燃燒炭層形貌圖 3.4 為 EP 和 PBHP/EP 復合材料灼燒后的炭層表觀形貌。

圖3.7 PBHP/EP復合材料阻燃機制示意圖Fig.3.7 Flame-retardant mechanisms of PBHP/EP composites3.3.5 PBHP/EP 復合材料力學性能表征圖 3.8 為 PBHP/EP 的力學性能測試結果。0 1 2 3 4 5 6 710203040(a)Stress/MPaStrain/%EP5wt% PBHB/EP10wt% PBHB/EP15wt% PBHB/EP0 5 10 1534353637383940Modulus/GPaStress/MPaMass fraction of PBHB/%(b)0.81.01.21.41.61.82.0

【參考文獻】

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本文編號：2787754