环氧树脂的力学性,电绝缘性,粘合性优良,而且加工性较为灵活,因此在军事领域、航空航天领域及民用领域等得到应用。然而,环氧树脂的氧指数低(约19.8),其易燃性,使其应用非常有限,因此在一定条件下需要对环氧树脂阻燃。在阻燃的复合材料材料中,一般都是采用阻燃剂来改善材料的阻燃性。目前改性环氧树脂阻燃性能,大多数使用含卤阻燃剂、含磷阻燃剂及无机阻燃剂,但是无机阻燃剂对环氧树脂所制的复合材料的力学性能影响比较大,而含磷阻燃剂、含卤阻燃剂会对环境造成一定的污染,因此开发新型阻燃剂是势在必行。科学研究证明有机硼一类的阻燃剂具有阻燃性能好、低毒、低烟等优点。本文研究内容如下:(1)以硼酸、季戊四醇为原料,经脱水缩合反应,合成了新型的有机硼阻燃剂-硼酸季戊四醇缩聚物(BP),探讨其最佳耐热性能的合成条件为:硼酸:季戊四醇=1:1,于100℃下反应七小时;所得到BP可以溶解于水和乙醇中;BP初始分解温度368℃,高于大部分高分子的分解温度,可用于高分子阻燃。由DTG可知最大失重速率的温度为420.76℃,600℃的残炭率为41.5%,分解温度范围只有68℃,在较窄的温度范围内可以生成大量的炭层,有利于阻燃,是一种优良的阻燃剂。(2)制备了不同含量的BP/海茵环氧(EP)树脂体系,研究了树脂体系的粘度特性和凝聚特性;并制备了BP/EP浇注体固化物,对其力学性能进行测试。结果表明:不同组分的低粘度平台的粘度随着BP的含量增加而增大;在105~125℃之间BP/EP体系有较低的黏度,适合成型操作;在相同的温度下含BP高的树脂体系凝胶时间更短,计算得10%BP的反应活化能73.33KJ/mol、20%BP反应活化能62.89KJ/mol、30%BP反应活化能61.03KJ/mol、40%BP反应活化能58.89KJ/mol;增加一定BP的用量有利于降低体系的反应活化能;BP的加入有效地提高了环氧树脂的冲击强度,改善了环氧树脂的韧性,同时BP的加入对海因环氧树脂的拉伸、弯曲强度的改善效果不明显。(3)通过动态DSC对不同配比的BP/EP树脂体系测试,并推导特征固化温度,反应活化能和固化动力学方程;结果表明:动态DSC计算各配方的反应活化能,10%反应活化能最高为85.51kJ/mol,随着BP含量的增加,反应活化能下降,反应活性增加;联合Kissinger、Starink和Crane方程建立了BP/EP固化反应动力学方程。通过T-β作图外推法得到BP/EP各配方的特征固化温度,制定BP/EP的固化工艺为110℃固化2小时,125℃固化4小时,140℃固化4小时。(4)对BP/EP固化体系的阻燃性进行探讨,结果表明:阻燃固化剂BP的加入能够明显提高固化物的阻燃性能,随着BP含量的增加,固化物的氧指数增大,阻燃性能提高,当含量为40%时,氧指数达到30.5;随着硼酸季戊四醇缩聚物的的增加,膨胀度减小。通过对BP/EP树脂TG测试,10%BP树脂固化物在800℃的残炭率28.3%,比没有BP的环氧树脂固化物的残炭率高出74.4%;且随着BP含量的增加,固化物的残炭率增大,当含量达到40%时比没有BP的环氧树脂固化物的残炭率提高了220.6%,BP的加入能够显著的提高固化物的耐热性。通过扫描电镜观察BP(40%)/EP的燃烧表面可知,燃烧后的外表面炭层致密,内表面为多孔泡沫状,是一种典型的膨胀型阻燃现象。推测BP/EP自阻燃体系的阻燃的主要作用机理为为:形成玻璃体覆盖层,起隔绝作用的凝聚相阻燃;硼酸脱水吸热的吸热阻燃机理;体系受热分解产生氨气,二氧化氮的气相阻燃机理。