无卤阻燃环氧树脂热降解行为及其阻燃机理研究

来源 :中国科学院研究生院 中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:quan777
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环氧树脂具有许多独特的优异性能,广泛应用于机械、电子、电器、航空、航天等领域。卤化环氧树脂由于具有良好的阻燃性,长期以来在阻燃型环氧树脂的应用领域占据着主导地位。但经研究发现含卤材料在燃烧时会产生对人体有毒害的化合物,因此,亟需开发出新一代的无卤阻燃环氧树脂产品以满足环保的要求。   (1)因此,本文首先采用氧指数(LOI),UL-94,热失重(TGA)等于段研究了聚苯基硅氧烷(PPMS)改性对环氧树脂(E-20)固化体系阻燃性能的影响。相比未改性环氧体系,当m(E-20):m(PPMS)=70:30时,改性环氧体系的LOI由纯环氧树脂的17.5%上升到21.5%;水平火蔓延速率由36.23 mm/min降低到26.60mm/min;质量损失为5%时的热分解温度由134.7℃上升到163.0℃,750℃时残炭量由0.21%增加到25.79%。此外,还通过红外光谱对燃烧后的残炭结构进行了分析,探讨了相关阻燃机理。   (2)在聚苯基硅氧烷改性环氧树脂里添加含磷阻燃剂微胶囊化聚磷酸铵(MFAPP),经过硅磷改性后,EPMS,EPMS/MFAPP,EP/MFAPP的阻燃性能都得到提高,EP/MFAPP的氧指数更是达到27%,UL-94测试达V-0级。磷硅协效阻燃作用在EPMS/MFAPP体系中并没有得到体现。由于EPMS中的OH被大量消耗,APP降解生成的聚磷酸无法通过与EP中OH反应生成聚磷酸酯,从而不能生成稳定的含磷炭层,导致MFAPP对硅改性环氧树脂EPMS的阻燃性能提高不明显。   (3)在环氧树脂中进一步加入以MCA为气源、APP为酸源的复配阻燃体系,采用氧指数法(LOI)、垂直燃烧法(UL-94)及热重分析法(TGA)对三聚氰胺氰尿酸盐(MCA)和聚磷酸铵(APP)阻燃环氧树脂的阻燃性及热稳定性进行了研究。TGA结果表明,MCA促进成炭的作用较弱,主要在气相起到阻燃的作用。而APP的添加虽然降低了环氧树脂的初始分解温度,但当温度大于400℃时,体系具有更好的热稳定性,800℃下的残炭量增加到13.07%。而APP/MCA协同阻燃环氧树脂体系能使体系达UL-94 V-0级,氧指数也增加到27%以上。此外,还通过红外光谱(FTIR)对燃烧后的残炭结构进行了分析,探讨了相关阻燃机理。   (4)采用聚苯基硅氧烷(PPMS)、9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)与双酚A型环氧树脂合成了新型的含磷硅本质阻燃环氧树脂,通过红外谱图确认了其结构。氧指数测试结果表明,Si-P-E44/E-44的氧指数有所提高,且燃烧过后,生成了含磷硅的炭层。
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