反应型含磷阻燃剂对不饱和树脂阻燃性能的研究

摘要

纤维增强树脂基复合材料的应用越来越广，而不饱和聚酯树脂（UPR）是复合材料中用量最大的树脂品种，随着复合材料的发展，对树脂要求越来越高，许多应用领域要求UPR具有良好的阻燃性能和环保性，因此无卤高效阻燃UPR是目前研究的重点。而反应型含磷阻燃剂具有高效的阻燃性，对树脂的工艺性能和物理力学特性影响小且环保，因此成为近些年研究的热点。
　　本文采用羟乙基甲基丙烯酸酯磷酸酯(HEMAP)作为反应型含磷阻燃剂，研究HEMAP含量对通用UPR型191树脂和TH110乙烯基酯树脂的性能影响。通过示差扫描量热法(DSC)测试研究HEMAP对这两种结构类型的UPR的固化动力学的影响，采用极限氧指数、热重分析和锥形量热测试研究HEMAP对这两种树脂的阻燃特性和热稳定性的影响，并研究HEMAP阻燃树脂体系的弯曲性能、拉伸强度和吸水率的影响。研究结果如下：
　　不饱和树脂加入阻燃剂HEMAP后，采用过氧化二苯甲酰(BPO)加热固化。在固化过程中，HEMAP对阻燃191树脂体系的固化特征温度影响较小，而对阻燃TH110树脂的固化有延迟效应，提高了TH110树脂体系的固化特征温度。两种树脂体系的固化反应活化能均随HEMAP含量的增加而提高，而两种树脂的反应级数均改变较少，其固化反应类型均未改变。
　　HEMAP加入到不饱和树脂固化后，191树脂和TH110树脂的极限氧指数均得到提高。191树脂加入13wt％含量的HEMAP后，即U-15体系的LOI值达到29。TH110树脂中HEMAP含量增加到9.1wt%时，V-10体系的LOI值达到最大值36，其阻燃效果最好。加入HEMAP后，阻燃UPR的热稳定性有所降低，N2气氛下10%失重温度和最大分解温度随 HEMAP含量的增加呈下降趋势，而800℃残炭率逐渐提高。从U-0到U-20体系，191树脂的残炭率从4.7%显著提高到16%；从V-0到V-20体系中，TH110树脂的残炭率从3.8%显著提高到31%。锥形量热仪测试结果表明，加入HEMAP后，降低了不饱和树脂体系的热释放速率和热释放总量，进而提升树脂的阻燃性能。U-15体系的HRR和THR较U-0体系分别降低了40%和38%；V-15体系的HRR和THR比V-0体系均降低了23%。
　　HEMAP加入到树脂共聚固化后，提高了树脂体系的交联密度，因此阻燃不饱和树脂体系的弯曲性能和拉伸强度都得到改善。从U-0到U-20体系，191树脂体系的弯曲强度从77.3MPa提高到87.7MPa，拉伸强度从47.8MPa提高到54.4MPa。从V-0到V-20体系，TH110树脂体系的弯曲强度从110MPa提高到121MPa，拉伸强度从41.8MPa提高到62.8MPa。
　　由于HEMAP主要是由磷酸双酯和磷酸单酯组成，具有强极性，与树脂共混固化后，树脂体系中的亲水基团-OH含量增加，从而使阻燃树脂体系的吸水率升高，降低了树脂体系的耐水性。

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第1章 绪 论

1.1 引言

1.2 聚合物材料的燃烧与阻燃

1.2.1 聚合物燃烧

1.2.2 聚合物的阻燃

1.3 不饱和树脂的简介

1.4 无卤阻燃不饱和树脂

1.4.1 添加型阻燃剂

1.4.2 反应型阻燃剂

1.5 课题研究意义和主要研究内容

1.5.1 课题研究意义

1.5.2 课题研究内容

第2章 HEMAP阻燃不饱和树脂的制备与固化

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 实验药品

2.2.2 实验仪器

2.2.3 HEMAP阻燃不饱和树脂的制备

2.2.4 测试方法

2.3 结果与讨论

2.3.1 HEMAP的聚合反应

2.3.2 HEMAP阻燃191树脂的固化反应

2.3.3 HEMAP阻燃TH110树脂的固化反应

2.4 本章小节

第3章 HEMAP阻燃不饱和树脂的制备与性能研究

3.1 实验部分

3.1.1 实验药品

3.1.2 实验仪器

3.1.3 HEMAP阻燃树脂试样的制备

3.1.4 性能测试

3.2 结果与讨论

3.2.1 HEMAP阻燃191树脂的性能研究

3.2.2 HEMAP阻燃TH110树脂的性能研究

3.3 本章小结

第4章 结论与展望

4.1 实验结论

4.2 研究展望

致谢

参考文献

附录 攻读硕士学位期间发表的论文