环氧树脂/功能化铜铝双氢氧化物纳米复合材料的阻燃性能研究

摘要

由于环氧树脂(EP)具有卓越的耐腐蚀性、优良的电绝缘性、优异的机械刚度、易于加工和良好的黏附能力，被广泛应用于民用建筑、航空、印刷电路板、胶粘剂和绝缘装置。然而和大多数高分子材料一样，EP固有的易燃性和着火时产生大量有毒烟雾，使其使用安全性亟待提升。因此，开发多功能阻燃型环氧树脂材料具有较高的理论意义和实际应用价值。
　　结合国内外阻燃环氧树脂复合材料研究现状，以无卤高效清洁含有过渡金属元素的层状铜铝双氢氧化物(CuAl-LDHs)为出发点，用共沉淀法合成一系列功能化CuAl-LDHs，添加在EP中制备阻燃纳米复合材料，系统研究了这一系列阻燃复合体系的结构、热性能、燃烧性能和抑烟性能，并探讨功能化CuAl-LDHs在复合材料中的阻燃作用机理。
　　采用共沉淀法，使用含磷元素的苯基磷酸二钠(PPAD)为改性剂制备出CuAl(PPAD)LDHs，并与使用传统改性剂十二烷基硫酸钠(SDS)制得的CuAl(SDS)LDHs对比，通过X射线衍射(XRD)及透射电镜(TEM)研究这些LDHs结构形貌。在此基础上制备EP/LDHs阻燃复合材料，通过热重分析仪(TG)、氧指数(LOI)和锥形量热仪(CONE)对其进行分析，结果显示在相同组分下添加CuAl(PPAD)LDHs的EP复合材料热稳定性和阻燃抑烟性能均比使用传统改性剂改性的CuAl(SDS)LDHs的复合材料高， EP/CuAl(PPAD)LDHs的热释放速率峰值(PHRR)较EP/CuAl(SDS)LDHs降低30%。
　　以SDS为分散剂超声分散羧基化的碳纳米管CNTs，采用共沉淀法，制备出不同CNTs含量的CNTs接枝SDS改性铜铝双氢氧化物三维杂化纳米材料(CNTs-OLDHs)，并将杂化物添加在EP中。通过XRD、TEM和FT-IR等表征方法观察CNTs-OLDHs及其EP纳米复合材料的形貌结构，在杂化物中CNTs不仅不会破坏OLDHs的结构，还可使OLDHs的层间距扩大；同时，杂化物可以促进CNTs和OLDHs在EP基体中良好分散，并形成三维网状结构；通过TG、LOI、垂直燃烧测试(UL-94)、CONE、MCC等手段检测EP/CNTs-OLDHs纳米复合材料的热稳定性和阻燃性。CONE结果表明，由于良好的分散，在较低添加量下CNTs-OLDHs可使EP纳米复合材料的PHRR最大降低50.5%，总热释放量(THR)最大降低32%。TG和MCC测试发现将杂化物中CNTs的含量控制在一定范围内，不仅可以大幅降低复合材料的热释放速率(HRR)，同时还能提高复合材料的热稳定性，可使700℃时的残炭量由纯EP的13.8%上升至25.7%。
　　使用共沉淀法将环境友好、造价低廉的烷基糖苷(APG)插入CuAl-LDHs层间得到CuAl(APG)LDHs，添加在EP中形成纳米复合材料。测试结果表明CuAl(APG)LDHs可提高复合材料的热稳定性，且APG与LDHs有协同阻燃效果，抑烟效果尤其显著，烟气释放速率峰值及总生烟量较纯EP相比可分别下降23%和34%。

目录

声明

缩写词及符号说明

第1章 绪论

1.1课题研究背景

1.2阻燃环氧树脂的研究现状

1.3环氧树脂/层状双氢氧化物纳米复合材料

1.4研究意义、内容以及技术路线图

第2章 环氧树脂/苯基磷酸二钠改性铜铝双氢氧化物纳米复合材料阻燃性能的研究

2.1引言

2.2实验部分

2.3结果与分析

2.4本章小结

第3章 环氧树脂/碳纳米管接枝铜铝双氢氧化物纳米复合材料阻燃性能的研究

3.1引言

3.2实验部分

3.3材料的结构表征和性能测试

3.4结果与分析

3.5本章小结

第4章 环氧树脂/烷基糖苷改性铜铝双氢氧化物纳米复合材料阻燃性能的研究

4.1引言

4.2实验部分

4.4结果与分析

4.4本章小结

第5章 结论/创新点与展望

5.1结论

5.2创新点

5.3展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间已发表论文