铁系化合物对膨胀型阻燃环氧树脂复合材料燃烧性能影响的作用机理

摘要

环氧树脂具有良好的绝缘性，高强度，防潮性，化学稳定性，电学性能，耐腐蚀性，机械加工性能以及对其他物质表面良好的黏结性等特性，这使它在层压板表面涂料、粘合剂、涂料、密封剂和用电设备的绝缘材料等工业领域中得到广泛应用。但常用的环氧树脂为易燃材料，且生烟量很大，难以满足特定应用领域的高温稳定，低毒性气体释放，阻燃性的要求。因此，低烟无卤阻燃环氧树脂是功能阻燃材料领域中一个重要的研究方向。传统的膨胀型阻燃环氧树脂是经典的无卤阻燃体系，但仍然存在生烟量较大、阻燃效率较低的问题。本文针对以上问题，开展了以下几部分研究工作:
　　分别以典型铁系氧化物（氧化铁黄，氧化铁棕，氧化铁绿），铁蒙脱土，磷酸铁，二茂铁为协效阻燃抑烟剂，以聚磷酸铵和季戊四醇为膨胀型阻燃剂，制备了系列膨胀型阻燃环氧树脂复合材料。并通过锥形量热仪(CCT)，烟密度仪(SDT)，扫描电镜(SEM)，热重红外联用(TG-IR)等测试手段分别研究了各种协效阻燃抑烟剂对阻燃环氧树脂燃烧性能和抑烟性能的影响规律，并初步探讨了它们的作用机制。
　　研究发现典型铁系氧化物，即氧化铁黄，氧化铁棕及氧化铁绿对膨胀型阻燃环氧树脂具有良好的协效阻燃抑烟作用。典型结果主要包含以下几点，与纯样环氧树脂样品相比，添加30％膨胀型阻燃剂的样品热释放速率峰值从934kW/m2降至282 kW/m2，烟因子值从3668 mW/m2降至708 mW/m2，残炭量从0升至32％。与只添加30％膨胀型阻燃剂的样品相比，添加1％的氧化铁黄和29％的膨胀型阻燃剂样品的热释放速率峰值降至175 kW/m2。添加2％的氧化铁棕和28％的膨胀型阻燃剂样品的残炭量升至68.5％。添加2％的氧化铁绿和28％的膨胀型阻燃剂样品的烟因子值降至113 mW/m2。热重分析结果显示，三者同样可以通过催化聚磷酸铵的分解，降低了复合材料的热解起始温度，提高了聚磷酸铵热解阶段的质量损失速率，提高了材料交联成炭的能力，阻止了材料的进一步热解。扫描电镜结果表明，氧化铁黄，氧化铁棕及氧化铁绿增强了膨胀型阻燃环氧树脂复合材料膨胀炭层的致密性。
　　研究发现铁蒙脱土，磷酸铁和二茂铁对膨胀型阻燃环氧树脂具有良好的协效阻燃抑烟作用。与只添加30％膨胀型阻燃剂的样品相比，添加1％的铁蒙脱土和29％的膨胀型阻燃剂样品的热释放速率峰值降至153 kW/m2。添加2％的磷酸铁和28％的膨胀型阻燃剂样品的烟因子值降至110 mW/m2。添加2％的二茂铁和28％的膨胀型阻燃剂样品的残炭量升至47％。热重分析结果显示，三者均可以通过催化聚磷酸铵的分解，降低了复合材料的热解起始温度，提高了聚磷酸铵热解阶段的质量损失速率，提高了体系交联成炭的能力，阻止了材料进一步热解，并显著提高了样品剩余质量。扫描电镜结果表明，加入铁蒙脱土，磷酸铁及二茂铁使样品燃烧生成的膨胀保护炭层的致密性进一步提高，而致密紧实的保护炭层可以有效的隔热，抑烟以及减少质量传递。

目录

摘要

第一章 文献综述

1．1 引言

1．2 环氧树脂

1．2．1 环氧树脂的定义

1．2．2 环氧树脂的结构

1．3 阻燃环氧树脂

1．3．1 无机阻燃剂

1．3．2 有机阻燃剂

1．4 协效膨胀阻燃抑烟体系

1．5 铁系化合物协效阻燃抑烟研究进展

1．6 本文的研究思路与内容

第二章 铁蒙脱土对膨胀型阻燃环氧树脂燃烧性能的影响

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 原料

2．2．2 仪器

2．2．3 铁蒙脱土(Fe-OMT)的制备

2．2．4 阻燃环氧树脂的制备

2．3 结果与讨论

2．3．1 锥形量热仪测试(CCT)

2．3．2 扫描电镜测试(SEM)

2．3．3 烟密度测试(SDT)

2．3．4 热重分析测试(TGA)

2．3．5 热解动力学分析

2．3．6 热重红外联用测试(TG-IR)

2．4 本章小结

第三章 铁系氧化物对膨胀型阻燃环氧树脂燃烧性能的影响

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 原料

3．2．2 仪器

3．2．3 阻燃环氧树脂的制备

3．3 氧化铁黄对膨胀型阻燃环氧树脂燃烧性能的影响

3．3．1 锥形量热仪测试(CCT)

3．3．2 扫描电镜测试(SEM)

3．3．3 热重分析测试(TG)

3．3．4 热解动力学分析

3．3．5 热重红外联用测试(TG-IR)

3．4 氧化铁棕对膨胀型阻燃环氧树脂燃烧性能的影响

3．4．1 锥形量热仪实验(CCT)

3．4．2 扫描电镜测试(SEM)

3．4．3 热重分析测试(TGA)

3．4．4 热重红外联用测试(TG-IR)

3．5 氧化铁绿对膨胀型阻燃环氧树脂燃烧性能的影响

3．5．1 锥形量热仪测试(CCT)

3．5．2 扫描电镜测试(SEM)

3．5．3 烟密度测试(SDT)

3．5．4 热重红外联用测试(TG-IR)

3．6 本章小结

第四章 二茂铁对膨胀型阻燃环氧树脂燃烧性能的影响

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 原料

4．2．2 仪器

4．2．3 阻燃环氧树脂制备

4．3 结果与讨论

4．3．1 锥形量热仪测试(CCT)

4．3．2 扫描电镜测试(SEM)

4．3．3 热重分析测试(TGA)

4．3．4 热重红外联用测试(TG-IR)

4．4 本章小结

第五章 磷酸铁对膨胀型阻燃环氧树脂燃烧性能的影响

5．1 引言

5．2 实验部分

5．2．1 原料

5．2．2 仪器

5．2．3 阻燃环氧树脂的制备

5．3 结果与讨论

5．3．1 锥形量热仪测试(CCT)

5．3．2 扫描电镜测试(SEM)

5．3．3 热重分析测试(TGA)

5．3．4 热重红外联用测试(TG-IR)

5．4 本章小结

结论

参考文献

致谢

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