低烟气毒性阻燃环氧树脂的制备及其火灾行为研究

摘要

环氧树脂（Epoxy Resin，简称EP）以其稳定的化学性质、较高的机械强度和优异的电绝缘性能广泛应用于电子封装、土建工程、航空航天等多种领域。但作为有机高聚物的一种，环氧树脂容易燃烧且燃烧时会释放出大量的热量和有毒烟气，容易引发火灾并对人员的生命安全有较大的危害。 针对环氧树脂易燃且燃烧时烟气毒性较高的问题，本论文从阻燃和抑烟减毒两个方面出发，采用纳米技术，使用膨胀石墨多孔材料为载体负载纳米氧化铜颗粒，再与聚磷酸铵协同阻燃环氧树脂，制备了高阻燃性低烟气毒性的环氧树脂材料，并提出了一种能够同时提高环氧树脂的阻燃性并降低烟气毒性的制备方法。 本论获得的主要研究结果如下： （1）成功制备了膨胀石墨负载纳米氧化铜颗粒型阻燃协效剂。通过X射线衍射测试（XRD）对其晶体结构进行表征，发现晶体X衍射曲线峰值出现在炭单质和氧化铜所对应的衍射角处，表明制得了膨胀石墨负载氧化铜晶体。通过扫描电镜测试（SEM）对颗粒状态进行表征，发现氧化铜颗粒颗粒尺寸在50~100nm之间，表明制备得到的为纳米级别的氧化铜颗粒，且其在膨胀石墨孔洞中的分散较为均匀。 （2）采用膨胀石墨负载纳米氧化铜为阻燃协效剂，与膨胀型阻燃剂聚磷酸铵协同阻燃环氧树脂，制备得到了具有较高阻燃效率且燃烧时产生较少有毒烟气的低烟气毒性阻燃环氧树脂材料。 （3）通过极限氧指数测试（LOI）、水平燃烧测试、热重分析测试（TGA）、锥形量热仪测试（CONE）、扫描电镜测试（SEM）等方法对低烟气毒性阻燃环氧树脂材料的阻燃性能进行表征，并进一步研究了其阻燃机理。发现CuO@EG的加入能够显著提高 APP 对环氧树脂的阻燃效果，极限氧指数最高达到了 32，垂直燃烧等级为 FV-0，热稳定性能上升，热释放速率峰值降至281.4kW/m2，残炭率升高到24.83%，燃烧后的炭层更加完整致密。 （4）通过锥型量热仪测试（CONE）、热重-红外联用测试（TG-FTIR）等方法对低烟气毒性阻燃环氧树脂的抑烟减毒性能进行表征，并研究其作用机理。发现CuO@EG的加入能够明显改善APP阻燃环氧树脂时会导致材料燃烧早期烟气毒性增大的问题，产烟速率峰值降低至 0.07707m2/s，一氧化碳释放速率降低至 0.01072g/s，显著降低了材料燃烧时有毒有害烟气的产量，且抑烟减毒效果较常见微米级氧化铜做协效剂时有明显的提升。

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