含DOPO基衍生物阻燃环氧树脂和碳纤增强环氧复合材料的制备、阻燃性能及其机理的研究

摘要

环氧树脂(EP)是一种电绝缘性突出、粘接性能卓越、耐腐蚀性强的热固性聚合物材料，被大量应用在电子电器、航空航天、风电叶片、交通运输等领域。纯环氧树脂的易燃性大大增加了其在应用时的潜在火灾隐患，因此，对环氧树脂进行阻燃改性具有重要的现实意义。鉴于添加型阻燃剂对基体性能的负面影响和无卤化阻燃的发展要求，本文以DOPO为起始原料，设计制备一系列的DOPO-磷酰胺和DOPO基低聚物，有效解决了阻燃环氧树脂添加量高、分散性差、透明性低、机械性能损失等问题，研究工作如下:
　　1.通过DOPO与二氨基二苯甲烷(DDM)和吗啡啉(MPL)反应，成功合成两种DOPO-磷酰胺（DDM-DOPO和MPL-DOPO），并制备综合性能优异的阻燃环氧树脂，由于阻燃剂分散较好，阻燃环氧树脂仍保持高透明度。研究发现DOPO-磷酰胺可以显著提升环氧树脂的阻燃性能，在2.5％的添加量下(磷含量约为0.25wt％)，EP/DDM-DOPO复合材料即可通过UL-94Ⅴ-0级别测试，且极限氧指数高达30％。EP/MPL-DOPO复合材料在5％的添加量时可以达到UL-94Ⅴ-0级别，极限氧指数达到30.5％。结果表明DOPO-磷酰胺能够显著降低气相裂解产物浓度，抑制气相产物燃烧，减少热释放总量。
　　2.通过分子设计制备了三种DOPO基低聚物阻燃剂，分别为线性柔性链DOPO-D230、线性刚性链DOPO-OPA和超支化结构DOPO-HB，并作为反应型阻燃剂制备本征阻燃环氧树脂。研究结果表明，DOPO-D230可以增加树脂的柔性，提升冲击强度，在7.5％的添加量下达到UL-94Ⅴ-0级别;DOPO-OPA能够提升树脂的刚性，提高室温下的储能模量，在5％的含量下达到UL-94Ⅴ-0级别;DOPO-HB可以增强树脂的刚性，提高树脂的储能模量，在7.5％添加量时达到UL-94Ⅴ-0级别。
　　3.采用手糊工艺结合真空成型技术，成功制备MPL-DOPO阻燃改性的碳纤增强环氧复合材料，研究了复合材料的微观形貌、机械性能、阻燃性能和阻燃机理等。复合材料的断面形貌电镜图显示环氧树脂完全均匀浸润碳纤维布，未改性的碳纤增强环氧复合材料的极限氧指数为24％，阻燃改性后其极限氧指数高达29％。复合材料的拉伸性能和弯曲性能略微下降，可能是由于MPL-DOPO的引入降低了环氧树脂基体与碳纤维之间的界面作用力。

目录

声明

摘要

缩略语中英文对照表

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 环氧树脂简介

1．3 阻燃剂概述

1．3．1 阻燃机理简介

1．3．2 阻燃剂的分类

1．4 阻燃环氧树脂的概述

1．4．1 添加型阻燃环氧树脂

1．4．2 反应型阻燃环氧树脂

1．5 含DOPO基阻燃环氧树脂的研究进展

1．5 本文的研究思路与研究内容

1．5．1 研究思路

1．5．2 研究内容

参考文献

第二章 DOPO-磷酰胺小分子的设计、合成及其在阻燃环氧树脂中的应用

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验原料

2．2．2 DDM-DOPO和MPL-DOPO的制备

2．2．3 阻燃环氧树脂的制备

2．2．4 仪器与表征

2．3 结果与讨论

2．3．1 结构表征

2．3．2 透明性

2．3．3 热性能

2．3．4 阻燃性能

2．3．5 阻燃机理

2．3．6 机械性能

2．4 本章小结

参考文献

第三章 DOPO基低聚物及其阻燃环氧复合材料的制备、性能及阻燃机理研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验原料

3．2．2 三种DOPO衍生物的制备

3．2．3 阻燃环氧复合材料的制备

3．2．4 仪器与表征

3．3 结果与讨论

3．3．1 结构表征

3．3．2 热性能

3．3．3 阻燃性能

3．3．4 炭渣分析

3．3．5 机械性能和透明性

3．4 本章小结

参考文献

第四章 阻燃改性碳纤增强环氧复合材料的制备及其性能研究

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验材料

4．2．2 阻燃碳纤维增强环氧复合材料的制备

4．2．3 仪器与表征

4．3 结果与讨论

4．3．1 复合材料的微观结构

4．3．1 机械性能

4．3．2 阻燃性能

4．3．3 炭渣分析

4．4 本章小结

参考文献

第五章 全文总结及进一步工作展望

5．1 全文总结

5．2 论文的创新点与贡献

5．3 工作展望

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的其它科研成果