阻燃导电环氧树脂复合材料的制备及性能研究

摘要

环氧树脂(EP)是一种集多种优异性能一体的热固性聚合物，高拉伸强度和杨氏模量，优异的尺寸，耐热性好，耐溶剂性好，成本低，易加工等，并已广泛应用在涂料，粘合剂和复合材料中。但是，电导率低和阻燃性差的缺点影响了其在诸多领域的使用。
　　纯EP属于绝缘材料，极限氧指数(LOI)只有25％左右，属于易燃材料。因此对其进行阻燃导电改性来增加其在市场上的应用很关键。目前，阻燃剂的选择正在向环保、可持续、低毒及高效率发展。为尽量减少对填料力学性能的影响，导电填料也向碳纳米材料发展。
　　本课题对填料进行阻燃导电预处理，采用添加型的加工方式制备复合材料，并研究了材料的阻燃性能、导电性能、力学性能等。主要研究工作如下:
　　1.以聚磷酸铵(APP)为阻燃添加剂并对其进行微胶囊包覆改性，以4，4-二氨基二苯甲烷(DDM)为固化剂，采用热固法制备出添加梯度含量阻燃剂的环氧树脂复合材料。加入EAPP之后，发现其在基体中的分散性要好于纯APP得加入。随着EAPP含量的增加，EP/EAPP复合材料的燃烧性能有所改善，极限氧指数(LOI)从25.1％提高至43.3％，UL-94达到Ⅴ-0级。
　　2.将EAPP与碳纳米管、石墨片以不同的比例，通过熔融共混的方式制备了EP/EAPP/CNTs/GS阻燃导电复合材料。研究结果表明，加入总共3g的碳纳米管和石墨片能够提高材料导电性能，并在二者比例为8∶2时导电性能达到最佳，电导率为6.61×10-3S·cm-1;但此时材料氧指数最大值只能达到28.6％，主要由于体系的导热性变好，使得材料热扩散比较快，间接促进了燃烧，因此UL-94只能达到Ⅴ-2级别。
　　3.用硅烷偶联剂(KH-560)处理多壁碳纳米管(CNTs)，再通过热固聚合制备EP/CNTs/GS杂化纳米复合材料。结论如下:随着二维石墨片(GS)填料的增加，EP复合材料的阻燃性，力学性能，导电性，和热稳定性均有所提高。两者达到一定比例时，表征会达到最佳结果，电导率增加到8.86×10-3S/cm(GPTs-CNTs/GS的比例为8∶2)，远高于纯EP基质复合材料(1.0×10-12S/cm)。锥形量热测试结果表明，添加15wt％GPTs-CNTs/GS填料，总热释放THR和总烟气产生TSP分别下降36.0％和27.1％。相反，复合材料的热释放速率峰值由于其高导热率而变差。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 环氧树脂

1．2．2 环氧树脂的发展历程

1．2．3 环氧树脂的分类

1．3 环氧树脂复合材料

1．3．1 环氧树脂复合材料的研究进展

1．3．2 环氧树脂／碳纳米管复合材料

1．4 阻燃剂分类和选择

1．4．1 阻燃剂分类

1．4．2 常用环氧树脂阻燃剂

1．4．3 阻燃机理

1．5 聚合物基导电复合材料

1．5．1 导电高分子材料的分类

1．5．2 导电机理

1．6 本课题的研究目的和研究内容

1．6．1 研究目的和意义

1．6．2 主要研究内容

第二章 实验部分

2．1 主要材料

2．2 实验仪器及设备

2．3 实验制备

2．3．1 EP-APP／EP-EAPP复合材料的制备

2．3．2 EP／EAPP／CNTs／GS复合材料的制备

2．3．3 EP／GPTs-CNTs／GS复合材料的制备

2．4 性能测试和表征

2．4．1 热失重分析(TGA)

2．4．2 极限氧指数(LOI)

2．4．3 垂直燃烧等级(UL-94)

2．4．4 锥形量热分析(CONE)

2．4．5 红外分析(FTIR)

2．4．6 扫描电镜分析(SEM)

2．4．7 力学性能测定

2．4．8 导电性测试

第三章 微胶囊聚磷酸铵对环氧树脂复合材料阻燃性能研究

3．1 引言

3．2 结果与讨论

3．2．1 APP和EAPP的红外光谱图

3．2．2 APP和EAPP的热分解曲线图

3．2．3 APP和EAPP的扫描电镜图

3．2．4 EP复合材料的力学性能分析

3．2．5 EP复合材料拉伸断面扫描电镜图

3．2．6 EP复合材料的阻燃性能分析

3．2．7 EP复合材料的热稳定性分析

3．2．8 EP复合材料的残炭红外分析

3．2．9 EP复合材料的阻燃机理分析

3．3 本章小结

第四章 微胶囊APP复配碳材料对环氧树脂阻燃导电性能的研究

4．1 引言

4．2 结果与讨论

4．2．1 EP复合材料的阻燃性能分析

4．2．3 EP复合材料的导电性能测试

4．2．4 EP复合材料的力学性能分析

4．2．5 EP复合材料的热稳定性分析

4．3 本章小结

第五章 改性碳纳米管对环氧树脂复合材料阻燃和导电性能研究

5．1 引言

5．2 结果与讨论

5．2．2 GPTs-CNTs的红外光谱图分析

5．2．3 G PTs-CNTs的热稳定性分析

5．2．5 EP／GPTs-CNTs／GS复合材料的断面形貌分析

5．2．6 EP／GPTs-CNTs／GS复合材料的导电性能分析

5．2．7 EP／GPTs-CNTs／GS复合材料的阻燃性能分析

5．2．8 EP／G PTs-CNTs／GS复合材料的热稳定性能分析

5．2．9 EP／GPTs-CNTs／GS复合材料的阻燃机理分析

5．3 本章小结

第六章 结论

6．1 主要结论

6．2 创新点

6．3 不足与展望

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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