马来海松基环氧纳米复合材料的制备及性能研究

摘要

以松香为原料,通过Diels-Alder加成制备了马来海松酸酐(MPA),再经过酯化、闭环反应得到了马来海松基环氧树脂(MPA-ER),并用FT-IR和1 H NMR对MPA和MPA-ER的结构进行了表征.进一步将多壁碳纳米管(MWCNTs)与MPA-ER共混制备了一系列的MPA-ER/MWCNTs复合材料,对其力学性能和热性能进行了表征,并探究了不同MWCNTs添加量对马来海松基环氧纳米复合材料力学性能和热性能的影响.研究结果表明:FT-IR和1 H NMR证实成功制备了MPA和MPA-ER.MWCNTs在MPA-ER中分散均匀,断面具有河流状纹路,MWCNTs的添加使得MPA-ER/MWCNTs的力学性能显著提高,当MWCNTs的添加量为1.2％(以MPA-ER质量计,下同)时,复合材料MPA-ER/MWCNTs(1.2)的力学性能达到最优,冲击韧性、拉伸强度、弯曲强度和断裂伸长率分别为15.11 kJ/m2、40.42 MPa、105.45 MPa和14.80％,与MPA-ER相比分别增加了159％、160％、102％和135％.同时,锥形量热测试中MPA-ER/MWCNTs(1.2)复合材料的峰值热释放速率和残炭率分别为324 kW/m2和9.18％,与MPA-ER相比,峰值热释放速率下降了14％,残炭率增加了68％,表明MWCNTs的添加使得MPA-ER/MWCNTs的热稳定性和阻燃性有所提高,MPA-ER/MWCNTs(1.2)复合材料阻燃性能的提高主要归因于添加MWCNTs有效地增加了环氧树脂的交联密度,使其在内部形成比较致密的炭层,进而通过部分隔绝外部热量和空气来达到阻燃的效果.