聚磷酸铵-单宁酸-三聚氰胺/环氧树脂复合材料的阻燃及力学性能

传统膨胀型阻燃剂由酸源聚磷酸铵(APP)、碳源季戊四醇(PER)和气源三聚氰胺(MEL)按质量比3∶1∶1的配比组成。现将生物质单宁酸(TA)替代PER并与APP和MEL复配成绿色膨胀型阻燃剂应用于环氧树脂中,考察不同配比的酸源APP、新型碳源TA和气源MEL添加到环氧树脂(EP)中对复合材料的阻燃性能和力学性能的影响。实验结果表明：当新型膨胀型阻燃剂的添加量为20%(质量分数),APP、TA、MEL质量比为9.71∶6.61∶3.68时,所得到的阻燃EP-3复合材料的极限氧指数(LOI)值增长到38.80%,UL-94测试达到V-0级;锥形量热测试表明EP-3的热释放速率峰值(pHRR)、总热释放(THR)、总烟气生成量(TSP)和一氧化碳释放率平均值(av-CO)与添加传统膨胀型阻燃剂EP-0相比分别下降48.96%、14.33%、26.83%和28.01%,这说明APP/TA/MEL绿色膨胀型阻燃剂具有优异的协同阻燃效果;其次,通过TG、DTG和SEM分析可推测,该阻燃剂的阻燃机理为气相和固相协同阻燃机理,特别是该阻燃剂可促使基材形成致密强度高的炭层从而较大地提升固相阻燃效果。另...     

Si-P低聚物对环氧树脂燃烧性能和力学性能的影响

采用乙烯基封端硅氧烷(DMSV05)和9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)加成反应后的低聚物(DMSDOPO)为阻燃剂,制备了半透明增韧阻燃型环氧树脂(EP)材料。通过垂直燃烧(UL-94)、极限氧指数(LOI)、万能材料试验机和热重分析研究了DMS-DOPO对EP阻燃性能、力学性能和热性能的影响;采用扫描电镜对LOI测试后炭层微观形貌进行了表征。DMS-DOPO的引入可明显提高EP的阻燃性能、力学性能和高温残留量。与EP相比,EP/DMS-DOPO-10%拉伸强度和断裂伸长率分别提高9.6%和35.6%。DMS-DOPO质量分数为10%和15%时,EP的LOI值由22.5分别升高到27.5和30.3。EP/DMS-DOPO-15%具有最佳LOI值,600℃残留量比EP高23.3%,燃烧过程中可形成内部结构疏松多孔、外表面连续致密的膨胀炭层。EP/DMS-DOPO-15%具有最优综合性能。     

聚酰胺6对聚丙烯/膨胀阻燃体系阻燃性和力学性能的影响

以聚磷酸铵(APP)、季戊四醇(PER)组成的膨胀阻燃剂(IFR)为主阻燃剂，有机蒙脱土(OMMT)为协效阻燃剂，马来酸酐接枝聚烯烃弹性体(POE-g-MAH)为增韧剂，以聚酰胺6(PA6)为聚合物成炭剂，采用熔融共混法制备了PP/PA6/POE-g-MAH/IFR/OMMT阻燃复合材料，并研究了PA6对PP阻燃复合材料阻燃性和力学性能的影响。通过极限氧指数(LOI)、垂直燃烧、热重分析、扫描电子显微镜和力学性能测试等手段对PP阻燃复合材料进行了测试与表征。结果表明：成炭剂PA6的加入，可显著地提高PP阻燃复合材料的阻燃性能，当PA6含量为5%时，PP阻燃复合材料的LOI由原来不含PA6时的25.5%提高到了30.0%,垂直燃烧等级由原来的无等级提高到了UL-94 V-0级，且随着PA6含量的进一步增加，LOI在逐渐增大。但PA6的加入，会使PP阻燃复合材料的力学性能下降。     

DOPOMPC-APP-MWCNTs协同阻燃环氧树脂的制备

将无卤膨胀阻燃剂六(4-DOPO羟甲基苯氧基)环三磷腈(DOPOMPC)、聚磷酸铵(APP)及多壁碳纳米管(MWCNTs)复配后加入环氧树脂(EP)中,制备出新型阻燃复合材料DOPOMPC-APP-MWCNTs/EP。通过极限氧指数(LOI)、水平垂直燃烧和锥形量热法研究其阻燃性能。研究结果表明:MWCNTs的加入增强了膨胀阻燃体系的阻燃性能和力学性能,并在一定程度上改善了体系燃烧时的浓烟现象。当阻燃体系总质量分数为20%,MWCNTs质量分数为2%时,材料性能最优,其LOI达到36.8%,热释放速率峰值、有效燃烧热平均值、比消光面积平均值和CO释放率平均值与未阻燃EP相比分别下降了83.5%、31.5%、47.6%、50.0%,与DOPOMPCAPP/EP相比下降了83.5%、77.7%、83.7%、68.9%。SEM分析表明:添加MWCNTs后,燃烧炭层呈现出大面积交联网络状结构。     

聚磷酸铵微胶囊对环氧树脂阻燃性能和力学性能的影响

研究了聚磷酸铵(APP)以及APP两种微胶囊,即环氧树脂包覆的APP(EPAPP)和密胺甲醛树脂包覆的APP(MFAPP)在环氧树脂(EP)中阻燃性能、力学性能以及阻燃剂与EP之间的相容性。结果表明,APP在EP中具有较好阻燃效果。与未包覆的APP相比,环氧树脂和密胺甲醛树脂包覆APP(EPAPP和MFAPP)在环氧树脂(EP)中氧指数和垂直燃烧级别基本不变;但添加APP微胶囊的阻燃EP体系的力学性能都有所改善,尤其是冲击强度有较大幅度提高。表面电阻的实验发现,在EP体系中添加APP或APP微胶囊对体系绝缘性能基本上没有影响。     

无卤阻燃高残炭环氧树脂对环氧膨胀型防火涂料的性能影响研究

通过在涂层体系中用无卤阻燃高残炭环氧树脂(EP-DOPO)替代普通环氧树脂(EP)的方法，确定了无卤阻燃高残炭环氧树脂在环氧膨胀型防火涂料中的作用，并明确最佳用量。分别添加不同比例的无卤阻燃高残炭环氧树脂，研究这种情况下环氧膨胀型防火涂料各项性能及膨胀炭层的结构。结果表明：无卤阻燃高残炭环氧树脂可明显改善环氧膨胀型防火涂料的烟密度、炭层结构，同时可以明显提高发泡炭层的柔韧性及致密性，EP-DOPO/EP为40/60时涂层综合性能达最优。     

新型磷氮膨胀性阻燃剂/OMMT协同阻燃环氧树脂的制备及阻燃性能

在新型膨胀性阻燃剂六(4-DOPO羟甲基苯氧基)环三磷(DOPOMPC)与聚磷酸铵(APP)复配作用的环氧树脂(EP)膨胀阻燃复合材料(DOPOMPC/APP/EP)的基础上,添加有机改性蒙脱土(OMMT)制备了新型磷氮膨胀性阻燃剂/OMMT协同阻燃环氧树脂。用极限氧指数(LOI)、水平燃烧(UL-94)、锥形量热(CONE)、电子显微镜(SEM)观察等方法研究了OMMT与DOPOMPC的协同效应。结果表明,EP4(10%DOPOMPC/10%APP/3%OMMT/77%EP)复合材料的各项燃烧参数综合表现最优,其LOI值达到36.8%,热释放速率峰值(pk-HRR)、有效燃烧热平均值(av-EHC)、比消光面积平均值(av-SEA)、一氧化碳释放率平均值(av-CO)较纯EP(EP0)分别下降了78.4%、62.2%、57.8%和50.0%,呈现出更加优良的阻燃和抑烟性能。其原因是,添加OMMT的阻燃材料在燃烧初期形成的炭层更致密、坚硬。     

含硫功能聚磷腈微纳米球的合成及其在环氧树脂阻燃中的应用

以六氯环三磷腈（HCCP）、4,4'-二羟基二苯硫醚（TDP）为原料合成了一种环交联型的聚磷腈（PTP）微纳米球,并将其加入到环氧树脂（EP）中制备成PTP微纳米球/EP（PTP/EP）复合材料,研究其阻燃性能。采用FTIR和SEM对PTP微纳米球进行表征;TG分析考察PTP/EP复合材料的热稳定性;极限氧指数（LOI）和锥型量热分析（CONE）对PTP/EP复合材料进行阻燃性能测试。研究结果表明,PTP微纳米球具有不溶不熔的特性,粒径在500 nm~3 μm之间,且拥有优异的热稳定性和成炭性,起始热分解温度高达453.2℃,800℃残炭为74.3%。PTP微球的加入显著提高了EP的阻燃性能。当PTP微纳米球添加量仅为5wt%时,PTP/EP的热释放速率峰值降低了55.43%;LOI值从纯EP的25.6%提高到了30.4%。PTP微球的加入还提高了EP的力学性能。PTP微纳米球因其不溶不熔的特点在EP中充当增强剂,在受热燃烧时充当高效的阻燃剂。本研究为功能性阻燃剂的研发提供了新思路。      

含磷环氧树脂固化剂的合成表征与环氧树脂复合材料阻燃性能的研究

以季戊四醇(PER)、三氯氧磷(POCl_3)和乙二胺(EDA)为原料合成了一种阻燃固化剂聚乙二胺季戊四醇螺磷酸酯(PES),并通过红外光谱(FT-IR),核磁共振(1 H NMR)、质谱(ESI-MS)和热重分析(TGA)对其结构和热性能进行了表征。并以PES和4,4-二氨基二苯砜(DDS)为固化剂,双酚A型环氧树脂(E-51)为基体树脂,制备了不同含磷量的阻燃环氧树脂复合材料。通过极限氧指数(LOI)和垂直燃烧(UL-94)实验表征了环氧树脂复合的阻燃性能,热重分析和扫描电镜研究了阻燃环氧树脂的热性能和残炭形貌。研究发现,随着磷含量增加,阻燃环氧树脂的初始分解温度逐渐降低,但与纯样相比,在600℃时的残炭量显著增加,且随着PES加入量的增大,SEM观察形成的炭层越致密。当磷含量为3.48%时,其LOI值可达28.9,并通过UL-94V0级测试,拉伸强度和冲击强度分别达到了62.76 MPa和6.81kJ/m~2,表明PES是一种良好的环氧树脂阻燃剂。     

淀粉对聚乙烯膨胀阻燃体系热降解和阻燃的影响

以淀粉作为膨胀阻燃体系中的成炭剂,取代或部分取代了膨胀型阻燃剂(IFR)中的季戊四醇(PER),研究了淀粉对膨胀阻燃剂及其与线性低密度聚乙烯(LLDPE)膨胀体系的热降解行为(TGA)和阻燃性.研究表明,聚磷酸铵(APP)可明显地改变淀粉的热降解行为促进成炭;尽管淀粉可提高IFR的成炭量和膨胀体系的膨胀倍数,但它却在一定程度上降低了LLDPE的膨胀体系的阻燃性,也即是降低了极限氧指数(LOI)和提高了热释放速率峰值(pk-HRR),而用淀粉部分取代PER,对其阻燃性很小,可用淀粉部分取代PER作为膨胀体系中的成炭剂.     

DOPO-PHBA反应型阻燃剂的合成及其与TGIC复配体系对环氧树脂性能的影响

以9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物（DOPO）和对羟基苯甲醛（PHBA）为主要原料,合成了一种新型的反应型阻燃剂DOPO-PHBA,利用FTIR和核磁共振谱（¹H-NMR、³¹P-NMR）对其分子结构和组成进行了分析表征。将DOPO-PHBA与异氰尿酸三缩水甘油酯（TGIC）复配用于制备DOPO-PHBA-TGIC/环氧树脂（EP）复合材料,通过极限氧指数（LOI）、动态热机械测试（DMA）和TGA分别对DOPO-PHBA-TGIC/EP复合材料的阻燃性能和热性能进行了研究。结果表明：成功制备了DOPO-PHBA,且DOPO-PHBA-TGIC复配型阻燃剂能显著改善EP的阻燃性能,当体系磷元素的质量分数为0.6wt%时,氧指数（LOI）由24%提高至32.5%;此外不同磷含量的DOPO-PHBA-TGIC/EP复合材料的玻璃化转变温度（T_g）均保持在200℃以上并且在800℃时的残炭量不断提高,其初始分解温度和最大热失重速率均有所下降;燃烧后残炭的红外分析表明,该体系满足凝聚相阻燃机制,且DOPO-PHBA-TGIC的加入不会削弱EP的力学性能。     

三聚氰胺氰尿酸盐与聚磷酸铵协同作用对环氧树脂阻燃性能的影响

采用氧指数法（LOI）、垂直燃烧法（UL-94）及热重分析法（TGA）对三聚氰胺氰尿酸盐（MCA）和聚磷酸铵（APP）阻燃环氧树脂的阻燃性及热稳定性进行了研究。TGA结果表明,MCA促进成炭的作用较弱,主要在气相起到阻燃的作用。而APP的添加虽然降低了环氧树脂的初始分解温度,但当温度高于400℃时,体系具有更好的热稳定...     

环氧树脂/聚磷酸铵复合材料的阻燃性能与热降解行为

利用环氧树脂(EP)成炭能力,引入聚磷酸铵(APP)以提高其阻燃性能。当APP质量分数为9%时,EP/APP氧指数达30.5%,垂直燃烧性能通过V-0级。相比EP,EP/APP的热释放峰值与总热释放均有所下降。此外,利用热失重-红外联用设备研究了EP以及EP/APP的热降解行为并解释相关机理:EP在高温下会释放CO、甲醇等易燃性气体,剧烈燃烧并放出大量的热;APP在低温阶段的热裂解产物会催化EP的降解,但在高温下EP/APP却有热稳定性优异的炭层形成,在火灾中此炭层会覆盖在基体表面保护下部材料以免其遭到进一步的破坏。     

硼-氮阻燃剂与氢氧化镁协同阻燃环氧树脂

将硼-氮阻燃剂2,4,6-三(4-硼酸-2-噻吩)-1,3,5-三嗪(3TT-3BA)与Mg(OH)_2进行复配,然后将其添加到环氧树脂(EP)中,通过热重分析、锥形量热、极限氧指数、垂直燃烧等测试方法,研究了3TT-BA/Mg(OH)_2复配体系对EP的阻燃性能。研究发现,3TT-3BA与Mg(OH)_2具有协同阻燃作用,添加10%3TT-3BA/10%Mg(OH)_2到EP中,其极限氧指数达到了32.5%,垂直燃烧达到了UL94 V-0等级。同时,3TT-BA/Mg(OH)_2复配体系还能有效减小EP热释放速率、热释放总量和生烟总量。通过扫描电镜等手段探讨了3TT-BA/Mg(OH)_2复配体系的阻燃机理。     

环状磷腈/聚磷酸铵/三聚氰胺膨胀阻燃环氧树脂研究

本文以DOPO衍生物六(4-DOPO羟甲基苯氧基)环三磷腈(DOPOMPC)、聚磷酸铵(APP)以及三聚氰胺(MEL)形成复配膨胀体系(IFR)阻燃环氧树脂.采用极限氧指数(LOI)、水平、垂直燃烧(UL-94)方法研究了IFR体系对环氧树脂体系阻燃性能影响,通过锥形量热(CONE)研究了体系燃烧特性,通过扫描电子显微镜(SEM)对体系成炭情况进行观察.结果表明,IFR膨胀阻燃体系对环氧树脂具有良好的协同阻燃作用,其中8%DOPOMPC/8%APP/4%MEL(EP3)体系LOI值较纯EP(EP0)提高37.8%;各项燃烧参数也得到了改善,热释放速率峰值(pk-HRR)、有效燃烧热平均值(av-EHC)、比消光面积平均值(av-SEA)及一氧化碳释放速率平均值(av-CO)相对于10%DOPOMPC/10%APP/EP(EP1)分别降低了53.8%、84.4%、57.7%和75.8%;拉伸强度、弯曲强度和冲击强度较EP1分别提高了1.3倍、79.4%和2.5倍;宏观拍摄和扫描电镜结果表明EP3膨胀炭层连续、均匀、致密,阻燃效果良好.     

聚磷酸铵-三聚氰胺-三嗪成炭剂协同阻燃改性环氧树脂及玻璃纤维增强树脂复合材料

采用聚磷酸铵(APP)与不同比例三聚氰胺(MA)和三嗪成炭剂(CFA)复配对环氧树脂进行阻燃改性。系统研究了不同配比阻燃剂(总量保持40wt%)的加入对环氧树脂流变特性、固化行为、热机械性能、力学性能及阻燃性能的影响。将优化后的阻燃改性环氧树脂用于制备玻璃纤维增强环氧树脂复合材料(GFRC),对并其力学和阻燃性能进行了研究。结果表明,APP单独与MA或CFA复配改性环氧树脂并未表现出明显的协同阻燃效应,但它们组成的三元复配阻燃体系(30wt%APP-5wt%MA-5wt%CFA)具有良好的协同阻燃效应。相比未改性环氧树脂,APP-MA-CFA改性环氧树脂的极限氧指数(LOI)由18.0%提高到了50.2%,热释放峰值速率(PHRR)下降了84%,总热释放量(THR)下降了78%。树脂基体中加入阻燃剂后,GFRC的力学性能有所下降,尤其是层间剪切强度。同样地,基于APP-MA-CFA复配改性环氧树脂的GFRC表现出最佳阻燃性能,相比未改性的GFRC,其LOI值由22.8%提高到了66.0%,PHRR由354 kW/m2下降到93 kW/m2,THR由49.3 MJ/m2下降到22.8 MJ/m2。      

偶联剂对EP/APP体系燃烧和发烟性能的影响

研究了不同种类偶联剂对聚磷酸铵阻燃环氧树脂(EP/APP)体系拉伸强度、燃烧和发烟性能的影响规律。结果表明,钛酸酯和硅烷都能提高EP/APP体系的拉伸强度。从(EP/APP)体系阻燃性能的提高效果看,钛酸酯比硅烷更好,钛酸酯使EP/APP体系的氧指数从26.5提高到30.9,硅烷使EP/APP体系的氧指数从26.5提高到28.7。但硅烷对(EP/APP)体系的抑烟效果好,硅烷可使EP/APP体系的烟密度等级从76.84降到66.85,而钛酸酯使EP/APP体系发烟量加大,烟密度等级从76.84上升到86.41。研究结果表明,偶联剂在改善阻燃材料力学性能的同时,对体系的燃烧和发烟性能有重要影响。     

含磷双环戊二烯酚醛固化剂的合成及固化环氧树脂的性能

合成了一种含磷酚醛型环氧树脂固化剂DCPD-DOPO,通过红外光谱和核磁共振谱对其化学结构进行了表征,采用凝胶渗透色谱测量了其相对分子质量。以DCPD-DOPO、苯酚型酚醛树脂(PF8020)或其复合物为固化剂,双酚A环氧树脂(DGEBA)为基料,制备了不同磷含量的阻燃环氧树脂。通过热重分析、差示扫描量热分析研究了环氧树脂固化物的热性能和阻燃性能;通过极限氧指数(LOI),垂直燃烧实验和锥形量热法研究了固化后环氧树脂固化物的燃烧特性。结果表明,DCPD-DOPO固化的环氧树脂的LOI可达31.6%,垂直燃烧性能达到UL94 V-0级,玻璃化转变温度(T_g)为133℃。采用DCPD-DOPO与PF8020复合物固化的环氧树脂的T_g提高到138℃以上,LOI值略有降低,但仍能通过UL 94V-0测试。DCPD-DOPO与PF8020添加DCPD-DOPO后,复合固化的环氧树脂的热释放速率峰值及总释热量较PF8020固化的环氧树脂大幅度降低。此外,还用Kissinger法对环氧树脂固化反应动力学进行了研究。