聚合物以耐腐蝕、質(zhì)量輕、易加工、高力學(xué)性能等優(yōu)良的綜合性能逐步在煤炭工業(yè)中廣泛應(yīng)用。目前煤礦中使用的聚合物材料中有環(huán)氧樹脂、聚氨酯、水性涂料等。但是這類聚合物制品在煤礦井下有瓦斯煤塵爆炸危險(xiǎn)性環(huán)境中使用時(shí),除保證有良好的使用性能外,尤其應(yīng)具有可靠的安全性能。本文通過硅烷偶聯(lián)劑與硼酸對(duì)氧化石墨烯(GO)進(jìn)行功能化修飾,成功制備含硅硼網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的功能化氧化石墨烯(fGO)。隨后將fGO應(yīng)用于環(huán)氧樹脂(EP)、硬質(zhì)聚氨酯泡沫(RPUF)和水性環(huán)氧樹脂涂料(WEP)中,對(duì)其阻燃性能和阻燃機(jī)理進(jìn)行了研究。具體完成了以下四部分:1.采用硅烷偶聯(lián)劑接枝法,以3-氨丙基三乙氧基硅烷和H_3BO_3為原料,對(duì)GO進(jìn)行功能化改性,確定適宜條件制備獲得fGO。并對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征分析,結(jié)果表明,fGO材料表面的接枝的B-O、Si-O-Si、C-O-Si新的官能團(tuán)出現(xiàn),片層間距從0.34 nm增大到0.83 nm,fGO的熱穩(wěn)定性及剩炭量明顯提高,由此可看出H_3BO_3被成功接枝到了GO表面。2.選用聚磷酸銨(APP)作為EP的主要阻燃劑,分別將GO和fGO作為協(xié)效劑應(yīng)用于阻燃EP。為保證高阻燃且材料力學(xué)性能優(yōu)異,選用當(dāng)0.1 wt%GO或fGO和14.9 wt%APP的配比。0.1 wt%fGO/14.9 wt%APP/EP的極限氧指數(shù)(LOI)達(dá)到了28.8%,且樣品的熱釋放速率峰值(PHRR)、總熱釋放量(THR)比純EP分別降低了42.96%、13.93%,CO體釋放也減少了12.57%。通過掃描電鏡分析(SEM)表明,fGO能促使EP分解產(chǎn)生連續(xù)、致密、平整、力學(xué)性能優(yōu)異的膨脹炭層,這也是阻燃性能提高的關(guān)鍵。3.以可膨脹石墨(EG)和甲基膦酸二甲酯(DMMP)為主要阻燃劑,優(yōu)選阻燃劑配比EG:DMMP=3:1和fGO協(xié)同阻燃RPUF復(fù)合材料。結(jié)果表明,7.5phr EG/2.5 phr DMMP與0.25 phr fGO復(fù)配時(shí),RPUF-7樣品的LOI值達(dá)到28.1%,樣品的抗拉強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、壓縮強(qiáng)度分別比RPUF-4提高了41.0%、50.6%、30.0%。熱重分析(TG)和SEM分析表明,fGO顯著提高RPUF阻燃復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性和剩炭量,同時(shí)增強(qiáng)了炭層的連續(xù)性和致密性,有效地抑制了熱量和可燃有機(jī)揮發(fā)物的釋放,從而提高了RPUF的阻燃性。4.以三聚氰胺聚磷酸鹽(MPP)、季戊四醇(PER)和三聚氰胺甲醛樹脂(MF)組成膨脹阻燃劑(IFR)與fGO引入WEP涂料中。結(jié)果表明,但25.0 phr MPP、12.5 phr PER、12.5 phr MF與0.083 phr fGO復(fù)配時(shí),WEP樣品(WEP-4)的耐火時(shí)間比WEP-1增加60.4%,同時(shí),樣品的PHRR和THR值分別從229.7 kW·m~(-2)下降到128.1 kW·m~(-2)和從44.2 MJ/m~2下降到31.3 MJ/m~2。SEM電鏡分析表明,fGO納米材料能有效地增強(qiáng)炭層結(jié)構(gòu),其具有較好的形態(tài)、高度和結(jié)構(gòu),對(duì)基體內(nèi)部材料具有很好的防護(hù)作用。
【學(xué)位單位】：華北科技學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TD712.7
【文章目錄】：
致謝
摘要
abstract
變量注釋表
1 緒論
    1.1 研究背景
    1.2 石墨烯在聚合物中的阻燃應(yīng)用研究現(xiàn)狀
    1.3 研究?jī)?nèi)容及研究路線
2 GO與 fGO的制備與表征
    2.1 引言
    2.2 實(shí)驗(yàn)部分
    2.3 結(jié)果與討論
    2.4 小結(jié)
3 fGO與聚磷酸銨協(xié)同阻燃環(huán)氧樹脂
    3.1 引言
    3.2 實(shí)驗(yàn)部分
    3.3 結(jié)果與討論
    3.4 小結(jié)
4 fGO與 EG/DMMP協(xié)同阻燃硬質(zhì)聚氨酯泡沫
    4.1 引言
    4.2 實(shí)驗(yàn)部分
    4.3 結(jié)果與討論
    4.4 小結(jié)
5 fGO增強(qiáng)膨脹水性環(huán)氧防火涂料
    5.1 引言
    5.2 實(shí)驗(yàn)部分
    5.3 結(jié)果與討論
    5.4 阻燃機(jī)理推測(cè)
    5.5 小結(jié)
6 結(jié)論
參考文獻(xiàn)
作者簡(jiǎn)歷
學(xué)位論文數(shù)據(jù)集

【參考文獻(xiàn)】

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