【摘要】：我國鹽湖鎂資源以品位高、儲量大著稱于世,如何合理利用鹽湖資源研究具有高附加值及工業(yè)應(yīng)用前景的鎂基功能材料,已成為制約鹽湖資源產(chǎn)業(yè)化深度開發(fā)的“瓶頸”。隨著科學(xué)技術(shù)和聚合物材料的飛速發(fā)展,聚合物材料已成為人們生活不可或缺的一部分。環(huán)氧樹脂(EP)因其耐腐蝕性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用。但EP在燃燒過程中會產(chǎn)生大量的有毒有害氣體及煙塵,又限制了其應(yīng)用范圍,對EP進(jìn)行火安全處理是解決該問題的主要措施之一。本論文從無機(jī)填料的形貌及結(jié)構(gòu)出發(fā)制備了一維氫氧化鎂(MH)、堿式硼酸鎂(MBH)和氫氧化鎂-堿式硼酸鎂(MH-MBH)納米功能材料,并將其應(yīng)用于環(huán)氧樹脂中,研究了鎂基納米功能材料對環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的阻燃、火安全、光學(xué)性能及機(jī)械性能的影響,并探討了可能的阻燃機(jī)理。取得的研究進(jìn)展如下:(1)采用前驅(qū)體轉(zhuǎn)化法合成一維MH,研究了不同因素對前驅(qū)體形貌的影響,并探討了其生長機(jī)理,制備了分散性良好,形貌規(guī)則,長徑比為35~50的一維氫氧化鎂。將一維MH添加于EP中制備EP/MH復(fù)合材料,與純EP相比,當(dāng)一維氫氧化鎂添加量為7 wt.%時,楊氏模量較純環(huán)氧樹脂增加了22.3%,拉伸強(qiáng)度與純環(huán)氧樹脂比較,基本保持不變。當(dāng)MH添加量為5 wt.%時,EP/MH復(fù)合材料的LOI達(dá)到33.7%,較純環(huán)氧樹脂增加率為28.1%;當(dāng)MH添加量為3 wt.%時,EP/MH復(fù)合材料的pHRR、pSPR、pCOP、pCO_2P分別為423 kW/m~2、0.17 m~2/s、0.009g/s、0.27 g/s,較純環(huán)氧樹脂分別降低了62%,47%、71%、63%。一維MH阻燃效果顯著,有效的提高了EP的阻燃和火安全性能。阻燃機(jī)理研究表明,一維MH阻燃EP屬于固相阻燃機(jī)理。(2)采用水熱法制備MBH,研究了鎂源種類、反應(yīng)物濃度和水熱溫度等對MBH生長的影響,得到了分子式為2MgO·B_2O_3·1.5H_2O的一維MBH。將一維MBH添加至EP中,制備EP/MBH復(fù)合材料。由于MBH與EP基體有近似的折光率,添加量達(dá)到10 wt.%時,復(fù)合材料透光率仍可保持在70%以上;EP/MBH復(fù)合材料的硬度隨著MBH的添加量逐漸增加,并且在一定載荷范圍內(nèi),EP/MBH不會發(fā)生永久形變,MBH可明顯提高EP的硬度及耐刮擦能力;當(dāng)MBH的添加量為5 wt.%時,EP/MBH復(fù)合材料從可燃材料變成難燃材料,pHRR、pSPR、pCOP、pCO_2P較純EP分別下降了38%、30%、50%和35%,FIGRA下降41%,EP中添加MBH可提高EP/MBH的火安全性,降低EP的火災(zāi)危害性。阻燃機(jī)理研究表明,MBH在燃燒過程中分解成硼酸鎂隔離層,可有效阻止熱量和可燃?xì)怏w的蔓延和傳遞。(3)采用水熱法,探索了合成一維MH-MBH納米材料的影響因素,研究發(fā)現(xiàn)水熱過程中MBH沿MH的軸向生長,MBH可均勻的包裹在MH的表面從而生成MH-MBH納米材料。EP/MH-MBH復(fù)合材料的LOI研究結(jié)果表明,復(fù)合材料LOI最高為33.7%,較純EP增加率為22%,阻燃性能優(yōu)越;EP/MH-MBH復(fù)合材料的pHRR、pSPR、pCOP、pCO_2P最高分別降低了39.0%、42.4%、50.0%和47.3%,MH-MBH可明顯提高環(huán)氧樹脂的火安全性。阻燃機(jī)理研究揭示MH-MBH的阻燃過程為MH-MBH在燃燒過程中釋放水分子,形成較堅固的炭層,起到固相阻燃的作用,所釋放的水分子在氣相中稀釋可燃?xì)怏w,降低了可燃物表面的溫度,起到了阻燃和抑煙的作用。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院青海鹽湖研究所)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TB34;TQ323.5
【圖文】：

第 1 章 緒論。燃劑與氧化劑之間的一種快速氧化反應(yīng)，通常伴有放熱及氣態(tài)和凝聚態(tài)產(chǎn)物[36]。燃燒過程中需要四要素：火源、可反應(yīng)，如圖 1.1[37]，燃燒過程要發(fā)生，四個要素缺一不可者中斷燃燒過程中的任何一個環(huán)節(jié)來終止燃燒過程。盡管不同，阻燃作用機(jī)理主要有：（1）吸熱作用；（2）覆蓋作（4）不燃?xì)怏w窒息作用，大多數(shù)阻燃劑是通過若干機(jī)理共8]。

第 2 章 一維氫氧化鎂的制備及其在環(huán)氧樹脂中的應(yīng)用如表 2.3 所示，所得樣品 XRD 結(jié)果如圖 2.1。從圖中可以看出水-乙醇體系時，得到樣品的衍射峰與單斜晶型堿式)5Cl·4H2O）的衍射卡片（JCPNo.007-0420）的標(biāo)準(zhǔn)衍射峰一致45，b=3.147，c=9.791，峰形尖銳，無氫氧化鎂雜質(zhì)峰出現(xiàn)，說，是具有較高結(jié)晶性的高純堿式氯化鎂。當(dāng)選擇有機(jī)溶劑作為式氯化鎂的特征衍射峰的相對強(qiáng)度減弱，同時出現(xiàn)了氫氧化鎂峰（JCPNo.083-0114），說明添加以上有機(jī)醇溶劑時，產(chǎn)物的是因為添加此類有機(jī)醇溶劑后，離子的聚集速度明顯下降，氫不完全，以至于阻礙架橋反應(yīng)的發(fā)生，導(dǎo)致經(jīng)陳化后得到的中存在氫氧化鎂的雜質(zhì)峰。

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本文編號：2728713