【摘要】：環(huán)氧樹脂是一種重要的熱固性樹脂,具有優(yōu)異的機(jī)械性能、強(qiáng)耐化學(xué)腐蝕性、耐熱性和易加工等優(yōu)點(diǎn),使其廣泛應(yīng)用于粘合劑、層壓板、電子封裝和涂層等領(lǐng)域。然而,由于環(huán)氧樹脂燃燒過程中有著耐火性差和產(chǎn)生大量煙霧的局限性,極大地限制了其在電氣/電子設(shè)備中的應(yīng)用。近年來,傳統(tǒng)的鹵系阻燃劑由于其環(huán)保和安全問題已經(jīng)逐漸被無鹵阻燃劑所替代。環(huán)三磷腈衍生物是無鹵阻燃劑中的一種,具有無鹵、高的磷氮含量和熱穩(wěn)定的磷腈環(huán)等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于阻燃環(huán)氧樹脂、聚乳酸和聚丙烯等高分子材料。與此同時(shí),由于六氯環(huán)三磷腈?zhèn)然刑厥獾幕顫娐仍?使其能夠引入不同的取代基,從而制備出不同結(jié)構(gòu)的磷腈衍生物。本文通過引入不同的官能團(tuán),制備了三種結(jié)構(gòu)的環(huán)三磷腈衍生物,并探索其阻燃環(huán)氧樹脂的一系列性能。主要工作如下:1.以六氯環(huán)三磷腈和4-苯氧基苯酚為原料,制備出一種新型的六(雙苯氧基)環(huán)三磷腈阻燃劑HCBP;其次,以六氯環(huán)三磷腈和聯(lián)苯二酚為原料合成出一種橋連產(chǎn)物中間體BPD-BCP,并用苯酚進(jìn)一步取代剩余氯原子,制備出一種新型的橋連環(huán)三磷腈阻燃劑BPD-BHP。最后,以六氯環(huán)三磷腈和聚乙烯亞胺(PEI)為原料,制備出一種聚磷腈阻燃劑poly(HCCP-co-PEI)。并通過熔點(diǎn)測試、傅里葉紅外光譜(FTIR)、核磁共振譜儀(NMR)、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)和元素分析儀(EA)手段對阻燃劑進(jìn)行了化學(xué)結(jié)構(gòu)表征。2.將HCBP阻燃劑加入到DGEBA/DDM復(fù)合體系中,高溫固化獲得阻燃環(huán)氧樹脂。通過差示掃描量熱(DSC)測試對其熱性能分析可知,隨著HCBP阻燃劑的含量增加,阻燃環(huán)氧樹脂的T_g輕微降低,說明HCBP表現(xiàn)出溫和的塑化效應(yīng)。熱重分析(TGA)結(jié)果顯示,阻燃劑HCBP本身具有較高的初始分解溫度和殘?zhí)?與環(huán)氧樹脂復(fù)配后提高了環(huán)氧樹脂的殘?zhí)柯屎蜔岱�(wěn)定性。通過極限氧指數(shù)LOI、垂直燃燒測試UL-94和錐形量熱(Cone)測試分析其阻燃性能可知,EP/9wt%HCBP復(fù)合材料的氧指數(shù)高達(dá)33.0%,燃燒時(shí)間縮短,并接近UL-94 V-0級別。EP/9wt%HCBP復(fù)合材料的熱釋放速率峰值(PHRR)、總熱釋放量(THR)、總煙產(chǎn)率(TSR)和總煙產(chǎn)量(TSP)等參數(shù)大幅度降低,表明HCBP阻燃劑能夠降低環(huán)氧樹脂的有效熱釋放和煙產(chǎn)量。使用熱重紅外連用(TG-FTIR)、掃描電子顯微鏡(SEM)、能量色散光譜分析儀(EDX)和拉曼測試(Raman)對阻燃EP的氣相產(chǎn)物和殘?zhí)窟M(jìn)行表征可知,在氣相中,HCBP阻燃劑能夠降低氣相裂解產(chǎn)物的強(qiáng)度,在固相中能夠形成富磷炭層,有效的阻止基體內(nèi)外部熱和氧的交換并提高阻燃效率。力學(xué)性能結(jié)果顯示,EP/9wt%HCBP拉伸強(qiáng)度和拉伸模量相比于純環(huán)氧(70.4MPa和586.8 MPa)分別提高了8.8%和17.5%。這可能是由于HCBP阻燃劑中含有大量剛性芳香環(huán),提升了其強(qiáng)度。3.將橋連環(huán)三磷腈BPD-BHP阻燃劑加入到DGEBA/DDM固化體系中,高溫固化獲得阻燃環(huán)氧樹脂。對阻燃劑和阻燃EP熱性能進(jìn)行分析可知,隨著BPD-BHP阻燃劑含量的增加,阻燃EP的T_g值與純環(huán)氧相近,說明BPD-BHP阻燃劑的加入沒有惡化復(fù)合材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。熱重結(jié)果顯示,氮?dú)庀翨PD-BHP本身具有較高熱穩(wěn)定性和殘?zhí)柯�。�?dāng)加入到環(huán)氧樹脂中后,明顯提高了阻燃環(huán)氧樹脂的成炭能力和熱穩(wěn)定性。阻燃性能測試表明,EP/9wt%BPD-BHP氧指數(shù)高達(dá)30.3%,并成功通過UL-94 V-1級。通過對阻燃EP的氣相產(chǎn)物和固相殘?zhí)窟M(jìn)行分析,得出BPD-BHP阻燃劑能夠同時(shí)作用于固相和氣相,降低環(huán)氧樹脂的燃燒行為。力學(xué)性能結(jié)果顯示,EP/9wt%BPD-BHP沖擊強(qiáng)度相比于純環(huán)氧(27.7 MPa)提高了7%。表明BPD-BHP阻燃劑能夠在保證阻燃性能的同時(shí),還能改善阻燃環(huán)氧樹脂的力學(xué)性能。4.將聚磷腈阻燃劑poly(HCCP-co-PEI)加入到DGEBA/DDM復(fù)合體系中,高溫固化獲得阻燃環(huán)氧樹脂。對其熱性能分析可知,隨著poly(HCCP-co-PEI)微球含量的增加,T_g值逐漸減小,表明納米型阻燃劑的加入對環(huán)氧樹脂的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性有小的影響。通過熱穩(wěn)定性分析可知,阻燃劑本身分解溫度較低,殘?zhí)苛枯^高,加入到環(huán)氧樹脂中在一定程度上提高了環(huán)氧樹脂的殘?zhí)柯�。根�?jù)阻燃性能測試結(jié)果可知,EP/3wt%FR中氧指數(shù)僅能達(dá)到27.0%,沒有任何級別。為了探索阻燃劑的阻燃作用,對阻燃EP氣相產(chǎn)物和固相殘?zhí)窟M(jìn)行分析可知,poly(HCCP-co-PEI)微球同樣具有催化成炭的作用,并且能夠有效的降低可燃?xì)怏w的強(qiáng)度,減少可燃?xì)怏w的供應(yīng)。但是燃燒測試仍需進(jìn)一步重復(fù)探索。
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TQ323.5
【圖文】：

圖1.1雙酚A型環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)式

形添加型阻燃劑 PDT（如圖 1.2 所示），從而利P/N/Si 元素之間的協(xié)同效應(yīng)，去評估 EP-PDT 復(fù)顯示，PDT 的加入，提高了氧指數(shù)和殘?zhí)柯�，材料中�?PDT 自組裝成納米尺寸的顆粒，能夠

（如圖 1.3 所示），并應(yīng)用于阻燃環(huán)氧樹脂。結(jié)果表明，O透明性。在低的磷含量（1.6wt%）下，阻燃環(huán)氧樹脂 LOI94 V-0 級。在力學(xué)性能方面，通過三點(diǎn)彎曲測試顯示 ODM氧，表明 POSS 結(jié)構(gòu)的引入提高了環(huán)氧樹脂的阻燃性能，并。

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本文編號：2773386