双马来酰亚胺/磷酸铝复合材料阻燃性能及其机理的研究

【摘要】高性能高分子材料由于其优异的综合性能（突出的耐热性、优良的综合力学性能、良好的耐湿热、耐辐射及耐腐蚀等）而被广泛应用于电子信息、新能源、航空航天、电气绝缘等尖端工业领域。阻燃性能则成为继优异的加工性、热稳定性以及力学性能之后的必需的性能。然而，几乎所有的高分子材料均存在阻燃性不足的缺点。添加型阻燃剂被证明是一种简单、有效的制备阻燃高分子材料的方法。近年来，无机阻燃剂由于无毒、无污染满足绿色、环保型阻燃剂的要求而受到了国内外学者的广泛关注。但是，无机阻燃剂普遍存在添加量大的问题，因此寻找新型高效的无机阻燃剂是本课题需要解决的问题。首先，我们以市售磷酸铝（cAP）作为研究对象，制备了双马来酰亚胺树脂（BD）/cAP复合材料。对其进行了阻燃性能的测试（极限氧指数和微型量热），与BD树脂相比，具有cAP含量的BD/cAP复合材料的阻燃性显著提高。另外，着重研究了cAP的阻燃机理，探讨了其对BD树脂热稳定性和成炭过程的影响。其次，从分子形貌设计的角度出发，通过调节均相沉淀过程中反应温度的方法合成了三种形貌不同的AP，分别为球状（sAP）、六方片状（hAP）、圆片状（wAP），且合成的AP均为NH4+-AP。经150℃热处理后的hAP（t-hAP）与cAP粒径相似但是化学组成和形貌不同，因此选取t-hAP为研究对象，探讨了t-hAP对BD树脂阻燃性能的影响。当选取35kW/m2辐照点燃的方法进行锥形量热测试时，BD/t-hAP复合材料将不能被点燃，因此选取35kW/m2下打火点燃的方式对BD/t-hAP和BD/cAP复合材料进行了锥形量热的测试，并且对比了阻燃效果的差别。当填料的含量在5wt%时，BD/5t-hAP复合材料的热释放速率峰值（pHRR）与总的热释放量（THR）为BD树脂的42.3和47.8%，总的烟释放（TSP）仅为BD树脂的的32.7%；而BD/5cAP复合材料的pHRR、THR和TSP分别为BD树脂的71.3%、76.5%和66.5%，该阻燃结果说明t-hAP的阻燃效果要比cAP要好得多，并且t-hAP与传统的无机类阻燃剂（Mg(OH)2和Al(OH)3）相比，其优势也非常明显。通过对BD/t-hAP复合材料阻燃机理的研究，t-hAP阻燃性能的提升主要归因于t-hAP与烯丙基双酚A（DBA）之间强烈的氢键作用提高了填料在树脂基体中的分散性以及复合材料的交联密度；t-hAP独特的片状结构具有很好的阻碍热的能力；除此之外，在燃烧过程中，t-hAP释放出大量的H2O和NH3稀释了可燃性气体。
【作者】游秋琴；
【导师】顾嫒娟；
【作者基本信息】苏州大学，材料学，2014，硕士
【关键词】磷酸铝；双马来酰亚胺；阻燃；片状；

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