基于香草醛的新型生物基阻燃环氧树脂及其CFRP的制备与性能研究

作     者：刘白羽 

作者单位：长春工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王路

授予年度：2024年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：环氧树脂 生物基 协同阻燃 碳纤维复合材料 

摘      要：环氧树脂(EP)是最常用的热固性材料之一,因其优越的力学性能和良好的稳定性等优点,具有广阔的应用前景。但EP本质属于易燃性材料,伴随着日益飞速发展的科技水平,导致环氧树脂的使用领域受到限制。并且,环氧树脂再燃烧是会生成大量有毒有害物质,严重危害人们的生命和财产安全,环氧树脂阻燃改性受到众多科研人员的广泛研究,添加阻燃剂是目前研究最广泛的阻燃改性环氧树脂的途径之一。低添加量的阻燃剂就可以很好的将EP的易燃性质改善。随着人们逐渐对保护环境意识的增强。通过生物基原料制备阻燃剂已成为发展的方向。 本文通过来源广泛的生物基材料,用于制备含P且无卤阻燃剂,将其添加至环氧树脂中。本工作利用苯基磷酰二氯、香草醛、乙醇胺和DOPO之间的亲核取代、加成等一系列反应制备一种含磷生物基阻燃剂PPVA-DOPO。通过红外光谱、核磁共振表征PPVA-DOPO的结构。通过热重研究发现此生物基阻燃剂具有良好的热稳定性。将此阻燃剂通过环氧树脂固化反应填入到环氧网络体系中,通过垂直燃烧实验、极限氧指数实验、锥形量热实验与热重红外联用分析探讨环氧树脂的抗燃烧性能,添加了12.5%PPVA-DOPO的改性阻燃环氧树脂极限氧指数达到了35.3%,通过了UL-94的V0评级,HRR、THR、TSP与热重红外分析证明了气相与凝聚相协同阻燃效应。 通过动态力学分析仪探讨环氧树脂的储能模量及玻璃化转变温度(Tg)。结果表明,PPVA-DOPO能够提高环氧树脂的储能模量,从1070.9 MPa提升到1944.3 MPa,并且通过提升交联密度提升了改性阻燃环氧树脂的Tg,当PPVA-DOPO的添加量为7.5%时。环氧树脂复合材料的Tg从166.8℃提高到176.1℃。通过力学分析,PPVA-DOPO不仅能提升环氧树脂的抗燃烧性能,还提升了环氧树脂的力学性能。 将这种改性阻燃环氧树脂与碳纤维结合,制备成环氧树脂/碳纤维复合材料。此复合材料具有优异的力学性能。因此PPVA-DOPO已被证实是一种高效的阻燃、增强环氧树脂填料。