環(huán)氧-苯并噁嗪樹脂基耐高溫防火復合材料的制備與性能研究.pdf

1、苯并噁嗪樹脂提高了傳統(tǒng)酚醛樹脂的耐熱性、固化收縮率和防火阻燃性，并且與環(huán)氧樹脂共固化后防火性能和耐高溫性能優(yōu)異。但是由于對現(xiàn)今航空航天領域所需的耐高溫防火樹脂基復合材料的使用要求越來越高，傳統(tǒng)的環(huán)氧/噁嗪樹脂共固化體系已經(jīng)不適用，可以添加成碳劑對其進行防火改性。本文采用無溶劑熔融法制備了一種雙酚A型苯并噁嗪樹脂(BOZ)，將其與雙酚A型環(huán)氧樹脂(EP)和不同種類成碳劑（紅磷RP、三聚氰胺MA、聚磷酸銨APP、自制成碳劑CAM）共固化，得

2、到的樹脂澆鑄體通過燃燒實驗來模擬其防火效果，找到最佳樹脂配方體系制備耐高溫防火玻璃纖維增強復合材料。通過燃燒實驗來研究實驗制得的耐高溫防火復合材料的殘?zhí)悸省⑻紝咏Y構形貌等，以此表征其瞬時和長時間的防火性。本研究主要內(nèi)容包括：
　?、挪捎脽o溶劑熔融法制備了一種雙酚A型苯并噁嗪樹脂(BOZ)，以BOZ為原料和環(huán)氧樹脂共固化制備BOZ/EP樹脂澆鑄體來研究二者固化反應特性。向BOZ/EP膠液中添加RP、MA和APP成碳劑制備樹脂澆鑄體，

3、通過燃燒模擬實驗測試樹脂體系防火性能。實驗采用紅外光譜和核磁氫譜對合成的BOZ進行結構表征，熱失重法測得其1000℃氮氣氣氛中殘?zhí)悸蕿?0％。采用DSC法研究BOZ/EP體系的固化特性，固化反應峰值溫度為240℃;TG-DTA法研究其耐熱性，發(fā)現(xiàn)BOZ/EP固化體系310℃才開始發(fā)生熱分解，670℃時出現(xiàn)最大的分解放熱峰。燃燒實驗發(fā)現(xiàn)添加7％紅磷成碳劑的RP/BOZ/EP樹脂體系成碳率最高可達46.44％;添加含有磷氮協(xié)同作用的聚磷酸銨

4、成碳劑（質量分數(shù)7％）的APP/BOZ/EP樹脂體系成碳率高達61.76％，并且其高溫燒蝕后的碳層形貌最能滿足防火復合材料的要求，RP/BOZ/EP和APP/BOZ/EP樹脂體系有希望用來制備耐高溫防火復合材料。
　?、浦苽淞藘煞N玻璃纖維增強的耐高溫防火復合材料，分別為7％RP/BOZ/EP和7％APP/BOZ/EP樹脂基復合材料，將兩種復合材料進行燃燒實驗來模擬其真實燃燒時的防火性，并且通過殘?zhí)柯省⑻紝颖碛^結構形貌、碳層對纖維的

5、包覆保護情況和復合材料的保持性等方面表征復合材料的耐高溫防火性能。實驗結果表明在1000℃火焰中燃燒3min以后7％RP/BOZ/EP樹脂基復合材料殘?zhí)悸蕿?4.43％，7％APP/BOZ/EP樹脂基復合材料殘?zhí)悸蕿?7.79％，都比普通的BOZ/EP樹脂基復合材料提高了將近10％左右，說明它們具有良好的短時間防火效果。7％RP/BOZ/EP樹脂基復合材料1000℃火焰中燃燒15min殘?zhí)悸蕿?7.31％，7％APP/BOZ/EP樹脂基

6、復合材料的殘?zhí)悸蕿?4.11％，均比普通的BOZ/EP樹脂基復合材料提高了將近15～20％左右，但是7％APP/BOZ/EP樹脂基復合材料長時間防火效果更好。
　　⑶由于聚磷酸銨成碳劑吸濕性大、與聚合物相容性差，限制了其成碳防火效果，自制了一種N-P-AL三元素協(xié)同作用的成碳劑(CAM)。研究反應物配比、反應濃度和溫度對CAM產(chǎn)率的影響，并使用XPS對其進行元素表征。將CAM成碳劑添加到BOZ/EP膠液中，制備CAM/BOZ/EP

7、樹脂澆鑄體和玻璃纖維布增強復合材料，并對它們進行燃燒實驗，研究CAM對材料防火性的影響。實驗結果表明反應物配比m(APP)∶m(硫酸鋁)為1∶0.9、反應溫度為80℃、反應濃度為15.97％時產(chǎn)物產(chǎn)率達到最大值58.95％。CAM添加量為5％的樹脂澆注體在1000℃高溫灼燒后的殘?zhí)悸?8.83％，碳層接近理想碳層結構，CAM與聚合物的相容性較好;并且添加CAM成碳劑的玻璃纖維布增強復合材料具有更加突出的耐高溫防火性，1000℃高溫灼燒3