Ｉ论文选编Ｉ 环氧树脂无卤阻燃改性研究 刘博潘淼张春玲 吉林大学材料科学与工程学院长春１ ３００２５ 摘要 本文将纳米二氧化硅引入到环氧树脂体系中，并对体系的热稳定性和阻燃性进行了研究。通过 ＴＧＡ对共混材料热稳定性研究的结果表明，二氧化硅有助于提高材料的热稳定性。通过锥形量热测试和 ＳＥＭ对其燃烧性能和残炭形貌的分析结果表明， ＳｉＯ２能促进材料在燃烧过程中形成富含白色的Ｓｉ￣０Ｃ 的隔热层，能够阻止降解产生的可燃气体小分子的溢出以及燃烧表面和碳层下材料的热量传递。 关键词纳米二氧化硅；环氧树脂；阻燃 引言 环氧树脂作为一种热固性塑料在众多领域都获 得了广泛的应用，但是同其他的通用塑料一样，环 氧树脂很容易燃烧，其氧指数只有１９．８左右，存 在着较大的火灾危险性。环氧树脂的阻燃改性方法 大致分为二种，一种是在环氧树脂中加入各种阻燃 剂，即添加型阻燃环氧树脂；另一种是采用含有卤 素（Ｃｌ，Ｂｒ等）或者Ｐ元素的单体反应得到卤代或 者磷代的环氧树脂。本文主要是采用纳米级二氧化 硅加入到双酚Ａ二缩水甘油醚型环氧树脂（ＤＧＥＢＡ） 中，并探讨ＳｉＯ 对环氧树脂热稳定性和阻燃性能的 影响。 １．实验部分 １。１实验试剂 环氧树脂（ＤＧＥＢＡ）Ｅ ５４，无锡树脂厂； ＫＨ ５６０，南京曙光有限公司；二氨基二苯甲烷 （ＤＤＭ），国药集团化学试剂有限公司。 １．２样品制备 用硅烷偶联剂ＫＨ一５６０对纳米ＳｉＯ２样品表面 进行处理。然后将改性后的ＳｉＯ 粒子按照质量分数 ３％和５％比例加入到ＤＧＥＢＡ和ＤＤＭ的混合物中， 进行固化。 １．３性能测试与表征 材料的热失重采用Ｐｙｒｉｓｌ，升温速率为１０￣Ｃ／ ｍｉｎ，温度范围为５０—８００℃；锥形量热采用ＦＴＴ 锥形量热仪，在５０ｋｗ／ｍ 的辐照功率下，根据 ＧＢ／１６１７２—２００６测试标准进行测试，样条尺寸： １００ Ｘ １００ Ｘ ４ｍｍ ； 燃烧后材料的表面形貌和结构分析采用ＸＬ３０ ＥＳＥＭ ＦＥＧ和Ｎｉｃｏｌｅｔ ＡＶＡＴＡＲ ３２０ ＦＴＩＲ进行 测试。 ３结果与讨论 ３．１热稳定性研究 Ｆｉｇ．１为含有ＳｉＯ２的环氧树脂和纯环氧树脂 固化物的ＴＧＡ测试结果。通过Ｆｉｇ．１（ａ）可以看 出，在空气气氛条件下，添加３ｗｔ％和５ｗｔ％ＳｉＯ， 的环氧树脂的最终残炭量比纯环氧树脂分别提高了 １．１％和３．６％，最初分解温度分别降低了１３℃和 …（ ｃ） Ｆｉｇ．１ ＴＧ（ａ）和ＤＴＧ （ｂ）ｃｕｒｖｅｓ ｏｆ ｅｐｏｘｙ ｒｅｓｉｎ ｉｎ ｔｈｅ ａｉｒ ３。２阻燃性能研究 Ｆｉｇ．２为ＤＧＥＢＡ／ＳｉＯ 复合材料的热释放速率 （ＰＨＲＲ）和总热释放量（ＴＨＲ）曲线。从Ｆｉｇ．２ 中可以看出，与纯的环氧树脂相比，加入３ｗｔ％和 ５ｗｔ％ＳｉＯ，复合材料的ＰＨＲＲ分别降低了１９．６％和 ２０％，而ＴＨＲ却稍微高于纯的环氧树脂。此外， 三种体系的热释放速率曲线表现为一个尖峰，而含 中围阳燃２０１３第２期 】９ ｌ论文选编Ｉ 有ＳｉＯ 材料的热释放速率曲线的峰值分别比纯树脂 的向后延迟了１５ｓ和６０ｓ。说明ＳｉＯ２的添加都有助 ｝：材料阻燃性能的提高。 ＴＩｍｅｆｓ、 Ｆｉｇ．２ ＨＲＲ（ａ）和ＴＨＲ（ｂ）ｃｕｒｖｅｓ ｏｆ ３．３残炭的形貌分析 Ｆｉｇ．３是锥量测试后的残炭照片。通过Ｆｉｇ．３ 可以发现，添加ＳｉＯ，的体系材料的表面能形成一层 白色的保护层，而纯环氧树脂却不存在。我们又通 过扫描电镜对表面的白色物质的形貌进行了测试。 结果表明，纯环氧树脂的残炭总体来说比较光滑， 而含有ＳｉＯ 材料的残炭表面为连续且致密的结构。 我们通过ＦＴ ＩＲ对５％ｗｔＳｉＯ，复合材料的残炭的 白色部分和黑色部分进行了分析，见Ｆｉｇ．４。通过 Ｆｉｇ．４可以看出，二者在１１０６ｃｍ 左右处的Ｓｉ—Ｏ 键吸收峰十分明显，而白色部分在８００ｃｍ。左右处 存在Ｓｉ—Ｃ键的吸收峰。进一步说明ＳｉＯ２能促进材 料在燃烧过程中形成富含Ｓｉ和Ｃ的隔热层，这种 结构能够阻止降解产生的可燃气体小分子的溢出以 及阻止燃烧表面和碳层下材料的热量传递。 ２０－１ 罔阻燃２０１：ｊ第２蚶 Ｆｉｇ．３ ＳＥＭ ｏｆ ｆｌａｍｅ ｒｅｔａｒｄ ｅｐｏｘｙ ｒｅｓｉｎ Ｆｉｇ．４ ＦＴＩＲ ｏｆ ５％ＳｉＯ２ ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ｅｐｏｘｙ ｒｅｓｉｎ ４ 结论 本文制备了ＳｉＯ ／环氧树脂复合材料， 经 ＴＧＡ、锥形量热仪、ＳＥＭ和ＦＴＩＲ测试结果表明： 处理后的二氧化硅能提高材料的热稳定性和阻燃性 能，促进材料在燃烧过程中易于形成富含Ｓｉ和Ｃ 的隔热层，进而提高环氧树脂的阻燃性能。