摘 要

本文先后制备了阻燃剂/环氧树脂复合材料和炭黑/环氧树脂复合材料，并分别对其阻燃性和电学性能进行了表征。当聚磷酸铵（APP）含量为20%、磷酸三乙酯（TEP）含量为5%时，APP/TEP/环氧树脂复合材料的极限氧指数（LOI）值为31.9%。当炭黑含量为7%时，炭黑/环氧树脂复合材料的导电性突增，表面电阻率为631.08MΩ。根据这两项实验的结果，选取了合适的阻燃剂和炭黑的配比，制备出了阻燃剂/炭黑/环氧树脂复合材料。研究结果表明：聚磷酸铵和炭黑作为填料加入环氧树脂，具有相抵效应，复合材料很难兼具良好导电性和阻燃性。本文主要研究了阻燃抗静电环氧树脂涂层中的阻燃剂和导电炭黑的相互作用及其相关机理。根据以上结论，提出一种简单、经济的方法来制备阻燃抗静电环氧树脂涂层。

关键词：环氧树脂；涂层；阻燃；抗静电

Abstract

Flame retardant/epoxy resin composites and carbon/epoxy resin composites were prepared in this article. Their flame retardancy and electrical properties were characterized. When the content of Ammonium Polyphosphate(APP) is 20wt% and the loading of triethyl phosphate(TEP) is 5wt%,the limit oxygen index(LOI) of APP/TEP/epoxy resin composite is 31.9%.The surface resistivity of carbon/epoxy resin composite containing 7wt.% carbon black is 631.08 MΩ. On the basis of the two experiments, the proper content of flame retardant and carbon black were decided and flame retardant/carbon black/epoxy resin composite were prepared. The results indicate that APP and carbon black have undermined each other when adding to epoxy resin and it’s hard for the composites have excellent flame retardancy and electrical conductivity at same time. This article mainly analyzed the interaction of flame retardant and carbon black in the epoxy resin and the mechanism of the phenomenon . According to the conclusions, an simple and economical way to prepare flame retardant anti-static epoxy resin coating.

Key Words：epoxy；coating；inflaming retarding；antistatic

目 录

第1章 绪论 1

1.1 背景介绍 1

1.1.1 火灾问题 1

1.1.2 高分子材料的阻燃 1

1.1.3 环氧树脂的阻燃研究进展 2

1.1.4 环氧树脂的抗静电改性研究进展 4

1.2 研究目的及意义 6

1.3 研究思路及研究内容 6

第2章 磷系阻燃剂对环氧树脂的阻燃改性研究 8

2.1 引言 8

2.2 APP/环氧复合材料的制备及其阻燃性能的研究 8

2.2.1 实验部分 8

2.2.2 结果与讨论 10

2.3 APP/TEP/环氧复合材料的制备及其阻燃性能的研究 12

2.3.1 实验部分 12

2.3.2 结果与讨论 13

2.4 本章小结 15

第3章 导电炭黑对环氧树脂的抗静电改性研究 16

3.1 引言 16

3.2 炭黑/环氧复合材料的制备及其导电性能的研究 16

3.2.1 实验部分 16

3.2.2 结果与讨论 17

3.3 本章小结 20

第4章 环氧树脂的阻燃抗静电改性研究 21

4.1 引言 21

4.2 阻燃剂/炭黑/环氧复合材料的制备及其导电性能的研究 21

4.2.1 实验部分 21

4.2.2 结果与讨论 22

4.3 两步法制备阻燃抗静电环氧树脂涂层及其性能研究 27

4.3.1 实验部分 27

4.3.2 结果与讨论 28

4.4 本章小结 29

第5章 结论 31

参考文献 33

致谢 35

第1章 绪论

1.1 背景介绍

1.1.1 火灾问题

材料在空气中燃烧是和其中的氧发生了自由基链式反应，其物理现象就是发光发热，人们把它称为火。从原始社会开始，人们发现火，认识火，制取并使用火；现在火的用途越来越大，已广泛于人类生活的各个方面，如电力、冶金和交通等。但是，它一旦失去了控制酿成火灾，将造成非常严重的后果，轻则财产受损，重则危及生命。火灾是人类社会发展过程中，发生最频繁的灾害。据中国消防网报道，2015年全国共有火灾约33.8万起，造成1742人左右死亡、1112人左右受伤，直接财产损失高达39.5亿元。整个社会正在努力降低火灾危险性，消防安全和防火意识也在逐年提高。

火灾的发生需要具备两个要素：（1）大量可燃物的存在；（2）火源引燃可燃物。环氧树脂（EP）是一种性能优良的传统热固性树脂，已被大量用于建筑材料、粘合剂、层压封装及电子电器、涂料等领域。这些领域都要求 EP 具有较好的阻燃性能，但普通EP 的极限氧指数 (LOI) 一般在 18%左右，在通常条件下就可以燃烧。所以为了满足 EP 在其他领域的应用需要，必须提高其阻燃性。

为了减少火灾事件的发生,不少国家都在大力推进高分子的阻燃改性研究。在石油化工等领域，除了材料的阻燃性外，导电性对生产安全也十分重要。在复合材料大型储罐、输送管道以及电子电器等应用方面，由于高分子极佳的电绝缘性而易于产生静电聚集，经常引起静电火花产生的火灾。为保障安全,有必要采用具有阻燃抗静电性的多功能复合材料来解决这一问题。

1.1.2 高分子材料的阻燃

材料着火需要满足以下几个条件：（1）可燃物的存在；（2）足够的温度使可燃物达到着火点；（3）足够高的氧气浓度。针对燃烧的三要素，人们寻找出的能有效防止火灾的办法就是提高材料的极限氧指数。材料燃烧所需的氧气浓度提高会使材料在空气中难以被引燃，从而可有效地防止火灾的产生并阻止火势的发展和蔓延。根据这个思路，不少研究人员开始对像环氧树脂这类的可燃性高分子进行阻燃改性。

早期对高分子材料的阻燃只局限于如何提高其极限氧指数和阻燃级别及降低火灾风险。卤系阻燃剂因其较好的阻燃效果曾被大量使用，其阻燃机理是在气相对自由基进行捕捉，来达到抑制着火和减缓火势蔓延的目的。但是卤系阻燃剂有个严重的缺陷——阻燃过程中会产生有毒的烟气，这不仅不利于受灾人员的逃生和营救,而且会引发相应的环境污染问题^[1]。由于卤系阻燃剂存在这一严重缺陷，开辟新的环保型阻燃剂势在必行。为了开发无卤阻燃体系，研究人员开始尝试向高分子材料中添加各种新的无机或有机阻燃剂来改善材料的阻燃性能并对其机理进行研究，其中以磷系阻燃剂的研究成果最为突出。通过添加这些新的阻燃剂降低了材料燃烧的放热速率，从而实现了对火势的抑制和延缓。在近年来的研究中，纳米技术得到了飞速的发展。不少研究人员正尝试利用纳米技术来实现材料的阻燃改性。