摘 要

本实验探讨可膨胀石墨（EG）/次磷酸铝（AHP）/环氧树脂（EP）阻燃复合材料的配方设计，主要通过研究添加不同比例的可膨胀石墨和磷系阻燃剂与环氧树脂复配得到复合材料，测试得出该复合材料的阻燃性能和力学性能的变化，从而得到最优性能的EG/AHP/EG阻燃复合材料的配方。本实验得出，环氧树脂基体中复配可膨胀石墨和次磷酸铝取得了很好的阻燃效果，总添加量为10 wt%，添加比例EG:AHP=6：4时，复配阻燃效果最好，该复合材料燃烧等级通过了UL-94 V-0 等级，氧指数达到32.9%，拉伸性能为42.2 MPa，弯曲性能为49.4 MPa。力学性能测试得出，随着EG的加入，材料的力学性能明显下降，AHP的添加对材料力学性能的影响稍微好一些。由热重结果得出，阻燃剂的添加会降低材料的热稳定性，EG的添加会提高材料的成炭率。

关键词：环氧树脂 可膨胀石墨 次磷酸铝 协同阻燃

Expandable graphite/phosphorus flame retardant/epoxy resin flame retardant composite design

Abstract

This experiment to investigate the expandable graphite (EG)/time aluminum phosphate (AHP)/epoxy resin (EP), flame retardant formula design of composite materials, mainly through the study of expandable graphite and adding different proportion of phosphorus flame retardants is obtained and is compounded with epoxy resin material, tests of the composite flame retardant performance and the change of mechanical properties, to get the optimal performance of EG/AHP/EG formula of the flame retardant composite material. In this experiment, double match expandable graphite epoxy matrix and aluminum phosphate has obtained the very good flame retardant effect, the total amount of 10wt %, adding ratio EG: AHP = 6:4, compound with flame retardant effect is best, the composite material burning level passed UL-94 V-0 level, oxygen index reached 32.9%, tensile properties is 42.2 MPa, bending performance of 49.4 MPa. According to the mechanical properties test, with the addition of EG, the mechanical properties of materials decreased significantly, and the effect of the addition of AHP on the mechanical properties of materials was slightly better. According to the thermogravimetric results, the addition of flame retardants will reduce the thermal stability of the materials, and the addition of EG will increase the carbon formation rate of the materials.

Keywords: Epoxy resin；Expandable graphite；Aluminum hypophosphate；Synergistic flame retardant

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题背景 1

1.2 环氧树脂的阻燃研究与应用 2

1.2.1 环氧树脂的阻燃改性研究 2

1.2.2 环氧树脂的应用 3

1.3 阻燃机理 4

1.3.1 可膨胀石墨的阻燃机理 5

1.3.2 磷系阻燃剂的阻燃机理 5

1.4 国内外进展 6

1.5 本论文的研究思路 7

第二章 实验部分 8

2.1 实验原料 8

2.2 实验设备 8

2.3 EP/EG/AHP复合材料的制备 9

2.4 EP/EG/AHP复合材料的制备实验注意事项 13

2.5 性能测试与表征 13

2.5.1 氧指数的测定(LOI) 13

2.5.2 垂直燃烧的测定（UL-94） 14

2.5.3 热重分析（TGA） 15

2.5.4 力学性能测定 16

第三章 结果与讨论 19

3.1 EP/EG/AHP复合材料LOI结果分析 19

3.2 EP/EG/AHP复合材料UL-94结果分析 20

3.3 EP/EG/AHP复合材料热稳定性能分析 21

3.4 EP/EG/AHP复合材料力学性能结果分析 24

3.4.1 EP/EG/AHP复合材料拉伸性能结果分析 24

3.4.2 EP/EG/AHP复合材料弯曲性能结果分析 26

3.5 EP/EG/AHP复合材料阻燃机理分析 28

第四章 结论与展望 29

4.1 结论 29

4.2 展望 29

参考文献 31

致谢 34

第一章 绪论

1.1 课题背景

近些年来，火灾爆炸事故经常发生，造成许多人意外伤亡，还有的财产损失。许多事故频发的地方，若能采用难燃材料、阻燃材料代替易燃材料，这将会大幅度降低事故发生频率。所以现在国家投入了大量的相关经费进行阻燃材料的研究，也同时有着大批量的研究人员参与研究。随着各国经济的迅速发展，各种复合阻燃材料被广泛应用于各领域的生产和生活环境，但是往往这些事故中，许多材料燃烧会放出许多有毒气体和物质，因此而加重事故导致的灾害程度。为此阻燃剂的研究、生产不断发展，目前国际上的产品正朝无卤化、低烟化和低有毒气体化的研究方向发展。

环氧树脂的氧指数仅为20%左右。一旦点燃，火焰传播速度快，放热速率大。它容易产生低火焰的物体，并伴随着烟雾的产生，这对火灾的扩大和人们的逃生构成了潜在的威胁^[1]。因此，提高环氧树脂材料的热稳定性，降低燃烧过程中的热释放率，提高其低阻、抑烟性能尤为重要。因此，提高其阻燃性能是当前研究的热点之一^[2]。

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