虞鑫海 關健

摘要：利用自制的NP-484氮磷阻燃劑以及D331 環(huán)氧樹脂、DCA248固化劑制得了一種新型無鹵阻燃基體樹脂。結果表明，該基體樹脂室溫下放置120 h后，凝膠化時間仍達到342 s，具有良好的成型加工性能；固化物的玻璃化轉變溫度達181.7 ℃，具有優(yōu)異的耐熱性能。此外，利用該樹脂，采用無堿玻璃布增強材料，進一步制得了一種新型無鹵阻燃環(huán)氧復合材料，其耐熱性優(yōu)良、阻燃性達到FV-0級。

關鍵詞：無鹵；阻燃；環(huán)氧樹脂；基體樹脂；復合材料

中圖分類號：TQ433.4+37 文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2014）01-0029-04

1 前言

環(huán)氧樹脂性能優(yōu)異，從發(fā)明至今一直有著廣泛的應用。隨著科技的進步，環(huán)氧樹脂的特性已經遠遠不能滿足市場的要求，而其耐熱性不高、易燃燒等缺陷使得改性環(huán)氧樹脂的研究成為一大熱點[1～5]。

目前國內外對于環(huán)氧樹脂阻燃改性方面的研究較多[6～9]。改性過程中，阻燃劑的選取尤為重要，添加不同的阻燃劑，得到的阻燃效果也有區(qū)別。阻燃劑的選取通常有一定的要求：與環(huán)氧樹脂相容性好；添加量小，即在少量添加阻燃劑的情況下可達到阻燃要求，控制成本；必須具有一定的力學性能和電氣性能，不能因加入阻燃劑導致固有性能下降。

由于磷系阻燃劑阻燃效果好，難揮發(fā)，燃燒分解時易促進表面形成炭化膜而達到阻燃效果，而得到廣泛應用。氮和磷形成磷酸胺，生成P-N鍵抑制了易燃物的形成，所以在磷系阻燃劑中添加氮系阻燃劑可以達到協(xié)同阻燃的效果。作者將自制的具有化學反應性的氮磷阻燃劑添加到環(huán)氧樹脂中，制得了無鹵阻燃環(huán)氧基體樹脂和無鹵阻燃環(huán)氧復合材料，并對其性能進行了研究。

2 實驗部分

2.1 主要原料

D331環(huán)氧樹脂，透明黏稠液體，環(huán)氧值0.51 mol/100 g，美國陶氏公司；NP-484氮磷阻燃劑，固體粉末，實驗室自制；DCA248固化劑，工業(yè)級，國產；甲苯（沸點112～115 ℃）、丙酮（沸點56 ℃），分析純，國藥集團化學試劑有限公司；7628無堿玻璃布，工業(yè)級，國產。

2.2 主要儀器

WDW-100萬能試驗機，深圳市凱強利實驗儀器有限公司；CAP2000+錐板黏度計，美國BROOKFIELD公司；DSC 204F1差示掃描量熱分析儀，德國耐弛儀器有限公司；XJ-300A沖擊測試儀，吳忠材料試驗機廠；TH2683型絕緣電阻測試儀，同惠電子有限公司；HVUL-H型垂直燃燒測試儀，東莞眾志檢測儀器有限公司；HJC-50 kV型介電擊穿強度試驗儀，吉林華洋儀器設備公司。

2.3 制備工藝

將自制的氮磷阻燃劑A與環(huán)氧D331按照一定的質量比混合，并加入D248和甲苯在四口瓶中回流至樹脂凝膠化時間為600 s（180 ℃），反應結束后加入丙酮調節(jié)固含量至45%，得到無鹵阻燃改性環(huán)氧樹脂B。

將KH-550偶聯(lián)劑處理過的7628玻璃布浸漬B，并烘干得到半固化片。

按照一定尺寸剪裁半固化片，送入壓機，根據(jù)流膠情況逐漸加壓，在180 ℃下保溫5～6 h，冷卻，取出。

3 結果與討論

3.1 基體樹脂的DSC分析

3.1.1 固化過程跟蹤

以10 ℃/min的升溫速率對樹脂體系進行了DSC測試（見圖1），發(fā)現(xiàn)有2個放熱峰，但第2個放熱峰更加顯著，特征固化溫度如表1所示，主要的固化放熱區(qū)間在190.3～273.6 ℃，峰尖溫度為230.1 ℃，熱焓為91.66 J/g。

3.1.2 玻璃化轉變溫度

固化條件為：RT→100 ℃/1 h→120 ℃/1 h→150 ℃/1 h→180 ℃/2 h→200 ℃/2 h→RT，利用差示掃描量熱分析儀對該型環(huán)氧樹脂固化物進行了分析。由圖2可見該體系的玻璃化轉變溫度達到181.7 ℃，說明該體系具有良好的耐熱性。由于一般環(huán)氧固化物的玻璃化轉變溫度均在130 ℃以下，說明阻燃劑A除對體系的阻燃性有貢獻外，同時也增強了耐熱性。

3.2 凝膠化時間和表觀活化能

3.2.1 凝膠化時間

根據(jù)表2的數(shù)據(jù)可知，基體樹脂的凝膠化時間隨著溫度的升高而逐漸縮短，原因是溫度升高，體系交聯(lián)度提高，反應速度加快，導致凝膠化時間縮短。

凝膠化時間的長短與晾置時間有很大的關系，由表3的數(shù)據(jù)可知，在貯存120 h后，該樹脂體系在160 ℃的凝膠化時間仍然有342 s，說明此配方穩(wěn)定性良好。

由圖3可見，lgtgel與1/Tgel呈良好的線性關系，其線性回歸方程為y=3.328x-4.902，其中斜率R為3.328，根據(jù)活化能公式Ea=2.303RK，計算出該體系的表觀活化能Ea為63.72 kJ/mol。

3.3 溫度對黏度的影響

采用CAP2000+錐板黏度計測試不同溫度下基體樹脂的黏度變化，設定轉速：56 r/min；轉子型號：3號；溫度范圍：55～100 ℃；升溫速率：5 ℃/30 s。

由圖4可以看出隨著溫度的升高，基體樹脂的黏度不斷減小。黏度是分子熱運動的表現(xiàn)，隨著溫度升高，體系中分子間作用力減小，因黏度降低。

3.4 復合材料性能分析

3.4.1 復合材料整體性能（見表4）

3.4.2 復合材料熱態(tài)性能（見表5）

由表5可見，此配方下的改性環(huán)氧樹脂復合玻璃層壓板的常態(tài)彎曲強度達到582 MPa，150 ℃時446 MPa 保持率為76.6%，180 ℃時337 MPa 保持率為57.9%，說明該層壓板熱性能良好，能夠適用于對耐溫等級要求較高的環(huán)境中。

3.4.3 復合材料阻燃性能

阻燃性能按照GB/T 2408—2008測試，結果見6。此配方含磷量為2.1%，對應玻璃布層壓板的阻燃等級達到FV-0級，一次余焰t1時間都在0 s左右說明該配方的阻燃性能良好，二次余燃t3的時間均為0，說明其自熄性能優(yōu)秀。

4 結論

（1）改性環(huán)氧樹脂體系的玻璃化轉變溫度達到181.7 ℃，說明添加阻燃劑增強了其耐熱性。

（2）改性環(huán)氧樹脂體系的表觀活化能為63.72 kJ/mol。在晾置120 h后，其在160 ℃的凝膠化時間仍有342 s，說該配方有著良好的穩(wěn)定性。

（3）由該樹脂體系制備的復合層壓板具有良好的阻燃性，磷含量在2.1%時阻燃等級達到FV-0級，同時該配方層壓板180 ℃彎曲強度高溫保持率為57.9%，能夠適用于對耐溫等級要求較高的環(huán)境中。

參考文獻

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