摘要
环氧树脂（EP）因其热稳定性好、绝缘性能优异以及力学性能优越，在生活中的方方面面都得到了广泛的应用。然而，纯EP阻燃性能不佳，在燃烧过程中会产生大量烟雾危害人们的健康。因此，有必要对EP进行阻燃抑烟处理。石墨烯复合物作为一种高效、环保的阻燃添加剂，因其能在聚合物基体凝聚相中起到物理阻隔作用，在阻燃领域受到了广泛研究和应用。目前，制备石墨烯的方法可以概述为两大类：一类是物理方法，其中主要包括球磨法、微机械剥离法、超声波分离法和超临界流体剥离法等；另一类则是化学方法，这类方法较为传统，但存在着成本高、污染严重等问题。本文利用球磨的方法，以可膨胀石墨（EG）为原料制备了石墨烯负载锡（GnPSn）和石墨烯负载离子液体（GnP@ILs）的石墨烯复合物，并将其作为EP的阻燃添加剂，探究两种阻燃剂与六苯氧基环三磷腈（HPCTP）复配对EP复合材料阻燃性能和力学性能的影响；同时提出了两种阻燃剂的阻燃机理。具体内容如下所示： 第一部分：球磨制备GnPSn及其在EP中的阻燃研究 本章以EG和Sn为原料，通过湿法球磨的方法成功制备出了GnPSn。用X射线光电子能谱（XPS）、X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和原子力显微镜（AFM）对GnPSn的化学结构、表面形貌和片层厚度等进行了表征。结果表明，Sn成功的负载到石墨烯上，GnPSn的片层厚度为3.9nm。将GnPSn应用于EP的阻燃研究，极限氧指数（LOI）和垂直燃烧（UL-94）提升的效果不显著，进一步将GnPSn与HPCTP复配加入到EP中，制备出阻燃性能良好的EP复合材料。结果表明，EP复合材料（EP/6.3wt%HPCTP/2.7wt%GnPSn）的阻燃效果最好，LOI达到了33.6%，且UL-94测试达到V0级。通过锥形量热测试（CCT）显示，EP/6.3wt%HPCTP/2.7wt%GnPSn的热释放速率峰值（PHRR）和总热释放量（THR）较纯EP分别降低了44.80%和23.93%，总烟释放量（TSP）也降低了7.97%。通过对CCT后残炭的SEM、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、拉曼光谱结果分析，表明EP/6.3wt%HPCTP/2.7wt%GnPSn燃烧后生成致密的炭层，可以有效的发挥物理屏障作用。 第二部分：球磨制备GnP@ILs及其在EP中的阻燃研究 本章以可膨胀石墨（EG）和1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体（[BMIM]PF6）为原料，利用绿色、简单的球磨法在充满去离子水的环境中成功制备出了GnP@ILs，并利用TEM、XRD、FTIR、AFM和XPS等对其结构组成进行分析。结果表明，[BMIM]PF6的加入提高了球磨效率。随后将GnP@ILs单独或与HPCTP混合加入到EP中，研究其对EP复合材料综合性能的影响。LOI、UL-94和CCT结果表明，GnP@ILs能提高EP复合材料的阻燃性能，同时与HPCTP复配的EP复合材料（EP/7.2wt%HPCTP/1.8wt%GnP@ILs）的阻燃性能最好，LOI达到33.8%，并通过了UL-94V0级。EP/7.2wt%HPCTP/1.8wt%GnP@ILs的PHRR和THR分别降低了55.54%和44.28%。同时，[BMIM]PF6的加入增强了阻燃剂与EP的界面相容性，使得EP复合材料的力学性能得到了明显提高。
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