摘要
环氧树脂作为一种重要的热固性聚合物，具有优异的介电性能、低收缩性、强粘合性、良好的柔韧性及稳定性等优点。目前市场上的环氧树脂主要是双酚A型环氧树脂(DGEBA)，由于双酚A是一种生殖毒性R2物质，一些国家已经禁止双酚A作为生产聚合物或聚合物产品的原料。因此开发一种性能优良的环氧树脂十分必要。本论文首先以松香为原料制备了丙烯海松基环氧树脂(APA-ER)和马来海松基环氧树脂(MPA-ER)，然后分别研究了APA-ER和MPA-ER的固化反应动力学和固化工艺，最后将多壁碳纳米管(MWCNTs)和软木粉(Corks)分别与两种松香基环氧树脂进行复配，分别研究了MWCNTs和软木粉对松香基环氧树脂机械性能和热性能的影响，并探究了MWCNTs和软木粉增韧阻燃的机理，主要研究结果如下： 1.以甲基那迪克酸酐(NMA)为固化剂，制备了APA-ER/NMA和MPA-ER/NMA两种预聚体，结果表明APA-ER/NMA和MPA-ER/NMA固化反应的总焓变分别为109.0和150.4J/g；平均活化能分别为48.81和58.25kJ/mol；反应级数分别为0.96和0.93；指前因子分别为1.52×106和1.44×107min-1，建立了APA-ER/NMA和MPA-ER/NMA固化体系的一级反应动力学方程，可用其模拟松香基环氧体系的升温固化过程和固化的工艺条件。 2.以NMA为固化剂，APA-ER和MPA-ER为基体，经过分段升温固化后，力学性能研究表明MPA-ER的冲击强度、杨氏模量和弯曲模量分别为5.84kJ/m2、233.78和2851MPa，与APA-ER相比分别增加了100%、163%和182%，对其热性能进一步研究发现，MPA-ER的储能模量、玻璃化转变温度和初始分解温度均略高于APA-ER，其峰值热释放速率(PHRR)和残炭率分别为376kW/m2和5.45%，与APA-ER相比PHRR降低了28%，而残炭率增加了343%，该结果表明三官能度MPA-ER高度交联的结构赋予其良好的力学强度、热稳定性和阻燃性。 3.以NMA为固化剂，在APA-ER和MPA-ER中添加不同含量的MWCNTs，经过分段升温固化后，MPA-ER/MWCNTs的力学性能要高于APA-ER/MWCNTs，当MWCNTs的添加量为1.2%时，MPA-ER/MWCNTs(1.2)的力学性能达到最优，其冲击强度、杨氏模量和弯曲模量分别为15.11kJ/m2、333.21和4087MPa。其热性能研究表明MWCNTs的加入使APA-ER和MPA-ER的热稳定性增加，APA-ER/MWCNTs(1.5)和MPA-ER/MWCNTs(1.2)的PHRR和残炭率分别为389kW/m2、2.23%和324kW/m2、9.18%，相比于APA-ER和MPA-ER，两者的PHRR分别下降了25%和14%，同时，残炭率分别增加了81%和68%。该结果表明MPA-ER/MWCNTs(1.2)相比于APA-ER/MWCNTs(1.5)具有更好的热稳定性和阻燃性。 4.以NMA为固化剂，在APA-ER和MPA-ER中添加不同粒径的软木颗粒，经过分段升温固化后，MPA-ER/Corks的力学性能要优于APA-ER/Corks，且当软木颗粒的粒径为200-300目时，MPA-ER/Corks(200-300)的力学性能达到最优，其冲击强度、杨氏模量和弯曲模量分别为10.16kJ/m2、428.05和2252MPa。其热性能研究表明软木颗粒的加入使得APA-ER和MPA-ER的热稳定性显著增加，且MPA-ER/Cork(200-300)的阻燃效果最好，其PHRR和残炭率分别为287kW/m2和11.39%，相比于MPA-ER，其PHRR下降了24%，且其残炭率增加了109%，火灾燃烧指数也降到最低为0.83kW?m-2?s-1，该结果表明软木粉对松香基环氧树脂的阻燃效果显著，主要归因于软木颗粒对松香基环氧树脂的阻燃受到固相阻燃和气相阻燃的协同作用。
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