摘要
环氧树脂因其具有优异的力学性能、出色的粘接性、良好的热稳定性、电绝缘性好和易于加工等特点，被广泛用作涂料、粘接剂和纤维增强复合材料，从而应用于航空航天、高速列车、电子电气设备、微电子封装等领域。然而，环氧树脂容易被点燃，燃烧时会释放大量的热量和有毒烟气，对人们的财产安全和生命安全造成严重威胁。此外，环氧树脂的导热性能差，其使用时如不能及时有效的将器件设备等产生的热量散出，将会引起设备能耗增加、工作效率降低和使用寿命减少，甚至会导致老化损坏，更严重可能会造成火灾危险。因此，针对环氧树脂阻燃性差和导热性不良的问题，本论文研究了导热/阻燃环氧树脂的制备及其火灾行为。其研究结果如下： 1.以环氧树脂为基体材料，聚磷酸铵(APP)为阻燃剂，氧化亚铜(Cu2O)为阻燃协效剂，石墨烯(Gr)、碳纳米管(CNTs)、碳纳米纤维(CNF)为导热填料，采用物理共混法制备了三种导热/阻燃环氧树脂，研究了不同导热填料对自膨胀型阻燃环氧树脂导热性能的影响。研究表明，对于不同导热/阻燃环氧树脂体系，随着导热填料添加量的增大，材料的导热系数不断增加。当Gr、CNTs、CNF的添加量分别为2.0phr、3.0phr、4.0phr时，此时材料的导热系数最高且分别为0.387W/m·K、0.329W/m·K、0.321W/m·K。另外，在同一初始加热温度下，随着导热填料添加量的增大，材料的热扩散速率不断增加，材料背表面温度达到加热板温度所用时间也越短。随着加热板初始温度的升高，材料的升温速率也越大。在五种不同初始加热温度下，均是2.0Gr/IFR、3.0CNTs/IFR和4.0CNF/IFR三种材料的背表面温度达到加热板温度所需时间最短且均为120s。 2.研究了不同导热填料对自膨胀型阻燃环氧树脂阻燃性能的影响。结果表明：在阻燃剂(APP8/Cu2O2)总添加量为15wt%的基础下，随着导热填料添加量的增加，材料的阻燃性能呈现出降低的趋势。当Gr的添加量不超过0.3phr时，材料的UL-94测试均能达到V-0级，0.3Gr/IFR的LOI值为30.8%。当CNTs的添加量不超过0.7phr时，材料的UL-94测试均能达到V-0级，0.7CNTs/IFR的LOI值为30.4%。当CNF的添加量不超过1.5phr时，材料的UL-94测试均能达到V-0级，1.5CNF/IFR的LOI值为31.5%。 3.通过锥形量热测试分别从热释放行为、产烟行为、烟气毒性三个方面研究了三种导热填料对自膨胀型阻燃环氧树脂火灾行为的影响。结果显示：添加了导热填料的三种导热/阻燃环氧树脂均具有优异的降低热释放、抑烟、降低烟气毒性的性能，且1.0Gr/IFR、0.7CNTs/IFR、4.0CNF/IFR更优。此外，对材料火灾增长参数和阻燃指数进行了评价，1.0Gr/IFR、3.0CNF/IFR和4.0CNF/IFR均具有低火灾增长参数，说明这三种材料燃烧时表面火焰传播速度缓慢，有利于火灾时人员疏散，具有优异的火安全性能。1.0Gr/IFR、3.0CNF/IFR和4.0CNF/IFR的阻燃指数分别为6.06、5.97、6.93，较IFR增加了42.7%、41.9%、49.9%，说明这三种导热/阻燃环氧树脂具有较低的火灾危险性，并且4.0CNF/IFR的火灾安全性最高。
NETL