无卤阻燃环氧树脂

2010国际阻燃材料与技术研讨会 2010年9月17-20日中国成都氢氧化镁/膨胀型添加剂阻燃环氧树脂/碳纳米管复合材料的研究

Maria Wladyka-Przybylak*, Dorota Wesolek, Weronika Gieparda, Marcin Przybylak

Institute of Natural Fibers & Medicinal Plants, Wojska Polskiego 71b , 60-630 Poznan.

关键词：阻燃；环氧树脂/碳纳米管复合物

环氧树脂（EP）因具有成本低、易成型、耐化学药品和粘接性能强等优良的性质，被广泛应用于涂料、模压料、胶粘剂、浇筑料和层压材料等领域。然而，环氧树脂的易燃性大大限制了它的使用。

由于传统的无卤阻燃剂添加量大、易析出，从而导致聚合物阻燃效果不持久，材料密度大、缺乏韧性和力学性能差等缺点。

最近，通过添加少量碳纳米管（CNT）来提高聚合物阻燃性能的研究受到广泛关注，已有大量的文献报道。如G.Beyer[1, 2] T.Kashiwagi[3-5], B.Schartel[6, 7], S. Bourbigot[8]等研究了多壁碳纳米管与不同聚合物的各种比例下的阻燃性能。我们前期研究的氢氧化镁/膨胀型添加剂/PP体系[9]及EP/CNTs体系[10, 11]的阻燃效果也同样表明了该复合物燃烧性能研究结果是非常有意义的。

本研究中，我们开展了含不同无卤阻燃剂的EP/CNTs复合材料阻燃研究，并将在文中展现最新研究结果。

环氧树脂：Araldit LY 1564 SP (labeled E), 粘度η25=1 000-1 200 mPas

固化剂：XB 3487 (labeled U) （基于脂肪族多胺，贮放时间较长）

碳纳米管：纯度至少93%的多壁碳纳米管(labeled N0)。管直径范围是10-40nm，长度为1-25µm。碳纳米管的添加量从0.05%到0.5%。所有碳纳米管使用前都先经过真空干燥。

阻燃剂：氢氧化镁，膨胀阻燃剂混合物(IC)由Institute of Natural Fibres & Medicinal Plants制备。

使用750瓦超声仪制备混合物。超声过程可见混合物间强烈的相互作用。超声的幅度为40-60%，频率为20kHz。

阻燃性能是参照ISO 5660 [9]标准，通过Pyrolysis Combustion Flow Calorimeter（PCFC）测得，辐射功率为35kW/m2。

热重分析（TGA）。将约10mg样品在氮气氛下以10℃/min速率加热到800 °C测试得到样品的分解温度。

碳纳米管在环氧树脂基体中的分散是否均匀决定了环氧树脂/碳纳米管复合材料的燃烧性能。Figure 1给出了碳纳米管在环氧树脂中均匀分布和非均匀分布的SEM照片。

EP和EP/CNTs复合材料的燃烧性能测试结果如Figure 2.

由Figure 2中的热释放速率曲线（HRR）图可以看出，当加入碳纳米管后材料的曲线与纯环氧树脂曲线明显不同。加入碳纳米管的样品的HRR曲线只有一个峰，而纯环氧树脂HRR曲线有三个燃烧的阶段。即在环氧树脂中加入多壁碳纳米管后，材料点燃后的燃烧强度明显变强，且完全燃烧的时间变短。

比较总热释放量（THR）曲线和SEA曲线图可以看出，加入碳纳米管的样品燃烧时的THR 大大小于比纯环氧树脂样品。

在实验的样品中，碳纳米管含量最高（0.5%）的样品有最低的平均热释放量（HRRav）和

*通讯作者. E-mail: mwladyka@inf.poznan.pl

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M. Wladyka-Przybyla et al..,氢氧化镁/膨胀型添加剂阻燃环氧树脂/碳纳米管复合材料的研究

热释放速率峰值（HRRpeak）。遗憾的是，它的点燃时间（TTI）也是最短的。

环氧树脂中添加Mg(OH)2和IC后发现，Mg(OH)2和IC的加入能有效的降低了HRR、THR和有效燃烧热（HOC）。特别是当增加Mg(OH)2量，这种降低效果变得更加明显。

与添加量无关，碳纳米管能有效降低复合物的总热释放速率（THR）、烟释放量(SEA)、点燃时间(TTI)，而增加平均热释放速率（HRRav）。当碳纳米管的添加量更高时，复合物的热释放速率峰值（HRRpeak）更低。加入Mg(OH)2和IC可降低热释放速率峰值、质量损失速率、总热释放量和有效燃烧热。

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