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1、 吉林大学材料科学与工程学院本科生毕业论文 摘要在四官能团环氧树脂4,4-四缩水甘油基二氨基二苯基甲烷(简称TGDDM）的固化体系中加入阻燃剂9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)或六苯氧基环三磷腈（HPCTP），并控制两类阻燃剂的有效阻燃元素P的含量等，高温固化得到两类阻燃环氧树脂，研究并比较两种阻燃剂的阻燃效果。采用了扫描电镜(SEM)对制备的阻燃环氧树脂进行结构分析，发现两种阻燃剂均和环氧树脂具有较好的相容性。采用差示扫描量热分析（DSC）、热重分析（TGA）、锥形量热分析对材料的热性能和阻燃性能进行了研究。DSC分析表明阻燃剂的加入，使环氧树脂的玻璃化转变温度
2、有不同程度的降低；TGA测试发现两种阻燃剂均不会该变环氧树脂的降解机理，随着阻燃剂含量的提高，分解温度下降，高温残炭量提高，而高残炭量有利于阻燃；锥形量热分析研究表明两种阻燃剂都能够赋予环氧树脂优秀的阻燃性能，并且反应型阻燃剂DOPO的阻燃效果更为优越。关键词 环氧树脂 DOPO HPCTP AbstractFlame retardant 9,10-dihydro-9-oxa-10-phosphaphenanthrene-10-oxide (DOPO) or Hexaphenoxycyclotriphosphazene (HPCTP) were added into the curing sy
3、stem of epoxy resin TGDDM with four groups, and control the content of effective flame retardant elements P in the same, then curing them at a high temperature, research and compare the effect of the two kinds of flame retardants by test. Using scanning electron microscopy (SEM) on the epoxy resin t
4、o analysis its structure , and found that they both have good compatibility with epoxy resin. Differential scanning calorimeter (DSC), thermal gravimetry analysis (TGA),Cone calorimetry analysis were used to study the properties of epoxy resin. DSC analysis indicated that with the addition of flame
5、retardants the glass transition temperature were decreased in different degree; TGA tests showed that the degradation mechanism were not changed. With the increase of the content of flame retardant, decomposition temperature decreased, but the amount of high temperature residual carbon increased, wh
6、ile this contributes to flame retardation. Cone calorimetry analysis showed that they both can confer epoxy resin excellent flame retardation, and the reactive flame retardant DOPO has better effect.Keywords epoxy resin DOPO HPCTP目录第一章 绪论1第1节 引言11.1环氧树脂的性能11.2环氧树脂的应用3第2节 环氧树脂简介52.1 环氧树脂的分类52.2 新型环氧树
7、脂9第3节 环氧树脂的固化剂和促进剂103.1环氧树脂的固化剂103.2 环氧树脂的促进剂14第4节 环氧树脂的阻燃剂15第5节 论文的思路和内容19第二章 阻燃环氧树脂的制备与表征21第1节 实验试剂剂仪器211.1 实验试剂211.2 实验仪器21第2节 实验部分222.1环氧树脂的配方222.2实验过程22第3节 实验的表征233.1扫描电镜测试（SEM）233.2差示扫描量热测试（DSC）233.3 热重分析（TGA）233.4锥形量热分析24第三章 实验结果与讨论25第一节 结构表征252.1 玻璃化温度分析262.2热失重分析272.3 锥形量热分析28第四章 结论31参考文献33
8、致谢36第一章 绪论第1节 引言凡分子结构中含有环氧基团的高分子化合物统称为环氧树脂，环氧基团可以位于分子链的末端、中间、或成环状结构1。环氧树脂是最为重要也是最为实用的热固性塑料之一。环氧树脂自身分子量很低，仅为350-500左右，性能很差，但是环氧树脂分子中有环氧基团，该官能团具有很高的反应活性，这样可以通过和各种固化剂进行反应，使分子发生交联，明显提高其物化性能,使之成为更实用的材料。环氧树脂应用范围不断推广，在机械、水利交通、化工、汽车、航空航天等方面都有着重要的应用。自1958年，上海树脂厂开始工业化生产以来，一直对我国的国民经济发展起到了积极的作用。1.1环氧树脂的性能固化后的环氧
9、树脂具有优秀的综合性能：1） 物理性能优越：固化过程中固化剂和环氧树脂分子发生交联反应，这样固化后得到的环氧树脂材料具有三维立体网状结构，加强了分子的内聚力，同时由于分子排列致密，机械强度高，有很好的力学性能、尺寸稳定性。由于没有能够游离的离子，也不再包含活性基团，因此耐表面漏电、耐电弧，是介电性质良好的一种绝缘材料2。固化反应一般都是加成反应，不生成水、气体等一类小分子，即在反应时没有挥发性物质产生；而且环氧树脂分子本身具有仲羟基，再加上环氧基团在固化过程中演变出了部分残余羟基，羟基中所含有的氢键发生了缔合，这样分子可以十分致密的排布，以上两点共同的作用使得环氧树脂的固化收缩性相对较低，仅仅
10、是1%-2%左右；环氧树脂分子中同时还包含了羟基和醚键，均是极性价键，对于各种物质，都能发挥其很强的粘结力，可以用作涂料、黏合剂等。2） 化学性能优越：环氧树脂固化方便，可以使用的固化剂种类很多，固化剂的适用温度范围也十分广泛，温度范围可达-5180，即使是在低温条件下也有合适的固化剂。通常，固化反应可以使得环氧树脂体系具备三维交联结构，致密而且封闭，大大的提高了环氧树脂的化学稳定性，环氧树脂与固化剂不同的搭配可以赋予环氧树脂某方面独特的化学稳定性，如：耐碱腐蚀、耐酸腐蚀、耐溶剂溶解等。环氧树脂还具有耐霉菌性能，即使在较为苛刻的环境下使用，也不会对其性能造成影响，材料的使用寿命较长。环氧树脂也
11、存在一些缺点：(1) 环氧树脂虽然具备各方面的优秀性能，但却是一种易燃材料，这是环氧树脂主要的缺点之一，其应用又如此广泛，一旦发生火灾，造成的很大的经济损失。目前的解决办法就是添加阻燃剂来消除安全隐患，寻找高效的阻燃剂是科研上一项重要的任务。(2) 除某些特殊品种外，环氧树脂材料的耐候性和韧性相对较差，例如:分子中包含了芳香醚键的固化产物在经历长期的日光照射后很容易退化，致使分子链断裂，失去材料原本优秀的性能。如：分子中有香醚键的环氧树脂，在长期的日照下，不仅会丧失原有的亮泽，还会慢慢粉化，因此并不适合做户外用漆。有很多科研都是有关于环氧树脂增韧改性的，通过添加化学试剂，或对材料进行一些特殊的
12、的处理提高材料的耐候性和韧性。(3) 环氧树脂在低温条件下固化性下降，进行的非常慢，大多固化温度高于10，但是对于我国很多地方，冬天气候都相对较为寒冷，对于大型物体如船舶、桥梁等在寒季施工十分不便，有些通过添加促进剂就能够解决这方面的问题。1.2环氧树脂的应用 环氧树脂优越的综合性能，使其应用颇为广泛，应用领域也随着其功能的丰富而不断拓展，无论是在日常生活中，还是在军事工业领域中都占有重要地位。同时这也激发了环氧树脂新品种的开发，以满足人们对新功能的需求。目前，环氧树脂主要的用途有： 1)电子电气材料：高介电性使其可以用于电器、电机的绝缘封装，半导体元件的塑封等。以往常常使用金属、陶瓷进行封装
13、，由于环氧树脂绝缘性能优越，逐渐得到了广泛的应用，是电子工业不可或缺的绝缘材料之一，有取代传统封装材料的潜力。 2）工程及复合材料：良好的力学性能以及尺寸稳定性使其可以用作工程及复合材料，如环氧层压塑料、高压条件下成型的环氧模塑料等3。现在环氧树脂复合材料的应用并不局限在军事、航空航天行业中，其应用已经拓展到了汽车行业，例如：汽车底盘易被腐蚀，受到撞击，用复合材料为底盘封塑，可以减少对底盘的腐蚀、防止底盘受到撞击而损害。高性能环氧树脂复合材料，奠定了航空航天科技的辉煌，很多飞机上的结构受力构件都应用了这种材料。3） 胶黏剂材料：环氧树脂胶黏剂不局限于非金属材料，即使是金属材料环氧树脂同样能够发
14、挥其优良的胶黏作用，当用其粘接玻璃、陶瓷、木材等非金属材料时，粘结强度甚至可以超过材料本身的强度。非金属方面的应用有混凝土的修补、建筑结构加固、地板粘接，管道连接等；金属方面，不仅同种金属之间可以粘接，不同种金属之间一样能够发挥其粘结作用，应用有车身粘结、印制电路板、集成电路等。电子、电气用胶黏剂包括电气绝缘胶黏剂、导电胶黏剂、导热导磁胶黏剂等4。电气绝缘胶黏剂主要是环氧树脂云母制品，云母是天然的无机矿物，白云母和金云母常用来做绝缘材料。导电胶粘剂是具有一定导电性的胶黏剂，以往电子产品常采用铅锌合金焊接，常会引起零件变形、焊接不牢固等问题，用导电胶黏剂就能克服以上的问题。环氧树脂胶黏剂有很好的
15、粘结强度，固化剂不同还可以调节固化温度，具有多样性，使其应用十分广泛。导热导磁胶黏剂是指具有导热或者导磁功能的胶黏剂，其填料一般是金属粉，或者是无机填料石墨、炭黑等。若需要具备电绝缘性，可以添加氧化铍，广泛应用在电机电器中的金属件和电工陶瓷的粘结。 4）涂料：化学稳定性好，附着力强以及电绝缘性使其在涂料中的应用占有重要地位，金属底漆、粉末涂料、防腐蚀漆、绝缘漆等。5）生物医药材料：在生物医药领域，环氧树脂也有应用，如：生物分子固定、牙齿填充材料等5。第2节 环氧树脂简介2.1 环氧树脂的分类环氧树脂种类繁多，随着合成研发其种类将不断丰富，可以从不同的角度对其进行分类，例如：官能团数量、化学结构、室温下树脂的状态、制造方法等。从环氧树脂分子中所包含的环氧基团数量的角度进行分类，环氧树脂有双官能团环氧树脂、多官能团树脂两类6。官能团数量对反应型树脂有很大的影响。 1）双官能团环氧树脂：典型的双酚A型环氧树脂、双酚F环氧树脂、双酚S环氧树脂、酚醛环氧树脂均为双官能团环氧树脂。a.双酚A型环氧树脂是通用环氧树脂，应用十分广泛，上世纪90年代之前大约
