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阻燃苎麻/酚醛树脂复合材料的制备及性能研究

作　者: 鲁小城
导　师: 方征平
学　校: 浙江大学
专　业: 高分子材料
关键词: 苎麻织物酚醛层压板聚磷酸铵蒙脱土阻燃热降解残炭量
分类号: TB332
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

我国的苎麻资源非常丰富,苎麻产量占世界总产量的98%以上。苎麻纤维的微结构表现出典型的复合材料特征,其力学性能是麻类纤维中最好的。同时苎麻生长周期短,具有天然可降解性,是作为绿色复合材料的理想增强材料。本文选取苎麻织物为主要原料,进行苎麻纤维增强酚醛树脂复合材料的开发和研究,并在此基础上,对复合材料进行阻燃处理,得到的阻燃苎麻/酚醛树脂复合材料拟用于飞机舱内材料。选用磷酸酯类阻燃剂(CFR-202)和氮磷类阻燃剂(NEWRAY911)两种类型的阻燃剂,采用浸轧工艺对苎麻织物进行阻燃处理,然后与酚醛树脂复合并采用层压成型工艺在一定的条件下,制备阻燃苎麻/酚醛树脂层压板。结果表明,氮磷类的阻燃剂能够更好地提高酚醛层压板的阻燃性能,极限氧指数(LOI)由25.2%提高到39.1%,且能通过UL94垂直燃烧的V0级。锥形量热实验发现阻燃剂处理后使酚醛层压板的残炭量增加,点燃时间大幅度延长,而峰值热释放速率和平均烟密度则显著降低。同时,阻燃剂处理苎麻织物时,对麻纤维结构的破坏很小,因此对复合材料力学性能影响很小。通过机械共混的方法将聚磷酸铵(APP)添加到酚醛树脂中,并与阻燃苎麻织物制备阻燃苎麻/酚醛树脂层压板。结果表明,APP处理后层压板的LOI得到极大的提高,加入1wt%的APP即可使LOI由39.1%提高到52.5%。燃烧行为方面,酚醛层压板的峰值热释放速率和平均烟密度进一步降低。但是APP的加入使层压板的力学性能有一定程度的下降。存在着一个最优化的含量,添加3wt%的APP能够使复合材料阻燃性能进一步改善的同时,力学性能的损伤不大。在上述研究的基础上将蒙脱土(MMT)添加到酚醛树脂中,然后与阻燃苎麻织物制备苎麻/酚醛树脂复合材料,结果表明,MMT加入到复合材料体系后,材料的热稳定性以及LOI变化都很小,残炭量有所增加。另外,MMT的引入能显著改善酚醛层压板的力学性能,添加2.5wt%左右的MMT,就能在保证复合材料阻燃性能的前提下,使材料的拉伸强度和弯曲强度得到很大程度上的提高。

全文目录

致谢  5-7
摘要  7-8
ABSTRACT  8-12
第1章绪论  12-30
  1.1 引言  12
  1.2 麻纤维增强树脂基复合材料的概况  12-17
    1.2.1 麻纤维的种类及特点  12-13
    1.2.2 麻纤维增强树脂基复合材料的研究现状  13-14
    1.2.3 麻纤维增强树脂基复合材料的性能特点及应用  14-16
    1.2.4 麻纤维增强树脂基复合材料的成型工艺  16-17
  1.3 麻纤维的阻燃改性  17-21
    1.3.1 麻纤维的燃烧机理  18
    1.3.2 麻纤维的阻燃机理  18-19
    1.3.3 麻纤维织物阻燃整理方法  19
    1.3.4 麻纤维织物阻燃改性的形式  19-20
    1.3.5 麻纤维织物阻燃整理的国内外研究现状  20-21
  1.4 酚醛树脂及其复合材料的阻燃改性  21-25
    1.4.1 酚醛树脂的热分解与燃烧特性  21-22
    1.4.2 酚醛树脂的阻燃方法  22-25
    1.4.3 酚醛树脂复合材料的阻燃改性  25
  1.5 课题提出及主要研究内容  25-27
  参考文献  27-30
第2章苎麻织物的阻燃处理对苎麻/酚醛树脂复合材料的影响  30-41
  2.1 引言  30
  2.2 实验部分  30-32
    2.2.1 原料  30
    2.2.2 主要仪器及设备  30
    2.2.3 苎麻织物的阻燃处理  30-31
    2.2.4 苎麻/酚醛树脂复合材料的制备  31
    2.2.5 性能测试与表征  31-32
  2.3 结果与讨论  32-39
    2.3.1 不同阻燃剂处理苎麻织物对苎麻/酚醛层压板阻燃性能的影响  32-33
    2.3.2 不同阻燃剂处理苎麻织物对苎麻/酚醛层压板力学性能的影响  33-34
    2.3.3 阻燃剂与苎麻织物的热降解行为  34-36
    2.3.4 苎麻/酚醛层压板和阻燃苎麻/酚醛层压板的热降解行为  36-37
    2.3.5 苎麻/酚醛层压板和阻燃苎麻/酚醛层压板的燃烧行为  37-39
  2.4 本章结论  39
  参考文献  39-41
第3章聚磷酸铵对苎麻/酚醛树脂复合材料的阻燃改性  41-50
  3.1 引言  41
  3.2 实验部分  41-42
    3.2.1 原料  41
    3.2.2 苎麻织物的阻燃处理  41
    3.2.3 APP改性酚醛树脂  41-42
    3.2.4 苎麻/酚醛树脂复合材料的制备  42
    3.2.5 性能测试与表征  42
  3.3 结果与讨论  42-48
    3.3.1 APP对苎麻/酚醛层压板热稳定性的影响  42-44
    3.3.2 APP对苎麻/酚醛层压板阻燃性能的影响  44-47
    3.3.3 APP对苎麻/酚醛层压板力学性能的影响  47-48
  3.4 本章结论  48
  参考文献  48-50
第4章蒙脱土对阻燃苎麻/酚醛树脂复合材料的改性  50-61
  4.1 引言  50
  4.2 实验部分  50-52
    4.2.1 原料  50
    4.2.2 苎麻织物的阻燃改性  50-51
    4.2.3 MMT和APP改性酚醛树脂  51
    4.2.4 阻燃苎麻/酚醛树脂复合材料的制备  51-52
    4.2.5 性能测试与表征  52
  4.3 结果与讨论  52-59
    4.3.1 不同种类MMT对阻燃苎麻/酚醛层压板的影响  52-54
    4.3.2 MMT在苎麻/酚醛层压板中的分散  54-55
    4.3.3 MMT对苎麻/酚醛层压板的热稳定性的影响  55-57
    4.3.4 MMT对苎麻/酚醛层压板阻燃性能的影响  57
    4.3.5 MMT对苎麻/酚醛层压板力学性能的影响  57-59
  4.4 本章结论  59
  参考文献  59-61
第5章全文结论  61-62
攻读硕士期间发表的论文  62-64
作者简介  64

阻燃苎麻/酚醛树脂复合材料的制备及性能研究

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