新型含磷POSS阻燃剂的合成及其应用研究

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1、摘要摘要双马来酰亚胺树脂（BMI）是由聚酰亚胺树脂派生出的一类树脂体系，是以马来酰亚胺为活性端基的双官能团（活性双键）化合物，是一种典型的热固性树脂，以其优良的力学性能、突出的耐热性、耐辐射性、阻燃性等优点被广泛应用于航空航天、电子电信、交通建筑等领域。随着应用领域的拓展和探索研究的深入，应用环境变得越来越苛刻，也对BMI树脂综合性能提出了更加严峻的挑战。BMI树脂链中含有大量氮元素，燃烧过程中可产生大量不可燃气体，使得BMI树脂具有一定的阻燃性，但是仍然无法满足应用需求，因此，寻求提高BMI树脂阻燃性能行之有效的方法成为目前研究的热点。

2、目前，磷系、硅系阻燃剂在聚合物阻燃改性方面应用最为广泛，具有阻燃效率高、环境友好、低毒等优点。并且，为了达到更好的阻燃效果常常使用多元素协同阻燃剂，特别是反应型协同阻燃剂，不仅可以充分发挥各阻燃元素阻燃作用，各阻燃元素间也存在协同阻燃效果；而且可参与树脂固化反应，与树脂基体具有良好的相容性。但当阻燃剂添加量较大时，往往使树脂基体力学性能下降。石墨烯具有独特的二维纳米片层结构，以其改性聚合物基材可起到很好的增韧效果，并且石墨烯结构与燃烧炭层十分相似，燃烧过程中可很好的协同磷、硅阻燃元素促使均匀、致密隔氧隔热炭层的形成，起到良好阻燃效果。但石

3、墨烯层间存在较强的范德华引力，在聚合物基体中易发生团聚现象，为了改善石墨烯与基体相容性，需对其进行表面修饰。本论文利用磷、硅阻燃元素以及石墨烯成炭剂间协同阻燃效应并针对BMI树脂结构设计合成了两种新型反应型协同阻燃剂P-POSS以及P-POSS/GO。以P-POSS改性BMI树脂制备得到P-POSS/DBMI复合材料，并对复合材料固化过程、机械性能、热稳定性、阻燃性能、耐湿热性等进行了表征。实验结果表明，在磷、硅和氮元素间协同阻燃作用下，P-POSS/DBMI复合材料垂直燃烧等级提高到V-0，LOI也提高到35.4；并且，由于交联密度的提

4、高以及增韧微米级气泡的作用，使得P-POSS/DBMI复合材料力学性能也有较大提高，但当P-POSS添加量较大时，P-POSS/DBMI韧性和强度仍显不足。为了进一步提高P-POSS/DBMI复合材料韧性及阻燃性能，以P-POSS/GO配合4.0wt%P-POSS阻燃剂共同改性BMI树脂（P-POSS/GO/DBMI），研究了不同添加量P-POSS/GO对复合材料机械性能、热稳定性、阻燃性能、耐湿热性的影响。实验结果表明，在石墨烯以及多元素间协同阻燃作用下，P-POSS/GO/BMII西北工业大学硕士学位论文垂直燃烧等级可达到V-0，极限

5、氧指数提高到39.4；并且由于石墨烯纳米片层的增韧作用以及对较大微米级气泡的捕集散逸作用，0.8wt%P-POSS/GO/DBMI复合材料弯曲强度达到139.4MPa，冲击强度达到23.0kJ/m。多种测试结果表明，2P-POSS/GO/DBMI具有更加优异的力学性能、热稳定性、阻燃性能，是一种综合性能优异的阻燃型复合材料。关键词：双马来酰亚胺树脂，协同阻燃剂，石墨烯，阻燃性能，力学性能本研究得到西北工业大学研究生创意创新种子基金（编号：Z2016167）资助。IIAbstractAbstractBismaleimide(BMI),asa

6、typicalthermalsettingresin,derivesfrompolyimideresinandterminateswithreactivemaleimideradical.Andbismaleimideiswidelyusedinthefieldsofaerospace,aviation,electronics,transportationandconstructionindustriesforitshighmechanicalproperties,outstandingthermalstability,goodradia

7、tionresistanceandflameretardancy.Butwiththeextensionofapplicationfieldsandthedevelopmentofexploration,theapplicationenvironmentofmaterialsisbecomingseverer.Therefore,theapplicationofBMIresinalsofacesgreatchanllenges.BMIresinpresentsalittleflameretardancyforthenitrogenelem

8、entinpolymerchains,whichcanproducemanynonflammablegases.Butitisnotenoughtomeettherequirementofpr