木質(zhì)素和焦磷酸哌嗪復(fù)合膨脹型阻燃劑對環(huán)氧樹脂材料阻燃性能的影響1)

尚欣宇 畢曉柯 譚海彥 張彥華

(東北林業(yè)大學(xué),哈爾濱,150040)

環(huán)氧樹脂是一類集固化收縮率低、耐腐蝕性強(qiáng)、電絕緣性佳等優(yōu)點(diǎn)于一身的熱固性聚合物,用途十分廣泛[1-2]。但環(huán)氧樹脂自身易燃,燃燒時易分解生成有毒氣體且發(fā)煙量大,一旦失火會嚴(yán)重威脅人們的生命財產(chǎn)安全。這也導(dǎo)致了環(huán)氧樹脂在電子器件、航天航空等工業(yè)領(lǐng)域的推廣與應(yīng)用受到很大程度的限制[3-5]。因此,對環(huán)氧樹脂固化材料進(jìn)行阻燃改性成為近年來的研究熱點(diǎn)。

本征型阻燃與添加型阻燃是2種主要的改性環(huán)氧樹脂的方式。與本征型阻燃復(fù)雜的化學(xué)合成工藝相比,添加型阻燃改性具有高性價比和工藝簡單等優(yōu)點(diǎn),成為目前工業(yè)生產(chǎn)中運(yùn)用最為廣泛的改性手段。鹵素阻燃劑被禁用后,膨脹型阻燃劑(IFR)由于毒性低、生煙少和阻燃效率高的優(yōu)點(diǎn)已成為環(huán)氧樹脂阻燃改性中最具有發(fā)展?jié)摿Φ淖枞紕┲?。它是一種利用碳源(成炭劑)、酸源(脫水劑)以及氣源(膨脹劑)相互協(xié)同實(shí)現(xiàn)高效阻燃的復(fù)合體系[6-7]。

Fang et al.[8]利用哌嗪(PiP)和植酸(PA)的超分子聚集體在水中自組裝到氧化石墨烯(GO)表面,從而制備功能化的氧化石墨烯(PPGO)。在氧化石墨烯表面引入有機(jī)成分,增強(qiáng)了功能化的氧化石墨烯與環(huán)氧樹脂基體的附著力。與純環(huán)氧樹脂相比,環(huán)氧樹脂和功能化氧化石墨烯的復(fù)合材料的阻燃性能顯著提高,其熱釋放速率峰值降低了42%,總放熱率降低了22%。孫吉等[9]將合成得到的新型聚磷酸酯阻燃劑(POTP)與聚磷酸銨(APP)、蒙脫土(MMT)復(fù)配用于環(huán)氧樹脂的阻燃改性。研究發(fā)現(xiàn),新型聚磷酸酯阻燃劑、蒙脫土和聚磷酸銨復(fù)配的阻燃體系可以促進(jìn)基體樹脂燃燒時的成炭能力,所生成的膨脹炭層能夠阻隔外界空氣與內(nèi)部毒氣釋放,賦予了環(huán)氧樹脂良好熱穩(wěn)定性與阻燃性。

焦磷酸哌嗪是一種新型“三源一體”的環(huán)保阻燃劑,在凝聚相和氣相均具有良好的阻燃效果,在國內(nèi)外引起密切關(guān)注。但由于其結(jié)構(gòu)中磷元素與碳元素的原子百分比并不高,因而在實(shí)際應(yīng)用中都是將焦磷酸哌嗪與其他阻燃劑復(fù)配用于聚丙烯[10-11]、環(huán)氧樹脂[12]、聚酰胺[13-14]和聚乳酸[15]等高分子材料的阻燃改性。

隨著化石資源的日益消耗,利用天然有機(jī)大分子替代化工原料作為高分子材料的改性劑,逐漸被視為對生物質(zhì)資源高附加值利用的潛在途徑[16-18]。木質(zhì)素作為自然界中儲量充足的生物質(zhì)材料,其骨架結(jié)構(gòu)中蘊(yùn)含大量的芳香基團(tuán),而且高達(dá)60%的含碳量使其熱解后表現(xiàn)出優(yōu)異的成炭性能。這一特性使木質(zhì)素成為了一種純天然的阻燃改性劑[19-21]?？紤]到木質(zhì)素與環(huán)氧樹脂良好的相容性,本研究利用酶解木質(zhì)素與焦磷酸哌嗪復(fù)配并用作環(huán)氧樹脂的阻燃改性劑,探究了復(fù)配物之間的相互協(xié)同作用及其對環(huán)氧樹脂固化物阻燃性能、熱穩(wěn)定性能以及力學(xué)性能的影響。

1 材料與方法

環(huán)氧樹脂(E-54),牌號0161,環(huán)氧值為0.54,購自南通星辰合成材料有限公司;低分子量聚酰胺樹脂,牌號TY-200,胺值為230～260 mg·g-1,購自天津燕海化學(xué)有限公司;玉米秸稈酶解木質(zhì)素(EHL),含酚羥基量為12.9%,純度為94.8%,購自山東龍力生物科技股份有限公司;焦磷酸哌嗪(PPAP),磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥24.2%、氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥10.6%、粒徑≤12 μm,購自上?；ぱ芯吭河邢薰?。

木質(zhì)素和焦磷酸哌嗪(L+P)復(fù)合膨脹型阻燃劑的制備:將玉米秸稈酶解木質(zhì)素置于真空干燥箱中于80 ℃烘干。水分完全脫除后,將酶解木質(zhì)素放入瑪瑙研缽中研磨,過篩后得到粒度均勻的深棕色固體粉末。將預(yù)處理后的酶解木質(zhì)素與焦磷酸哌嗪按質(zhì)量比1∶1復(fù)合共混,得到復(fù)合膨脹型阻燃劑。

“(木質(zhì)素+焦磷酸哌嗪)復(fù)合膨脹型阻燃劑+環(huán)氧樹脂”阻燃材料的制備:將上述木質(zhì)素和焦磷酸哌嗪復(fù)合膨脹型阻燃劑按質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0、5%、10%、15%、20%的比例添加至環(huán)氧樹脂(EP)后混合均勻,再向其中加入固化劑低分子量聚酰胺樹脂,設(shè)定環(huán)氧樹脂與固化劑的質(zhì)量比為5∶3,具體配方及用量詳見表1。然后,將混合體系攪拌均勻后放入真空脫泡儀中排除氣泡。最后,將液體澆注至聚四氟乙烯(PTFE)模具中,在烘箱中50 ℃預(yù)固化3 h,而后再置于烘箱內(nèi)120 ℃固化2 h。樣品冷卻后脫模。另外,制備一組“質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的焦磷酸哌嗪阻燃劑+環(huán)氧樹脂”阻燃材料用于對照試驗(yàn)。

表1 制備環(huán)氧樹脂阻燃材料所需的各原料及質(zhì)量

性能表征:錐形量熱分析(CONE),按照ISO 5660-1的標(biāo)準(zhǔn)測試,試樣尺寸為100 mm×100 mm×4 mm,熱輻射功率為50 kW·m-2;極限氧指數(shù)測試(LOI),按照GB/T 2406.2-2009中的實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行測試,試樣尺寸為130.0 mm×6.5 mm×3.0 mm;垂直燃燒試驗(yàn)(UL-94),按照GB/T 2408-2021的標(biāo)準(zhǔn)測試,試樣尺寸為130 mm×13 mm×3 mm;熱質(zhì)量分析,樣品質(zhì)量為3～5 mg,溫度范圍為30～800 ℃,升溫速率為10 ℃·min-1,氬氣氣氛,氣體流速為40 mL·min-1;彎曲強(qiáng)度測試,按照GB/T 9341-2008的標(biāo)準(zhǔn)測試,樣條尺寸為80 mm×10 mm×4 mm,傳感器載荷為500 kg,壓頭速度5 mm·min-1,每組平行測試6次取平均值;沖擊強(qiáng)度測試,按照GB/T 1043.1-2008的標(biāo)準(zhǔn)測試,樣條尺寸為80 mm×10 mm×4 mm,擺錘大小為2 J,跨距為60 mm,每組平行測試6次取平均值;傅立葉紅外光譜測試(FTIR),掃描范圍為4 000～400 cm-1,分辨率設(shè)定為4 cm-1,掃描次數(shù)為32次;X射線光電子能譜分析(XPS),用Al Kα激發(fā)源,光譜能量范圍為0～1 350 eV,掃描步長為1 eV;掃描電子顯微鏡(SEM)觀察,加速電壓為5 kV,成像前需在真空條件下對樣品表面噴涂鉑金。

2 結(jié)果與分析

2.1 阻燃材料的燃燒行為

圖1為純環(huán)氧樹脂(純EP)、 “質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的焦磷酸哌嗪+環(huán)氧樹脂” (質(zhì)量分?jǐn)?shù)10% 的P+EP)阻燃材料、“質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%的(木質(zhì)素+焦磷酸哌嗪)復(fù)合膨脹型阻燃劑+環(huán)氧樹脂” (質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%的(L+P)+EP)阻燃材料在錐形量熱測試中得到的熱釋放速率(HRR)及總煙釋放量(TSP)的曲線圖。由圖1(a)可知,純環(huán)氧樹脂材料在點(diǎn)火后迅速燃燒,熱釋放速率快速增長并在整個燃燒過程中出現(xiàn)2個熱釋放速率峰(pHRR)。第1個熱釋放速率峰出現(xiàn)在140 s(1 501.70 kW·m-2),此時環(huán)氧樹脂材料燃燒釋放出大量的熱。第2個熱釋放速率峰出現(xiàn)在220 s(531.20 kW·m-2),這是由于環(huán)氧樹脂在燃燒前期所產(chǎn)生的殘?zhí)繉訌?qiáng)度和熱穩(wěn)定性均不高,體系熱量急劇升高,且足以穿透疏松的炭層并引燃內(nèi)部基材,導(dǎo)致體系二次放熱。然而,當(dāng)添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%的(木質(zhì)素+焦磷酸哌嗪,L+P)復(fù)合膨脹型阻燃劑時,環(huán)氧樹脂體系在燃燒過程中只存在1個熱釋放速率峰(598.99 kW·m-2),與純環(huán)氧樹脂材料相比降低了60.11%。質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的焦磷酸哌嗪(PPAP)阻燃劑的環(huán)氧樹脂燃燒的熱釋放速率峰值前移,在130 s時熱釋放速率為426.46 kW·m-2。從圖1(b)可以看出,復(fù)合阻燃劑的引入使得環(huán)氧樹脂材料的總煙釋放量由純環(huán)氧樹脂的21.62 m2降低至16.81 m2,總煙釋放量降低了22.25%,而“質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的焦磷酸哌嗪阻燃劑+環(huán)氧樹脂”阻燃材料的總煙釋放量高達(dá)30.33 m2。由此可知,雖然焦磷酸哌嗪阻燃劑可以大大降低環(huán)氧樹脂材料燃燒放出的熱量,但是體系的總煙釋放量也隨之升高。綜上,木質(zhì)素和焦磷酸哌嗪復(fù)合膨脹型阻燃劑對環(huán)氧樹脂的協(xié)同阻燃效果最佳。這是由于復(fù)合阻燃劑的添加會催化材料降解并促進(jìn)成炭,材料在燃燒的過程中形成大量致密的炭層。形成的炭層能很好地抑制材料內(nèi)部可燃性氣體進(jìn)入燃燒區(qū)域,阻隔了氧氣和熱量進(jìn)入材料的內(nèi)部,降低體系熱釋放速率[22-23]的同時也起到了很好的抑煙作用[24]。

EP為環(huán)氧樹脂;L為木質(zhì)素;P為焦磷酸哌嗪。

2.2 阻燃材料的阻燃性能

表2為不同添加量的復(fù)合膨脹型阻燃劑對環(huán)氧樹脂材料的極限氧指數(shù)與垂直燃燒試驗(yàn)測試結(jié)果,通過表2可以看出,純環(huán)氧樹脂的極限氧指數(shù)值僅為22.2%,且未通過垂直燃燒試驗(yàn)測試,燃燒過程伴有熔滴,表明環(huán)氧樹脂本身屬于易燃材料。當(dāng)添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%的(木質(zhì)素+焦磷酸哌嗪,L+P)復(fù)合膨脹型阻燃劑時,環(huán)氧樹脂材料燃燒后就不再有熔滴產(chǎn)生。隨著阻燃劑添加量的不斷增加,環(huán)氧樹脂材料的極限氧指數(shù)值也隨之增大。質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的焦磷酸哌嗪阻燃劑的極限氧指數(shù)為25.9%,但未通過垂直燃燒試驗(yàn)測試。而焦磷酸哌嗪添加量相同的情況下,“質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%的(木質(zhì)素+焦磷酸哌嗪)復(fù)合膨脹型阻燃劑+環(huán)氧樹脂”阻燃材料的垂直燃燒試驗(yàn)測試可通過V-0級,且極限氧指數(shù)值由22.2%提高到27.5%,可被視為難燃材料。結(jié)果表明,該復(fù)合阻燃劑對環(huán)氧樹脂材料具有良好的協(xié)效阻燃作用。這是由于焦磷酸哌嗪在燃燒過程中會發(fā)生分解,產(chǎn)生的磷酸和多聚磷酸可以使材料脫水,并且結(jié)構(gòu)中的哌嗪也具有較高的成炭能力,能夠在燃燒過程中釋放出惰性氣體和水蒸氣,從而對環(huán)氧樹脂材料起到保護(hù)作用[25-26]。同時,木質(zhì)素具有豐富的無定形芳環(huán)結(jié)構(gòu),一方面可以提高材料整體的熱穩(wěn)定性,另一方面可以促使環(huán)氧樹脂體系的成炭能力進(jìn)一步增強(qiáng),此時燃燒所形成的炭層可以有效地阻止熱量、氧氣甚至有毒氣體的傳播[27]。

表2 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)復(fù)合膨脹型阻燃劑的環(huán)氧樹脂固化材料性能

2.3 阻燃材料的熱性能

圖2為不同復(fù)合膨脹型阻燃劑添加量的環(huán)氧樹脂材料的熱質(zhì)量與微商熱質(zhì)量曲線,相關(guān)的熱質(zhì)量分析數(shù)據(jù)見表3。從圖2與表3中可以看出,純環(huán)氧樹脂材料的初始分解溫度(Tonset)為348 ℃,在800 ℃時的殘?zhí)苛繛?.76%。僅使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的焦磷酸哌嗪阻燃劑的阻燃材料的初始分解溫度為332.9 ℃,最大熱質(zhì)量損失速率溫度前移至364.1 ℃,殘余質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低至5.73%。由此可見,焦磷酸哌嗪阻燃劑的加入會一定程度上削弱環(huán)氧樹脂的熱穩(wěn)定性。然而,當(dāng)向環(huán)氧樹脂中填充質(zhì)量分?jǐn)?shù)15%的(木質(zhì)素+焦磷酸哌嗪)復(fù)合膨脹型阻燃劑時,阻燃環(huán)氧樹脂固化材料的初始分解溫度從348 ℃降低到321.4 ℃,在800 ℃時的殘?zhí)苛可叩?2.84%。添加木質(zhì)素和焦磷酸哌嗪復(fù)合膨脹型阻燃劑后,環(huán)氧樹脂固化材料的殘余質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加近一倍,殘?zhí)苛康脑黾邮共牧系淖枞夹阅芴岣?。這是由于加入的阻燃劑在加熱過程中釋放的磷酸與多聚磷酸等催化了材料的降解,致使環(huán)氧樹脂固化物初始分解溫度前移,木質(zhì)素的存在使得成炭反應(yīng)也隨之提前。從圖2(b)的微商熱質(zhì)量(DTG)曲線可以看出,與純環(huán)氧樹脂和“質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的焦磷酸哌嗪阻燃劑+環(huán)氧樹脂”阻燃材料相比,“質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%的(木質(zhì)素+焦磷酸哌嗪)復(fù)合膨脹型阻燃劑+環(huán)氧樹脂”阻燃材料在378.5 ℃時出現(xiàn)最大熱質(zhì)量損失速率峰,且最大熱質(zhì)量損失速率分別從9.29、7.02%·min-1降低至5.82%·min-1。這是因?yàn)槟举|(zhì)素和焦磷酸哌嗪復(fù)合膨脹型阻燃劑的分解推動了環(huán)氧樹脂的提前成炭,形成的炭層膨脹而致密,可以很好地隔絕氧氣與燃燒區(qū)域放出的熱量進(jìn)入內(nèi)部,同時能很好地抑制可燃性氣體的逸出,從而保護(hù)了內(nèi)部材料不被燒蝕[28]。環(huán)氧樹脂阻燃改性前后材料的熱性能分析結(jié)果與錐形量熱(CONE)測試結(jié)果相一致。

EP為環(huán)氧樹脂;L為木質(zhì)素;P為焦磷酸哌嗪。

2.4 阻燃材料的力學(xué)性能

表4給出了添加不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)復(fù)合膨脹型阻燃劑的環(huán)氧樹脂固化材料的力學(xué)性能相關(guān)數(shù)據(jù)。與純環(huán)氧樹脂材料相比,添加復(fù)合膨脹型阻燃劑的環(huán)氧樹脂彎曲強(qiáng)度略有降低但損失不大,“質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%的(木質(zhì)素+焦磷酸哌嗪)復(fù)合膨脹型阻燃劑+環(huán)氧樹脂”阻燃材料的彎曲強(qiáng)度僅降低了10%。這是因?yàn)槟举|(zhì)素骨架結(jié)構(gòu)中的剛性苯環(huán)可以抵消部分應(yīng)力集中損失的機(jī)械強(qiáng)度。由表4可知,隨著木質(zhì)素和焦磷酸哌嗪復(fù)合膨脹型阻燃劑添加量的增多,環(huán)氧樹脂阻燃材料的沖擊強(qiáng)度先降低而后趨于穩(wěn)定,這是粉體阻燃劑在基體樹脂中分散不均勻或發(fā)生團(tuán)聚所致。改善材料阻燃性能的同時,會在一定程度上損耗其力學(xué)性能,這也是添加型阻燃劑在應(yīng)用中一直存在的弊端,因此保證材料力學(xué)性能不犧牲的情況下,對基體進(jìn)行阻燃改性是目前亟待解決的問題[29]。在未來的研究中,可以嘗試對填料進(jìn)行表面處理,使其在基體樹脂中分散更均勻;開發(fā)出低填充量下高效的阻燃改性劑,或制備含有氮、磷、硅等典型阻燃元素的柔性環(huán)氧樹脂固化劑,將它們通過與環(huán)氧樹脂共混或反應(yīng)的方式,來平衡復(fù)合材料在阻燃性能、力學(xué)性能以及熱性能等各方面的表現(xiàn)。

表4 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)復(fù)合膨脹型阻燃劑的環(huán)氧樹脂固化材料力學(xué)性能

2.5 阻燃材料燃燒殘?zhí)康幕瘜W(xué)結(jié)構(gòu)

采用紅外光譜對添加不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的木質(zhì)素和焦磷酸哌嗪復(fù)合膨脹型阻燃劑的環(huán)氧樹脂阻燃材料,錐形量熱測試后所得殘?zhí)康幕瘜W(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。2 900 cm-1附近的特征峰歸因于—CH2—和—CH—基團(tuán)中C—H鍵的伸縮振動,1 580 cm-1為芳環(huán)結(jié)構(gòu)的特征吸收峰,1 225、1 065、742 cm-1附近的特征吸收峰分別是由PO鍵、C—N鍵以及P—N鍵伸縮振動導(dǎo)致的。

EP為環(huán)氧樹脂;L為木質(zhì)素;P為焦磷酸哌嗪。

從圖3可以看出,—CH2—、—CH—和PO基團(tuán)的特征吸收峰隨著木質(zhì)素和焦磷酸哌嗪復(fù)合膨脹型阻燃劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加呈逐漸增強(qiáng)的趨勢。這是因?yàn)樵诨w樹脂燃燒過程中,作為酸源的焦磷酸哌嗪能夠促進(jìn)作為碳源的木質(zhì)素在環(huán)氧樹脂表面形成致密的炭膜,在體系的凝聚相中起到阻燃的作用。殘?zhí)恐蠧—N、P—N特征吸收峰的減弱說明燃燒過程中,體系中的氮源會揮發(fā)成氣態(tài),增加炭層的膨脹度,達(dá)到在氣相協(xié)同阻燃的目的[30-31]。另外,芳香基團(tuán)特征吸收峰的增加有利于提高環(huán)氧樹脂固化材料的耐熱程度,這也與上述的熱質(zhì)量分析結(jié)果相吻合。

2.6 阻燃材料燃燒殘?zhí)康谋砻嫘蚊才c元素分析

圖4為純環(huán)氧樹脂材料與“質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%的(木質(zhì)素+焦磷酸哌嗪)復(fù)合膨脹型阻燃劑+環(huán)氧樹脂”阻燃材料在錐形量熱測試后所產(chǎn)生的殘?zhí)繉颖砻嫘蚊?、元素的原子百分比。純環(huán)氧樹脂材料燃燒后殘?zhí)繉颖砻娲植谇掖嬖谳^多裂縫與孔洞(圖4(a))、致密性較差,因此純環(huán)氧樹脂在熱的作用下分解產(chǎn)生的可燃性氣體以及環(huán)境中的氧氣,能夠輕松地穿透炭層而引燃內(nèi)部基材,無法起到良好的阻隔作用?！百|(zhì)量分?jǐn)?shù)20%的(木質(zhì)素+焦磷酸哌嗪)復(fù)合膨脹型阻燃劑+環(huán)氧樹脂”阻燃材料的殘?zhí)繉颖砻嫘蚊策B續(xù)、均一且致密(圖4(b)),所形成的膨脹炭層能很好地阻隔環(huán)境中的氧氣與基體樹脂燃燒過程中釋放的熱量、可燃性氣體的傳遞,防止內(nèi)部基材被進(jìn)一步燃燒與分解[32]。為進(jìn)一步探究殘?zhí)繉訉Νh(huán)氧樹脂固化材料阻燃性的影響,利用X射線光電子能譜(XPS)定量分析了殘?zhí)繉颖砻娴脑亟M成。純環(huán)氧樹脂殘?zhí)繉颖砻鍺元素的相對百分比為3.92%,這是在環(huán)氧樹脂體系中添加了胺類固化劑的緣故。當(dāng)添加的復(fù)合膨脹型阻燃劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到20%時,殘?zhí)繉颖砻鍺元素的相對百分比增至5.63%,同時殘?zhí)繉颖砻鏅z測出相對百分比為6.83%的P元素。環(huán)氧樹脂固化材料中N、P等阻燃元素百分比的增加,有利于提升殘?zhí)繉訉?nèi)部基材的保護(hù)能力[33],從而提高體系的阻燃性。

(a)為純環(huán)氧樹脂材料;(b)為“質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%的(木質(zhì)素+焦磷酸哌嗪)復(fù)合膨脹型阻燃劑+環(huán)氧樹脂”阻燃材料。

3 結(jié)論

本研究將天然高分子木質(zhì)素和焦磷酸哌嗪復(fù)合作為環(huán)氧樹脂的阻燃劑,并表現(xiàn)出良好的阻燃效果。當(dāng)復(fù)合膨脹型阻燃劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到20%時,環(huán)氧樹脂固化材料的氧指數(shù)可達(dá)27.5%,并通過垂直燃燒試驗(yàn)測試達(dá)到V-0級別,其最大熱釋放速率由純環(huán)氧樹脂的1 501.70 kW·m-2降低至598.99 kW·m-2。力學(xué)測試表明,相較于未改性的純環(huán)氧樹脂,加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%的復(fù)合膨脹型阻燃劑后,環(huán)氧樹脂阻燃材料的彎曲強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度分別下降約10 MPa與3.74 kJ·m-2。同時,熱質(zhì)量分析結(jié)果表明,加入復(fù)合膨脹型阻燃劑后,阻燃材料的熱穩(wěn)定性也有所提高。材料燃燒時,焦磷酸哌嗪發(fā)生分解生成磷酸或多聚磷酸并釋放惰性氣體與水蒸氣,木質(zhì)素憑借其高效的成炭性能會在環(huán)氧樹脂的表面形成膨脹且致密的炭層,二者相互協(xié)同在氣相與凝聚相間同時發(fā)揮著阻燃作用。環(huán)氧樹脂殘?zhí)繉拥膾呙桦娮语@微鏡(SEM)結(jié)果顯示,添加了木質(zhì)素和焦磷酸哌嗪復(fù)合膨脹型阻燃劑后,殘?zhí)繉颖砻孀兊镁鶆蚯抑旅?這證明木質(zhì)素和焦磷酸哌嗪復(fù)合膨脹型阻燃劑具有良好的阻燃效果。