聚磷腈熱防護(hù)材料及磷腈改性酚醛探索研究.pdf

1、磷腈化合物由于其特殊的磷氮骨架結(jié)構(gòu)以及多樣性的取代基，使其阻燃性能和燒蝕性能優(yōu)異，在絕熱材料領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。酚醛樹脂和橡膠是內(nèi)絕熱材料中常見的兩種。環(huán)磷腈化合物可作為阻燃劑加入到樹脂基體中以改善相應(yīng)性能，而纖維是聚磷腈橡膠的常用增強(qiáng)填料。
　　1)本文用NaH與對羥基苯甲醛合成反應(yīng)的鈉鹽作為親核試劑與六氯環(huán)三磷腈發(fā)生取代反應(yīng)，通過質(zhì)譜(MS)、紅外FTIR、氫核磁1H-NMR、磷核磁31P-NMR和熱失重(TGA)等一系列測試

2、手段確定成功合成六對羥基苯甲醛取代環(huán)三磷腈(HPCTP)。
　　(2)通過調(diào)節(jié)HPCTP添加比例制備出性能優(yōu)異的PF-HPCTP改性樹脂。紅外譜圖表明HPCTP的部分-CHO與酚醛樹脂發(fā)生反應(yīng)。然而HPCTP改性的PF-HPCTP樹脂的彎曲強(qiáng)度均比純酚醛固化樹脂低，主要因為HPCTP和酚醛樹脂是異相混合且不能完全反應(yīng)，HPCTP在樹脂中分散不均勻造成局部受力不均。PF-HPCTP樹脂彎曲模量低于純酚醛固化樹脂，形貌分析發(fā)現(xiàn)PF-H

3、PCTP樹脂的斷裂方式為韌性斷裂，說明HPCTP能夠提高酚醛樹脂的韌性。
　　(3)PF-HPCTP樹脂的DMA和TGA數(shù)據(jù)表明HPCTP起到了一定的增塑作用，使得酚醛樹脂的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度降低，而800℃的殘?zhí)剂柯杂性黾?。氧指?shù)數(shù)據(jù)表明環(huán)磷腈衍生物的加入能夠提高酚醛樹脂的阻燃性能。其中，隨著HPCTP從0份增加到5份，PF-HPCTP樹脂的LOI值由27％增加到了35％。垂直燃燒數(shù)據(jù)表明PF-HPCTP樹脂阻燃效果均達(dá)到了Ⅴ-0級

4、別。
　　(4)7種不同纖維的TG結(jié)果表明，碳纖維(CF)、預(yù)氧化聚丙烯腈纖維(PANOF)、聚酰亞胺漿粕(PI pulp)和聚酰亞胺短切纖維(PI)在800℃時的殘?zhí)柯矢撸瑹岱€(wěn)定較好。聚丙烯腈纖維(PAN)和芳砜綸纖維(PSA)的殘?zhí)柯氏鄬^低，芳綸纖維(PA)的殘?zhí)柯首钚?。通過對不同纖維增強(qiáng)的聚磷腈絕熱材料的力學(xué)性能的研究發(fā)現(xiàn)，由于加工過程中碳纖維表面結(jié)構(gòu)遭到破壞，使得CF/PDAP絕熱材料的拉伸強(qiáng)度最低，僅為3.69MPa;

5、由于PA與聚磷腈之間的氫鍵作用，使得PA/PDAP絕熱材料的拉伸強(qiáng)度最大，為11.78MPa。
　　(5)不同纖維增強(qiáng)的聚磷腈絕熱材料的阻燃性能均達(dá)到Ⅴ-0級別，且燒蝕后炭層完整堅硬，其中CF/PDAP和PA/PDAP材料的燒蝕性能較好，線燒蝕速率分別達(dá)到0.056mm/s和0.062mm/s。一方面與它們較高的拉伸強(qiáng)度有關(guān)，使其在高溫火焰下具有更高的耐沖刷性能，另一方面與纖維種類有關(guān)，纖維能夠較好地包覆在基體中，從而獲得更穩(wěn)固的

6、碳層。
　　(6)探索PA和PI pulp兩種纖維含量分別對聚磷腈絕熱材料性能的影響。隨著纖維含量的增加，聚磷腈絕熱材料的拉伸強(qiáng)度逐漸增大，但燒蝕性能的變化規(guī)律有差別。隨著PA纖維含量的增加，聚磷腈絕熱材料的線燒蝕速率呈先減小后增大的趨勢。15-PA/PDAP和25-PA/PDAP的燒蝕性能最優(yōu)，線燒蝕速率達(dá)到0.049mm/s;隨著PIpulp纖維含量的增加，聚磷腈絕熱材料的線燒蝕速率沒有明顯的變化規(guī)律，35-PI pulp/P