2023年全國(guó)碩士研究生考試考研英語(yǔ)一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁(yè)
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1、環(huán)氧樹(shù)脂具有良好的力學(xué)性能、粘接性能、耐化學(xué)腐蝕性能、電學(xué)性能以及尺寸穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn),因而廣泛應(yīng)用于涂料、粘接劑、層合板以及電子工業(yè)等領(lǐng)域。與大多數(shù)有機(jī)高分子材料一樣,傳統(tǒng)的環(huán)氧樹(shù)脂易燃,阻燃性能差,這限制了其在高阻燃要求領(lǐng)域的應(yīng)用。要擴(kuò)大環(huán)氧樹(shù)脂的應(yīng)用范圍,就必須對(duì)其進(jìn)行阻燃改性。傳統(tǒng)的鹵系阻燃劑因日益嚴(yán)格的環(huán)保要求而被限制使用。因此,開(kāi)發(fā)和應(yīng)用無(wú)鹵阻燃劑成為科學(xué)界和工業(yè)界的研究熱點(diǎn)。
  本文的基本思路是通過(guò)分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將具有阻

2、燃效應(yīng)的含磷、含氮基團(tuán)(環(huán)三磷腈、三嗪環(huán)、馬來(lái)酰亞胺基團(tuán)以及磷雜菲基團(tuán))進(jìn)行組合,用于環(huán)氧樹(shù)脂的阻燃改性,以期發(fā)揮不同組分或基團(tuán)的協(xié)同效應(yīng),進(jìn)一步提高阻燃效率。重點(diǎn)研究了磷氮阻燃劑對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂熱性能、阻燃性能以及燃燒行為的影響,并探討了阻燃劑在氣相和凝聚相的阻燃機(jī)理。主要研究?jī)?nèi)容如下:
  1.以9,10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物(DOPO)和N,N'-(4,4'-亞甲基二苯基)雙馬來(lái)酰亞胺(BDM)為阻燃添加劑,

3、4,4'-二氨基二苯砜(DDS)為固化劑,通過(guò)多元共聚反應(yīng),制備了一種新型反應(yīng)型阻燃環(huán)氧樹(shù)脂體系,并通過(guò)DSC、TGA、LOI、UL94垂直燃燒測(cè)試、錐形量熱儀、31P NMR以及SEM等對(duì)共聚體系的固化行為、熱性能、阻燃性能、燃燒行為以及阻燃機(jī)理等進(jìn)行了研究。結(jié)果表明,DOPO基團(tuán)單一地接枝在BDM分子上,避免了DOPO與環(huán)氧樹(shù)脂的封端反應(yīng)。EP/DDS/BDM/DOPO系列固化物具有高Tg,在210-223℃之間;TGA數(shù)據(jù)表明,D

4、OPO能促進(jìn)樹(shù)脂基體提前分解,DOPO和 BDM能協(xié)同促進(jìn)環(huán)氧樹(shù)脂在高溫區(qū)域成炭;燃燒測(cè)試表明,阻燃體系在低磷含量下具有良好的阻燃性能。當(dāng)磷含量?jī)H為0.83 wt%時(shí),EP/DDS/BDM/DOPO-10的LOI值高達(dá)34.5%,并達(dá)到UL94 V-0等級(jí),其pk-HRR和av-HRR相比純環(huán)氧樹(shù)脂的分別下降了41%和57%。殘?zhí)康腇TIR和形貌分析表明,BDM和DOPO能促進(jìn)形成高殘?zhí)柯省⒅旅苓B續(xù)的含磷膨脹炭層,兩者在凝聚相具有協(xié)同阻

5、燃效應(yīng);此外, DOPO能抑制氣相燃燒強(qiáng)度,具有氣相阻燃效應(yīng)。
  2.合成了含馬來(lái)酰亞胺和磷雜菲基團(tuán)的反應(yīng)型阻燃劑DOPO-HPM,并將其與異氰尿酸三縮水甘油酯(TGIC)通過(guò)共聚反應(yīng)引入環(huán)氧樹(shù)脂固化網(wǎng)絡(luò)中,得到反應(yīng)型磷氮阻燃體系。研究表明,相比純環(huán)氧樹(shù)脂,阻燃樣品的Tg沒(méi)有明顯變化,在197-205℃之間。TGA數(shù)據(jù)表明,DOPO-HPM能促進(jìn)樹(shù)脂基體提前分解,且DOPO-HPM/TGIC復(fù)合阻燃體系能有效地提高樹(shù)脂在高溫區(qū)的

6、殘?zhí)柯省H紵郎y(cè)試表明,DOPO-HPM/TGIC體系能顯著地提高樹(shù)脂的阻燃性能及抑煙性能。當(dāng)磷含量?jī)H為1.25 wt%時(shí),P-1.25樣品的LOI值高達(dá)38.5%,并達(dá)到UL94 V-0等級(jí);相比純環(huán)氧樹(shù)脂,其pk-HRR、av-HRR、av-EHC、THR以及TSP分別下降了61%、36%、23%、35%和30%。Cone測(cè)試、Py-GC/MS以及殘?zhí)糠治霰砻?,DOPO-HPM/TGIC體系釋放具有氣相淬滅效應(yīng)的自由基,能抑制氣相燃燒

7、強(qiáng)度;能抑制大分子鏈向氣相轉(zhuǎn)移,促進(jìn)樹(shù)脂基體炭化,形成表面連續(xù)、內(nèi)部多孔的膨脹炭層,有效降低熱、氧交換效率。
  3.合成了高產(chǎn)率的馬來(lái)酰亞胺基均三嗪化合物TMT,并將其與DOPO一起作為反應(yīng)型阻燃劑引入環(huán)氧固化網(wǎng)絡(luò)中,得到反應(yīng)型磷氮阻燃體系。通過(guò)控制制備過(guò)程中組分的添加順序,將 DOPO基團(tuán)單一的接枝在 TMT分子上。EP/DDM/TMT/DOPO體系的Tg僅出現(xiàn)輕微下降,在154-160℃之間。TGA數(shù)據(jù)表明,DOPO和 TM

8、T能協(xié)同促進(jìn)樹(shù)脂基體炭化。EP/DDM/TMT/DOPO系列固化物的典型特征是在低磷含量下具有優(yōu)異的阻燃性能和良好的抑煙性能。當(dāng)磷含量?jī)H為0.4 wt%時(shí),樣品的LOI值高達(dá)34%,并通過(guò)UL94 V-1等級(jí);當(dāng)磷含量?jī)H為1 wt%時(shí),樣品的LOI值高達(dá)40.3%,并達(dá)到UL94 V-0等級(jí),且其pk-HRR、av-HRR、av-EHC、THR及TSP相比純環(huán)氧樹(shù)脂分別下降了37%、37%、32%、35%和21%。阻燃機(jī)理研究表明,DO

9、PO和TMT在凝聚相和氣相均具有協(xié)同阻燃效應(yīng);燃燒時(shí),阻燃體系能釋放大量惰性氣體,并炭化形成結(jié)實(shí)的膨脹炭層,發(fā)揮雙相阻燃效應(yīng)。
  4.合成了含磷雜菲、馬來(lái)酰亞胺和三嗪環(huán)的多阻燃功能團(tuán)分子DOPO-TMT,并通過(guò)物理添加的方式制備了阻燃環(huán)氧樹(shù)脂。TGA數(shù)據(jù)表明,DOPO-TMT具有良好的熱穩(wěn)定性和成炭性;DOPO-TMT能催化樹(shù)脂基體提前分解,并促進(jìn)基體炭化。在低添加量時(shí),DOPO-TMT對(duì)固化物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度影響不大。燃燒測(cè)試

10、表明,DOPO-TMT能顯著增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂的阻燃性能。EP/DOPO-TMT-1.25的LOI值高達(dá)37.5%,并達(dá)到UL94 V-0等級(jí),其pk-HRR、av-HRR、av-EHC以及THR相比純環(huán)氧樹(shù)脂分別下降了54%、29%、23%和30%。TGA-FTIR和Py-GC/MS分析表明,DOPO-TMT熱解時(shí)會(huì)釋放具有氣相淬滅效應(yīng)的含磷自由基,并釋放惰性的含氮?dú)怏w;殘?zhí)糠治霰砻?,DOPO-TMT分子中的各種基團(tuán)均具有凝聚相阻燃效應(yīng),D

11、OPO-TMT能促進(jìn)形成結(jié)實(shí)的膨脹炭層。EP/DOPO-TMT體系良好的阻燃性能是基于DOPO-TMT分子中不同基團(tuán)的協(xié)同阻燃效應(yīng)。
  5.合成了含馬來(lái)酰亞胺基團(tuán)和環(huán)三磷腈的反應(yīng)型磷氮阻燃劑 HMCP,并通過(guò)共聚反應(yīng)得到阻燃環(huán)氧樹(shù)脂固化物。研究表明,HMCP的T5%高達(dá)413℃,800℃下的殘?zhí)柯蕿?7%,具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和成炭能力。HMCP能提高環(huán)氧樹(shù)脂的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。HMCP能催化樹(shù)脂基體提前分解,并促進(jìn)基體在高溫下成炭

12、。燃燒測(cè)試表明, HMCP能顯著提高環(huán)氧樹(shù)脂的阻燃性能。EP/HMCP-1.25的LOI值高達(dá)36.5%,并達(dá)到UL94 V-0等級(jí),其pk-HRR、av-HRR、av-EHC以及THR相比純環(huán)氧樹(shù)脂分別下降了71%、32%、21%和38%。EP/HMCP樣品在垂直燃燒測(cè)試時(shí)無(wú)熔體滴落,具有良好的抗熔滴性能。Py-GC/MS分析表明,HMCP熱解時(shí)能釋放具有氣相淬滅效應(yīng)的PO2、HPO2以及酚氧自由基。殘?zhí)康腇TIR及SEM-EDX分析

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