有机蒙脱土对环氧树脂阻燃性能的影响
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摘 要：以环氧树脂（EP）为基体，蒙脱土（MMT）为添加剂，使用溶液共混法制备了有机蒙脱土改性环氧树脂（OMMT／EP）材料，研究了 OMMT 的含量对环氧树脂阻燃性能的影响。实验结果显示：在环氧树脂中添加一定质量分数的蒙脱土，材料的阻燃性能得到了提高。OMMT 质量分数为 5%时，氧指数较基体材料提高了 7.6%。OMMT 质量分数 3%为时,材料的热释放速率峰值较纯环氧树脂材料降低了 40.9%；OMMT 的加入对材料的生烟速率也有一定的抑制作用。OMMT 质量分数为 1%时，材料的终止分解温度较纯环氧树脂材料提高了 7%，600 ℃下的残碳率为4.97%,而纯环氧树脂的残炭率为 0.55%，表明 OMMT 的加入显著地提升了其材料的成炭能力。
环氧树脂是一种热固性树脂，其化学性质稳定、电绝缘性能良好、收缩率极低、生产成本比较低，在涂料、轻工、建筑、机械、航天航空等领域得到广泛使用。由于环氧树脂属于易燃材料，使用前要对其进行阻燃处理。
蒙脱土是具有天然纳米结构的硅酸盐，生产成本较低，获取渠道广泛，且具有良好的力学性能和热稳定性。蒙脱土可以促进炭层的形成，使燃烧后的降解产物不容易从环氧树脂中释放，避免燃料持续向燃烧区域输送。有关研究表明，蒙脱土可以提高环氧树脂的阻燃性能。
笔者采用溶液共混工艺制备了不同蒙脱土含量的环氧树脂材料，通过氧指数、锥形量热和热重测试方法，分析了蒙脱土的含量对环氧树脂阻燃性能的影响。
1 实验部分
1.1 主要原料
十二烷基苯磺酸钠，分析纯；浓硝酸，分析纯；有机蒙脱土 (OMMT)，硅 烷 偶 联 剂 (KH- 550)，分析纯；Araldite LY1564SP环氧树脂。
1.2 主要设备及仪器
FTT0242 型锥形量热仪；FTT 型氧指数仪。DGX-9243 型鼓风干燥箱；XMTD-204 型数显式电热恒温水浴锅；FA2204B 型电子天平；SB-5200DNT 型超声波清洗机；DZX-6090B 型真空干燥箱；DTG-60AH 型热重分析仪。
1.3 试样制备
称取一定量的 OMMT（钠基）、硅烷偶联剂（KH-550）、分散剂（十二烷基苯磺酸钠）、无水乙醇，倒入烧杯中，超声分散 30 min，然后称取一定量的环氧树脂，加入之前的烧杯中，并搅拌均匀，继续超声分散 30 min。将混合溶液放于 90 ℃的电热恒温水浴锅中煮沸，直至无水乙醇挥发较为完全时取出烧杯。观察混合液是否含有较多气泡，如果溶液中出现较多气泡则需要真空脱泡。经过 1 h真空脱泡后，再以环氧树脂与固化剂的质量比为 100∶34称取固化剂，向溶液中加入固化剂并慢慢搅拌均匀，将混合液浇注到涂好脱模蜡并预热的模具中，放入 80 ℃的鼓风干燥箱中，干燥 5 h 脱模。添加 OMMT 的质量分数分别为 0、1%、3%、5%、7%。
1.4 性能测试
氧指数测试，测试材料的阻燃性能，样品尺寸为 80 mm×10 mm×4 mm。锥形量热测试，测试材料的阻燃性能，样品尺寸为 100 mm×100 mm×4 mm。热重分析测试，测试材料的热稳定性，样品质量为 3～5 mg；每组取 3个试样，并计算平均值。
2 结果与讨论
2.1 锥形量热分析
2.2.1 热释放速率
采用热辐射功率为 25 kW/m2 的热辐射强度对不同样品的燃烧特性进行测试，得到了不同样品的热释放速率（HRR），如图 1 所示。
