1. 研究目的与意义
研究背景：膨胀阻燃技术起源于20世纪30年代的防火涂料。膨胀型阻燃剂(ifr)按作用机理不同，可分为化学膨胀型阻燃剂和物理膨胀型阻燃剂。其中，化学膨胀型阻燃剂主要成分是氮-磷，物理膨胀型阻燃剂则以膨胀型石墨（eg）为主。目前使用的大多为化学膨胀型阻燃剂。化学膨胀型阻燃剂一般是以p、n、c元素为核心成分的复合阻燃剂。目前，环境友好型无卤阻燃环氧树脂的研究特别是磷系阻燃环氧树脂已得到越来越广泛的关注。磷系阻燃环氧树脂研究的热点主要在dopo 型环氧树脂、 磷酸酯型环氧树脂以及含磷环氧固化剂等方面。此外，利用共价键法将含氮杂环结构引入环氧树脂体系中,在实现阻燃功能的同时也能保持材料的综合性能,甚至可提高环氧树脂固化物的热稳定性能,因而制备含氮杂环结构的环氧树脂是"无卤无磷无铅"绿色阻燃的重要解决方案。但是,目前仅依靠含氮杂环结构很难达到理想阻燃效果,大部分已报道的体系只能达到"无卤无铅少磷"的水平,仍需要进一步深入研究和认识含氮杂环结构的阻燃环氧体系的结构-性能关系,并提出提高含氮杂环体系阻燃效果可能的解决方法。无卤阻燃聚氨酯的研究主要是加入ddpsn、ma和app等3种无卤固态阻燃剂的方法来提高阻燃性能。 芳纶全称为"聚苯二甲酰苯二胺",英文为aramid fiber（帝人芳纶的商品名为twaron； 杜邦公司的商品名为kevlar），是一种新型高科技合成纤维，具有超高强度、高模量和耐高温、耐酸耐碱、重量轻等优良性能,其强度是钢丝的 5～6倍 ，模量为钢丝或玻璃纤维的2～3倍，韧性是钢丝的2倍，而重量仅为钢丝的1/5左右。在560度的温度下，芳纶不分解，不融化，具有良好的绝缘性和抗老化性能，具有很长的生命周期。
芳纶蜂窝材料是由高性能对位芳纶纸浸渍热固性酚醛树脂而制成，具有重量轻，有足够高的压缩、剪切强度和良好的疲劳强度、阻燃、介电性能和透电磁波性能，成本较高，主要用于航空航天领域，常被用于制作各种壁板、翼面、舱面、舱盖、地板、发动机护罩、尾喷管、消音板、隔热板、卫星星体外壳等。其中，间位芳纶具有优异的阻燃、耐热性能，极限氧指数(loi)大于28%，当温度大于370℃时开始炭化。对位芳纶的耐温性能要高于间位芳纶，在560℃高温下不分解、不熔化。由此可知，芳纶可作为潜在的阻燃成炭剂。如果将芳纶用于环氧树脂、聚氨酯等聚合物阻燃、增强添加剂，将提高聚合物性能。
研究目的与意义：生产芳纶蜂窝过程中产生的大量废芳纶材料主要成分为芳纶纤维与热固型酚醛树脂，用传统的焚烧方法难以处理。芳纶蜂窝废弃物造成资源浪费，本课题研究弃将废芳纶蜂窝经改性后用于环氧树脂、聚氨酯等材料，起到阻燃、增强等作用。
2. 研究内容和预期目标
2．主要研究内容和预期目标
1.分析芳纶蜂窝材料组成、结构；
2.废芳纶蜂窝材料改性研究，提高其与高分子的相容性；
3. 研究的方法与步骤
1分析芳纶蜂窝材料组成、结构
1.1 主要分析对象
苏州芳磊蜂窝复合材料有限公司提供的废弃芳纶蜂窝材料。
1.2 分析仪器
扫描电子显微镜、红外光谱分析仪、元素分析仪、热重分析仪等。
1.3 分析方法
因废弃蜂窝材料的加工原料与加工过程的影响，蜂窝材料内部是芳纶纸芯，外部是浸润的热固性树脂，所以芳纶蜂窝材料是典型的混合物。首先，使用电子扫描显微镜对未粉碎芳纶蜂窝表面与横截面进行扫描分析，初步了解材料结构。然后使用红外光谱分析仪进行化学结构分析，用元素分析仪分析材料元素组成。用热重分析仪分析芳纶的热稳定性。
2 芳纶蜂窝粉碎方法研究
首先将芳纶蜂窝连接处拆除，得到单层浸胶芳纶纸。单层浸胶芳纶纸剪碎成1cm2方形状，最后使用粉碎机进行粉碎。
3 阻燃产品成型技术研究
3.1 实验原料与实验仪器
环氧树脂(EP)、聚氨酯(PU)、粉末状蜂窝材料、偶联剂KH-550、多聚磷酸铵( APP) 、DDPSN（1,2-二乙二胺）、酸酐、二乙烯三胺（DETA）、无水乙醇，机械搅拌器，烘箱
3.2 实验过程
3.2.1环氧树脂阻燃产品
将粉碎的芳纶蜂窝材料浸入无水乙醇中提取有机物，固定 APP/DDPSN/环氧树脂的质量比为3：3：14，改变提取物的用量，加入偶联剂KH-550,使偶联剂的添加量占提取物的0.5-2%。在 80℃水浴中搅拌均匀，冷却至室温后，加入定量酸酐固化剂搅拌均匀，浇铸在自制的铝模中，在室温固化24 h，继续在 90℃下固化 3 h。待样条完全固化进
行性能测试。芳纶占复合材料的质量比为0%，3%，5%，7%，10%
表1阻燃环氧树脂复合材料配方
| 项目 | APP/DDPSN/EP(wt:wt:wt) | 芳纶（wt %） |
| 1 | 3:3:14 | 0 |
| 2 | 3:3:14 | 3 |
| 3 | 3:3:14 | 5 |
| 4 | 3:3:14 | 7 |
| 5 | 3:3:14 | 10 |
3.2.2聚氨酯阻燃产品
将粉碎的芳纶蜂窝材料浸入无水乙醇中提取有机物，固定 APP/DDPSN/PU的质量比为3：3：14，改变提取物的用量，加入偶联剂KH-550,使偶联剂的添加量占提取物的0.5-2%。在 80℃水浴中搅拌均匀，冷却至室温后，加入定量二乙烯三胺固化剂，搅拌均匀，浇铸在自制的铝模中，在室温固化24 h，继续在 50℃下固化 3 h。待样条完全化
进行性能测试。芳纶占复合材料的质量比为0%，3%，5%，7%，10%
表2阻燃PU复合材料配方
| 项目 | APP/DDPSN/PU(wt:wt:wt) | 芳纶（wt %） |
| 1 | 3:3:14 | 0 |
| 2 | 3:3:14 | 3 |
| 3 | 3:3:14 | 5 |
| 4 | 3:3:14 | 7 |
| 5 | 3:3:14 | 10 |
4 芳纶蜂窝材料在环氧树脂、聚氨酯中的阻燃增强应用研究
4.1 实验材料与仪器
用氧指数测定仪、垂直燃烧测定仪、锥形量热仪、测力机等。
改性环氧树脂、改性聚氨酯，未改性的环氧树脂、聚氨酯。
4.2 实验步骤
取不同组份的改性环氧树脂、改性聚氨酯少量试样，另取等量未改性的环氧树脂、聚氨酯。
4.2.1 极限氧指数的测定（LOI）
使用氧指数测定仪分别测定不同组份已改性的环氧树脂、聚氨酯的极限氧指数。在同样实验条件下对未改性的环氧树脂、聚氨酯进行极限氧指数测定。得到不同组份改性材料的LOI与未改性材料的LOI数值，对不同数据进行比较，得到对环氧树脂、聚氨酯极限氧指数提升最大的芳纶掺杂比例，并将LOI最大值与未改性材料的LOI数值进行比较。
4.2.2 垂直燃烧等级的测定
使用垂直燃烧测定仪分别测定不同组份已改性的环氧树脂、聚氨酯的垂直燃烧等级，在同样实验条件下对未改性的环氧树脂、聚氨酯进行垂直燃烧等级测定。得到不同组份改性材料的燃烧等级与未改性材料的燃烧等级，对不同数据进行比较，得到对环氧树脂、 聚氨酯垂直燃烧等级提升最大的芳纶掺杂比例，并将最高垂直燃烧等级与未改性材料的垂直燃烧等级进行比较。
4.2.3 热量释放速率的测定
使用锥形量热仪分别测定不同组份已改性的环氧树脂、聚氨酯的热量释放速率，在同样实验条件下对未改性的环氧树脂、聚氨酯进行热量释放速率的测定。得到不同组份改性材料的热释放速率与未改性材料的热释放速率，对不同数据进行比较，得到使环氧树脂、聚氨酯热释放速率下降最大的芳纶掺杂比例，并将最高垂直燃烧等级与未改性材料的垂直燃烧等级进行比较。
4.2.4 改性材料的力学性能测试
使用测力机分别测定不同组份已改性的环氧树脂、聚氨酯的拉伸强度与缺口冲击强度，在同样实验条件下对未改性的环氧树脂、聚氨酯进行拉伸强度与缺口冲击强度的测定。得到不同组份改性材料与未改性材料的拉伸强度、缺口冲击强度，对不同数据进行比较，得到不同芳纶掺杂比例对环氧树脂、聚氨酯拉伸强度与缺口冲击强度的影响，并将与未改性材料的拉伸强度与缺口冲击强度进行比较。
4. 参考文献
[1]罗玉清,王萌,郝巍,陆志远.芳纶纸纸基结构性能对蜂窝性能影响关系的研究[j].高科技纤维与应用,2018,43(05):42-47.
[2]郑付来.芳纶纸蜂窝酚醛树脂与国产芳纶纸的匹配性研究[j].高科技纤维与应用,2018,43(04):44-49 37.
[3]罗玉清,宋欢,陆志远,王萌,郝巍.芳纶蜂窝复合材料的制备及性能研究[j].高科技纤维与应用,2018,43(04):5-11.
5. 计划与进度安排
（1）2022-2022-1学期17-20周~2022-2022-2学期第1周~第2周（2022-11-12~2022-3-8），查阅资料，准备开题报告，外文论文翻译；
（2）第3周~第5周（2022-3-11~3-29），分析芳纶蜂窝材料组成、结构；
（3）第6周~第9周（2022-4-1~4-26），芳纶蜂窝材料改性研究；芳纶蜂窝材料在环氧树脂、聚氨酯中的阻燃增强应用研究；
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