膨胀型阻燃剂的纳米结构设计及其阻燃、增强飞机制造用环氧树脂研究

The research and development of advanced materials are of great significance to the development of aerospace technology of our country.In order to satisfy the flame retardant requirements of the Federal Aviation Regulation (FAR/CCAR 25.853) and the requirements of low smoke toxicity of Airbus aircraft standard (ABD0031),the project creatively put forward the construction of nano metal oxide loaded in expanded graphite basing on its hole effect, and then using it to flame retardant epoxy resin modification to solve the problem of easy aggregation of nano metal oxide particles,which is for the purpose of improving the flame retardancy efficiency, reducing the smoke toxicity and reinforcing the flame retardant matrix simutaneously basing on the synergetically flame-retardant and catalytic effect of metal oxide and the lamellar structure of expanded graphite. It is to provide theoretical basis for preparation of flame retardant epoxy with high security and the technical support for China's civil aviation airworthiness department by the detailed studies of the nano effect of nano intumescent flame retardant and nano metal oxide loaded in porous medium on the flame-retardant,toxicity gas reduced, reinfoced effect of epoxy resin,which is also to provide theoretical basis and a new way for development of other flame retardant materials.

先进材料的研究和开发对发展我国航空航天技术具有重要意义。为同时满足美联邦航空管理条例（FAR/CCAR 25.853）的阻燃要求和空客飞机标准（ABD0031）的低烟气毒性要求，本项目创造性地提出采用多孔介质的孔洞效应构建膨胀石墨负载纳米金属氧化物，并将其用于环氧树脂的协同阻燃改性，解决纳米粒子易团聚的问题，利用膨胀石墨的刚性片层结构增强环氧树脂的同时，利用纳米金属氧化物的催化作用和协同阻燃作用，达到同时提高阻燃效率、降低烟气毒性和增强阻燃基体的目的。系统研究多孔介质负载纳米金属氧化物在环氧树脂中的纳米效应对阻燃、增强、降低烟气毒性的影响及其作用机理，为制备高安全性阻燃环氧树脂提供理论依据，并为我国民航适航部门提供技术支持，也为指导其他阻燃材料的开发提供理论依据和新途径。

先进材料的研究和开发对发展我国航空航天技术具有重要意义。环氧树脂是一种重要的热固性树脂，与大多数塑料、非金属材料和金属材料都具有优异的粘结性能，使用工艺灵活，在国民经济各领域中广泛用作涂料、胶粘剂和复合材料。环氧树脂固化物具有良好的化学稳定性、耐腐蚀性、电绝缘性和机械性，然而其防火性能差大大限制了其在航空航天领域、国防工业和轨道交通等高端领域的潜在应用。本项目针对我国飞机制造国产化用高阻燃、低烟气毒性环氧树脂的迫切需求，通过研究(1)聚磷酸铵（APP）/Cu2O在环氧树脂中的协同阻燃作用及其机理；(2)APP/滑石粉在环氧树脂中的协同阻燃作用及其机理；(3)碳纤维织物增强自膨胀阻燃环氧树脂复合材料的制备及其应用性能；(4)自膨胀阻燃环氧树脂防火涂料的制备及其应用性能，发现APP、Cu2O、环氧树脂（EP）以及APP、滑石粉、环氧树脂在恰当的组分比例下均能形成自膨胀高阻燃防火体系，并从热分解动力学的角度分析了形成自膨胀阻燃体系的原因，提出了一种基于加速催化成碳构建膨胀型阻燃技术的新理念，大大提高了环氧树脂的防火性能，阻燃指数最高可达20.0，烟气毒性参数满足波音公司、空客公司以及我国民航局等民用航空领域的高要求，涂有1mm厚该自膨胀阻燃防火涂料的钢板，在950±50℃的火焰作用下，能长时间保持300℃以下；使其作为高性能纤维增强环氧树脂基复合材料用作航空航天、国防工业和轨道交通等高端领域的结构部件，实现“以塑代钢”轻量化的同时，提高结构部件的防火性能变得可能，也为开发用于航空航天、国防工业和轨道交通等高端领域兼具优异防火和防腐功能的涂料打下了重要的技术和理论基础；项目的完成可为制备高阻燃、低烟气毒性环氧树脂提供理论依据，为我国民航适航部门提供技术支持，也为指导其他阻燃材料的开发提供理论依据和新途径。因此，本项目的完成，丰富了材料阻燃技术的科学内容，对材料阻燃科学技术的发展具有重要意义。