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第 2 期 闫亚男，等: 磷氮阻燃剂的合成及其在环氧树脂中的应用 ·319·

和 6.4%，这也证明了 PAEPA 有一定的成炭作用。
2.2.2 PAEPA/E-51 阻燃环氧树脂复合材料的阻燃
性能和力学性能
环氧树脂复合材料的阻燃性能及力学性能在表
3 和表 4 中列出。

表 3 PAEPA/E-51 阻燃环氧树脂复合材料的阻燃性能
Table 3 Flame retardant performance of flame retardant
epoxy resin composite materials

样品
图 3 环氧树脂复合材料的 TG 曲线 EP-0 EP-1 EP-2 EP-3
Fig. 3 TG curves of epoxy resin composite materials w(P)/% 0 2.2 2.6 3.1
LOI/% 21.1 26.7 29.8 31.3
UL-94 No rating V-1 V-0 V-0

表 4 PAEPA/E-51 阻燃环氧树脂复合材料的力学性能
Table 4 Mechanical properties of flame retardant epoxy
resin composite materials
样品

EP-0 EP-1 EP-2 EP-3
w(P)/% 0 2.2 2.6 3.1
拉伸强度/MPa 4.3 44.4 36.8 35.2
2
冲击强度/(kJ/m ) 8.0 6.6 5.3 4.9
图 4 环氧树脂复合材料的 DTG 曲线
Fig. 4 DTG curves of epoxy resin composite materials 从表 3 中可以看出，纯环氧树脂 EP-0 的 LOI
值仅为 21.1%，UL-94 测试没有等级，表明环氧树
表 2 不同样品的热分析数据
Table 2 Thermal analysis data of different samples 脂材料是易燃的。当 w(P)=2.2%时，材料的 LOI 值
从 21.1%增加到 26.7%，材料通过 UL-94 V-1 级。随
样品
着阻燃剂的增加，体系磷含量逐渐增大，材料的氧
EP-0 EP-1 EP-2 EP-3
指数逐渐增加。当 w(P)=3.1%，材料成功通过 UL-94
w(P)/% 0 2.2 2.6 3.1
T 5%/℃ 338.7 314.7 301.0 254.0 垂直燃烧试验 V-0 级，氧指数达到 31.3%，表明阻
T max/℃ 371.8 348.9 330.4 317.9 燃剂具有良好的阻燃性 [26] 。主要是因为阻燃剂
残炭量/% 2.0 3.3 5.1 6.4 PAEPA 在燃烧过程中分解产生的磷酸和多磷酸及其
它物质能催化环氧树脂的碳酸化，燃烧后形成的炭
从图 3、表 2 可知，纯环氧树脂 EP-0 的初始分 层可以抑制可燃气体、氧气和热量进入材料内部，
解温度 T 5% 为 338.7 ℃，环氧树脂复合材料 EP-1 到 为内部材料提供保护，从而提高材料的阻燃性。
EP-3 的 初 始 分解温 度分 别为 314.7 、 301.0 和 由表 4 可知，PAEPA/EP-51 与纯 EP 相比，力
254.0 ℃，说明添加 PAEPA 后，由于含磷结构的阻燃 学性能略有下降，当 w(P)=2.2%时，拉伸强度和冲
2
剂的分解温度相对较低，在 220~280 ℃，P—O—C 击强度分别达到 44.4 MPa 和 6.6 kJ/m ，力学性能最
开始分解 [24] ，及其分解和催化作用，导致环氧树脂 好。随着磷含量的增加，即 PAEPA 添加量的增加，
复合材料的分解温度下降；从 DTG 曲线可知，EP-0 机械性能逐渐降低，可能是因为添加量越大，体系
的最大失重速率温度（T max ）发生在 371.8 ℃，EP-1、 的黏度越大，并且阻燃剂在基质中的分散性变差。
EP-2、EP-3 的最大失重速率温度分别发生在 348.9， 同时，PAEPA 的分子结构更加坚硬，当它与环氧树
330.4 和 317.9 ℃，且失重速率逐渐减小，说明 脂反应时，过量的 PAEPA 会增加反应位点的空间位
PAEPA 的加入在一定程度上可以延缓环氧树脂热分 阻，导致体系的交联密度降低，力学性能下降。
解，降低燃烧速度 [25] 。 2.2.3 PAEPA/E-51 阻燃环氧树脂复合材料燃烧后
由表 2 可知，与 EP-0 相比，EP-1、EP-2、EP-3 的残炭扫描电镜图
在 1000 ℃的残炭量由 2.0%分别提高到 3.3%、5.1% 样品燃烧后残炭的微观形貌见图 5。