熱固性樹(shù)脂如不飽和聚酯、乙烯酯、環(huán)氧樹(shù)脂被廣泛作為基體材料使用在纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中。這些高分子復(fù)合材料由于它們的良好的力學(xué)性能、物理化學(xué)性能、高的比強(qiáng)度正在快速替代金屬在承重結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用，例如飛機(jī)、軍用車(chē)輛、輪船、建筑和海上裝置。然而，在這些應(yīng)用中絕大多數(shù)產(chǎn)品需要符合防火的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定。玻纖、碳纖和芳綸纖維常常被用作增強(qiáng)纖維，所有這些增強(qiáng)纖維在正常條件下是不燃的。復(fù)合材料易燃與否決定于所使用的樹(shù)脂。大多數(shù)常用樹(shù)脂阻燃性順序?yàn)椋悍尤?shù)脂環(huán)氧聚酯和乙烯酯。酚醛樹(shù)脂在供火條件下是不燃的，它們易形成炭而不是熔融或燃燒。因此它們應(yīng)用在防火和煙釋放被嚴(yán)格規(guī)定的領(lǐng)域，例如飛機(jī)內(nèi)部、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的噴嘴等，但是由于它們脆的缺點(diǎn)而不能作為承重結(jié)構(gòu)使用。大多數(shù)不飽和聚酯、乙烯酯、環(huán)氧樹(shù)脂是通過(guò)添加阻燃元素或者官能團(tuán)來(lái)進(jìn)行阻燃改性的，例如磷、鹵、硼、苯酚。在不飽和聚酯和乙烯酯中，含鹵樹(shù)脂和溴苯乙烯固化劑的使用非常常見(jiàn)。環(huán)氧樹(shù)脂加入磷以后氧指數(shù)能從22達(dá)到28 vol %。環(huán)氧樹(shù)脂中加入鹵素例如含溴的雙酚C二環(huán)氧甘油醚(DGEBC)、含氟的雙酚F二環(huán)氧甘油醚(DGEBF)、含溴的四溴雙酚A(TBBA)，能增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂的熱穩(wěn)定性。適當(dāng)?shù)墓袒瘎┖陀不瘎┮材茉鰪?qiáng)樹(shù)脂的熱穩(wěn)定性和阻燃性。雖然這些阻燃改性樹(shù)脂的方法很有效，但是一些含鹵的阻燃改性樹(shù)脂釋放出有毒和腐蝕性氣體，引起了環(huán)境問(wèn)題。添加型和反應(yīng)型阻燃劑在樹(shù)脂上的使用也是常見(jiàn)的材料阻燃改性的方法。但是，如果加入大量的添加型阻燃劑對(duì)復(fù)合材料的力學(xué)性能有不利的影響。在提升材料的阻燃性的同時(shí)保持材料好的力學(xué)性能是個(gè)挑戰(zhàn)。氫氧化鋁、氫氧化鎂、碳酸鈣之類(lèi)的無(wú)機(jī)填料必須達(dá)到很高的含量( 30% w/w)才會(huì)對(duì)阻燃有效，但它們不釋放有毒煙霧對(duì)環(huán)境友好。聚磷酸銨和其它的磷酸化合物、紅磷是無(wú)鹵阻燃劑的選擇，但是它們?cè)谌紵龝r(shí)增加煙的釋放量。硼酸鋅和錫酸鋅常常被用來(lái)作為抑煙劑，但是，在通風(fēng)條件差的大火中，20% (w/w)阻燃劑添加量無(wú)論含不含硼酸鋅都不足以阻燃和抑煙。

在過(guò)去的十年有很多的研究關(guān)于納米復(fù)合材料改進(jìn)聚合物阻燃。有很多文獻(xiàn)報(bào)道納米有機(jī)粘土均勻地分散在聚合物的基體中能改進(jìn)材料的力學(xué)性能和阻燃性能。但是我們的實(shí)驗(yàn)室研究發(fā)現(xiàn)，納米粘土添加到熱固性材料中對(duì)阻燃貢獻(xiàn)不大。Table 1 和Figure 1里面的錐形量熱數(shù)據(jù)分別展示了不同有機(jī)改性粘土對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂和不飽和聚酯的影響。納米粘土雖然一定程度上降低了樹(shù)脂的熱釋放速率，但是對(duì)點(diǎn)火時(shí)間的延長(zhǎng)沒(méi)有效果。從Table 1中我們可以看出絕大多數(shù)情況下高分子/層狀納米復(fù)合材料不能通過(guò)LOI和UL-94這些商業(yè)燃燒測(cè)試。但是，如Figure 1，它們和傳統(tǒng)阻燃劑的復(fù)配使用有較好的結(jié)果。通過(guò)觀察研究得出這個(gè)結(jié)論，納米復(fù)合材料由于它們較低的燃燒速率能降低阻燃劑的含量而滿足工業(yè)阻燃的標(biāo)準(zhǔn)。

從上面的討論，我們清楚地發(fā)現(xiàn)沒(méi)有任何阻燃改性這些樹(shù)脂的方法是完美并毫無(wú)缺點(diǎn)的，因此仍需要改進(jìn)阻燃方法。一種方法就是將易燃樹(shù)脂和阻燃樹(shù)脂混合從而改進(jìn)易燃樹(shù)脂的阻燃性，這種方法雖然不是最新的，但是沒(méi)有被很好的開(kāi)發(fā)和發(fā)展。在這種共混聚合物中，有本質(zhì)上或者結(jié)構(gòu)上的不同的兩種或者更多的高分子鏈密切混合而沒(méi)有彼此形成共價(jià)鍵。這種共混聚合物將會(huì)擁有每種聚合物的優(yōu)異性能。兩種樹(shù)脂的反應(yīng)型共混可能會(huì)形成半互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(IPNs)或者雜化聚合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(HPNs)。在我們實(shí)驗(yàn)室，我們已經(jīng)開(kāi)發(fā)鄰苯二甲酯類(lèi)聚酯(Crystic 471 PALVScott-Bader)和可熔酚醛樹(shù)脂(Durez 37006Sumitomo Bakelite Europe)的共混物。通過(guò)示差掃描量熱儀（DSC）和動(dòng)態(tài)熱力學(xué)分析（DMTA）研究了它們的相容性和固化性。在摸索出成功的固化條件的基礎(chǔ)上，聚酯與酚醛樹(shù)脂混合比為70 : 30、60 : 40和50 : 50被加工鑄型。相關(guān)測(cè)試結(jié)果列于Table 2和Figure 2。聚酯首先在室溫條件下加工處理24 h，然后再在80oC加工處理24 h。酚醛樹(shù)脂和聚酯-酚醛樹(shù)脂共混物在一般的真空烘箱中80oC加工處理24 h，然后在100oC加工處理1 h。

從DSC和DMTA的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)很好的完成了對(duì)該共混物的加工。樹(shù)脂的Tg值（從曲線的峰值獲得）隨著共混物中酚醛樹(shù)脂含量的增加而增加，但是，50 : 50的共混物的Tg要比60 : 40的低。從TGA曲線（Figure 2）發(fā)現(xiàn)，共混物的熱穩(wěn)定性介于聚酯和酚醛樹(shù)脂熱穩(wěn)定性之間，取決于共混物的比例。極限氧指數(shù)（LOI）值表現(xiàn)出類(lèi)似的趨勢(shì)，即LOI值隨著酚醛樹(shù)脂含量的增加而增加。這個(gè)研究說(shuō)明共同固化不飽和聚酯（可能為乙烯酯）和合適的酚醛樹(shù)脂是可行的，但是這種共混物有著互相穿插的結(jié)構(gòu)而沒(méi)有通過(guò)真正的化學(xué)相互作用。在下面的工作中，我們會(huì)對(duì)樹(shù)脂進(jìn)行化學(xué)修飾來(lái)使它們之間相容性更好而達(dá)到反應(yīng)型固化。