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石墨烯基阻燃劑在環氧樹脂中的研究進展

2021-03-01 20:50:33

石墨烯基阻燃劑阻燃機理


只有同時具備火三角——熱量、氧氣、燃料(基質)三要素,環氧樹脂才能夠燃燒,只要阻斷其中一個要素,燃燒將無法進行。石墨烯基阻燃劑在環氧樹脂燃燒過程中主要是通過抑制熱量和燃料來實現阻燃。首先,石墨烯具有特殊的二維層狀結構,在燃燒過程中可以促進殘炭的生成,這些殘炭可以作為物理屏障,防止熱量的傳遞,延緩熱解產物(一般是可燃性的物質)從基質中逸出。第二,石墨烯具有較大的比表面積,可以有效地吸附易燃性熱解產物;此外還可以為金屬氧化物等物質提供催化和碳化平臺。Z后,石墨烯表面含有豐富的官能團(羧基,羥基等基團),一方面含氧官能團低溫下分解并脫水,吸收周圍的熱量并稀釋周圍氧氣濃度,抑制燃燒;另一方面石墨烯與聚合物分子具有較強的相互作用,與阻燃基體有良好的相容性。 


 2

石墨烯基阻燃劑的應用現狀


2.1 石墨烯單獨作為環氧阻燃劑 

威海云山科技告知大家相比其他碳材料,石墨烯具有卓越的阻燃性能,這歸因于石墨烯優異的穩定性,石墨烯以及氧化石墨烯作為阻燃劑單獨用于環氧樹脂中,能夠改善基質的阻燃性能、力學性能。早期,為了了解石墨烯氧化程度對環氧樹脂阻燃性能的影響,Lee,Yu Rok等人研究了不同氧化狀態下的氧化石墨作為環氧樹脂的阻燃劑,研究表明適當的氧化利于石墨烯的阻燃效果,過度氧化則會削弱阻燃性能,并且超聲分散利于石墨烯在基體中的分散,但是會削弱阻燃性能。 

  

使用超聲剝離法實現了少片層的石墨烯在環氧樹脂中的剝離分散,提高了其在環氧樹脂中的分散性,進而提高了環氧樹脂的阻燃性和力學性能。錐形量熱儀測試表明,相比純環氧樹脂,環氧樹脂/氧化石墨烯納米復合材料的點火時間延長,熱釋放速率曲線變寬,熱釋放速率峰值也降低。 


雖然石墨烯單獨作為阻燃劑,能夠有效降低火安全性能,但是存在一定的局限性,石墨烯價格較高,單層制備工藝不夠完善。


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