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石墨烯基阻燃剂阻燃机理

2021-04-06 已有110人浏览 皖燃科技

只有同时具备火三角——热量、氧气、燃料(基质)三要素,环氧树脂才能够燃烧,只要阻断其中一个要素,燃烧将无法进行。石墨烯基阻燃剂在环氧树脂燃烧过程中主要是通过抑制热量和燃料来实现阻燃。首先,石墨烯具有特殊的二维层状结构,在燃烧过程中可以促进残炭的生成,这些残炭可以作为物理屏障,防止热量的传递,延缓热解产物(一般是可燃性的物质)从基质中逸出。第二,石墨烯具有较大的比表面积,可以有效地吸附易燃性热解产物;此外还可以为金属氧化物等物质提供催化和碳化平台。最后,石墨烯表面含有丰富的官能团(羧基,羟基等基团),一方面含氧官能团低温下分解并脱水,吸收周围的熱量并稀释周围氧气浓度,抑制燃烧;另一方面石墨烯与聚合物分子具有较强的相互作用,与阻燃基体有良好的相容性。 

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石墨烯基阻燃剂的应用现状

2.1 石墨烯单独作为环氧阻燃剂 


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,这归因于石墨烯优异的稳定性,石墨烯以及氧化石墨烯作为阻燃剂单独用于环氧树脂中,能够改善基质的阻燃性能、力学性能。早期,为了了解石墨烯氧化程度对环氧树脂阻燃性能的影响,Lee,Yu Rok等人研究了不同氧化状态下的氧化石墨作为环氧树脂的阻燃剂,研究表明适当的氧化利于石墨烯的阻燃效果,过度氧化则会削弱阻燃性能,并且超声分散利于石墨烯在基体中的分散,但是会削弱阻燃性能。 


使用超声剥离法实现了少片层的石墨烯在环氧树脂中的剥离分散,提高了其在环氧树脂中的分散性,进而提高了环氧树脂的阻燃性和力学性能。锥形量热仪测试表明,相比纯环氧树脂,环氧树脂/氧化石墨烯纳米复合材料的点火时间延长,热释放速率曲线变宽,热释放速率峰值也降低。


虽然石墨烯单独作为阻燃剂,能够有效降低火安全性能,但是存在一定的局限性,石墨烯价格较高,单层制备工艺不够完善。