发布时间:2025-01-19 10:25:08
采用等离子体球磨法,制备了少层黑磷纳米片(BPNSs),以增强环氧树脂(EP)的阻燃性能。在等离子体球磨过程中,Ar气被电离形成Ar等离子体,保护BP免于氧化。同步辐射光谱显示,Ar@BP纳米片的吸收系数提高了16.91%,证明该工艺有效阻止了BP的氧化。Ar@BP与氧气的结合能为4.44eV,增强了BP的稳定性。与EP相比,加入1.5wt%Ar@BP后,总热释放量(THR)、总烟释放量(TSR)、总生烟量(TSP)、CO和CO2产率分别降低了30.40%、24.41%、24.10%、33.23%和37.60%,展现出优异的阻燃效果。同时,拉伸强度和断裂伸长率分别提高了27.92%和56.04%,体现了Ar@BP对BP的改性作用。
Ar等离子体的引入为防止BP氧化提供了一种新策略。在等离子体球磨法制备过程中,Ar气通过高压电场被电离形成等离子体,与BP原子表面的孤对电子相互作用,避免BP与空气中的氧气和水发生反应。这显著提高了BP的空气稳定性。
实验结果表明,Ar@BP纳米片的X射线衍射(XRD)图谱显示出平滑曲线,表明Ar保护了BP免受氧化。拉曼光谱显示,Ar@BP在空气中暴露后的氧化程度低于MBP,进一步证明了Ar对BP的保护作用。TEM测试显示,Ar@BP纳米片的尺寸比MBP小,这可能是因为Ar与BP之间相互作用减弱了原子间的范德华力,使得在剥离过程中能够获得尺寸更小的纳米片。
通过SEM测试,发现Ar@BP纳米片的分布更为均匀,这可能是Ar与BP之间的相互作用导致的纳米片紧密结合。AFM测试表明,Ar@BP纳米片的厚度更薄,且具有更均匀的表面结构,这有利于提高复合材料的性能。
复合材料的热稳定性通过TGA和DTG测试得到验证,Ar@BP复合材料的残炭率显著高于EP和MBP复合材料,这表明Ar@BP对EP的阻燃性能更好。拉伸强度和断裂伸长率的提高,体现了Ar@BP改性对BP力学性能的增强作用。
燃烧过程中,Ar@BP复合材料的热释放速率、总放热量、产烟速率、总产烟量、烟气释放速率和烟气总释放量均显著降低,表明Ar@BP对EP的阻燃效果优于EP/MBP复合材料。此外,Ar@BP复合材料的CO和CO2释放量也有所降低,进一步证明了其阻燃性能的提高。
阻燃机理研究发现,Ar@BP复合材料通过凝聚相和气相阻燃作用,形成致密的残炭层,延缓了热量和氧气的传递,抑制了EP的热解过程,同时减少了可燃性化合物的解离,破坏了气相链式反应,从而提高了复合材料的阻燃性能。
总之,采用等离子体球磨法制备的Ar@BP复合材料显著提高了EP的阻燃性能,展现了优异的力学性能和燃烧性能。这归因于Ar对BP的保护作用,以及Ar@BP复合材料在阻燃机理上的协同效应。