黑磷(烯)聚合物复合材料制备及性能研究

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聚合物材料中,环氧树脂(EP)作为一种热固性树脂,有着优异的使用性能,价格低,产能高。然而,作为一种常用的聚合物材料,EP本身也具有易燃的性质。黑磷作为一种新型的应用型二维材料,存在可调能隙,在纳米电子器件及阻燃领域引起了各界广泛关注。然而此前的许多研究报告中,经过UL-94垂直燃烧测试,纳米颗粒的添加并不能有效改善聚合物的阻燃性能。因此,我们通过制备了黑磷晶体及少层黑磷烯粉末(BPP),与EP进行复合,对复合材料采用了UL-94垂直燃烧测试和热失重分析相结合的方法,研究了 BPP对EP基材料阻燃性能的影响。同时经过弯曲性能测试,研究其对EP基复合材料力学性能影响。通过与红磷以及微胶囊红磷对EP的影响作为对比,探讨了 BPP阻燃EP的优缺点。结果表明,BPP/EP复合材料的阻燃性能随BPP含量的增加而提高。当BPP的含量大于0.94wt%时,在UL-94测试中,BPP/EP复合材料的阻燃等级可以达到V-O等级。热失重分析测试结果表明,BPP/EP复合材料的分解温度也随着BPP含量的增加而升高。此外,复合材料燃烧之后的残炭率也由一开始的0%增加到了 24%,这与磷系阻燃剂的凝聚相阻燃方式有关,表明了 BPP可与聚合物发生反应并参与成炭。与此同时,在0-0.94wt%范围内,当BPP添加量增加时,复合材料的弯曲强度先增大后减小,当添加0.2wt%的BPP时,复合材料的弯曲强度可以达到未添加BPP的EP材料的2倍以上,当添加量达到约1wt%的时候,复合材料的弯曲强度仍然高于未添加BPP的EP。这表明BPP的加入并没有降低EP基体材料的力学性能。最后,相比于红磷及微胶囊红磷对EP的阻燃效果,我们发现,复合材料的阻燃达到V-0等级所用的红磷量是BPP的10倍,所用微胶囊量是BPP的5倍,而且复合材料的弯曲强度也随红磷与微胶囊红磷的增加而降低。因此,我们认为BPP阻燃EP在工业上是切实可行的。
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