电化学剥离石墨烯与MPP/ADP协同作用，用于原位聚合阻燃PA6复合材料

聚酰胺6（PA6）通过原位聚合引入石墨烯（GR）、 melamine polyphosphate（MPP）和 aluminum diethylphosphinate（ADP）协同阻燃体系，优化配比后LOI达35%，V-0阻燃且无滴落，热释放抑制显著。GR形成物理屏障，MPP促进炭层，ADP气相阻燃，构建多层次阻燃网络。

　　

摘要

聚酰胺6（PA6）本身具有易燃性，并且容易发生严重的熔融滴落现象，这严重限制了其在航空航天、轨道交通和公共安全领域的应用。为了解决这个问题，我们通过原位聚合将电化学剥离的石墨烯（GR）、三聚氰胺聚磷酸盐（MPP）和铝二乙基磷酸酯（ADP）引入PA6中，开发出了一种互补的阻燃体系。我们对这三种组分的热稳定性和相互作用进行了深入研究。结果表明，优化后的配方显著提升了材料的阻燃性能。具体而言，GR/MPP/ADP/PA6-012和GR/MPP/ADP/PA6-75复合材料的极限氧指数（LOI）分别为35%和29%，并且均通过了垂直燃烧测试，且没有发生滴落现象。在锥形量热测试中，GR/MPP/ADP/PA6-57复合材料表现出最有效的热量释放抑制效果，其峰值热释放率（pHRR）和总热释放量（THR）分别降至76.3 kW·m?2和37.7 MJ·m?2。机理分析表明，石墨烯在燃烧过程中形成了连续、致密的物理屏障，有效阻碍了热量的传递；三聚氰胺聚磷酸盐促进了炭层的形成，增强了凝聚相的保护作用；而铝二乙基磷酸酯在气相中释放PO·自由基，淬灭了活性燃烧物种，并同时促进了炭层的形成。这三种组分协同作用，形成了多层次的“屏障-炭化-淬灭”阻燃网络。本研究为PA6提供了一种高效且环保的阻燃策略。通过优化各阻燃剂的配比，所得复合材料表现出优异的阻燃性能，为工程塑料的阻燃改性及多组分系统的设计提供了新的见解。

亮点

• 通过电化学方法和原位聚合技术开发了PA6的GR/MPP/ADP阻燃体系。
• 电化学剥离的石墨烯在PA6中形成了连续的二维物理屏障，具有优异的分散性。
• 该三元体系实现了35%的极限氧指数（LOI）和V-0级的垂直燃烧测试结果，且无滴落现象。
• 优化后的复合材料在锥形量热测试中使峰值热释放率（pHRR）降低了85.3%，总热释放量（THR）降低了28.5%。
• GR/MPP/ADP体系协同作用，构建了“屏障-炭化-淬灭”阻燃网络。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

数据可用性声明

作者声明，支持本研究结果的数据已在论文中提供。如需其他格式的原始数据文件，可向相应作者提出合理请求。论文附带了原始数据。