石墨烯和氮化硼纳米片的制备、改性及其阻燃性能研究

发布时间：2020-07-02 04:08

【摘要】：纺织品和硅橡胶在现代建筑和生活中被广泛使用,可一旦这些材料发生燃烧将很难控制且危害较大,同时阻燃剂在建筑物防火中的应用意义巨大,本文针对当下阻燃剂的缺点与不足选择石墨烯与氮化硼作为阻燃材料,通过SEM、XRD等表征实验验证了材料的成功制备与改性;同时本文提出将改性氧化石墨烯与氮化硼纳米片应用于纺织品和硅橡胶中,利用极限氧指数、热重、燃烧热、锥形量热仪等实验分析探讨其阻燃效果,其测试结果如下:通过扫描电镜和透射电镜观察了所制得的样品的微观形貌和晶体结构;X-射线光电子能谱和拉曼光谱实验分析,测试了氮化硼纳米片的结晶度和衍射峰,并发现P、N元素成功掺杂到石墨烯中;通过X-射线粉末衍射实验确定样品基本结构,并计算出了样品的层间距,发现改性物的层间距由于元素的掺杂而变大;由红外光谱、紫外可见吸收光谱实验确定了样品的特征官能团,发现了氮化硼纳米片的成功剥片和元素的成功掺杂。将改性氧化石墨烯与氮化硼纳米片涂覆于织物,利用极限氧指数、燃烧热、热重、锥形量热仪、碳骨架分析等实验,得出氧化石墨烯单独作用于织物无明显的阻燃效果,磷改性的氧化石墨烯的阻燃效果最好,同时对棉布有一定的抑烟作用,氮改性氧化石墨烯在阻燃方面不是太理想,但是对抑烟有强烈的作用;氮化硼纳米片和HCCP改性的氮化硼纳米片对棉织物具有良好的阻燃效果,氮化硼单独作用于薄材料的阻燃效果不是很理想,但HCCP改性的氮化硼纳米片处理后的材料阻燃效果比较好。样品与织物的贴合度都比较良好,且改性后的样品对织物纤维有一定的保护作用。将改性氧化石墨烯与氮化硼纳米片通过炼胶机添加到硅橡胶中,利用极限氧指数和热重实验分析表明,氧化石墨烯对硅橡胶阻燃没有帮助,但磷改性氧化石墨处理的样品阻燃效果较好;HCCP改性氮化硼纳米片的阻燃效果最佳,其次为氮化硼纳米片及氮化硼原料。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ314.248;TB383.1
【图文】：

质素和氮元素组合而成的无机化合物。氮化氮化硼有两种常见的杂化方式，即 sp2杂 主要包括六方 BN 和三方 BN。sp3杂化 BN[61, 63]。BN 各物相的结构参数如表 1表 1-1 氮化硼各晶型的结构参数 Structural parameters of each boron nitride crysta晶体结构 晶格常数 层状结构 a=2.5044 ,c=6.652层状结构 a=2.5042 ,c=9.99闪锌矿 a=3.6153 纤锌矿 a=2.5505 ,c=4.210

通过临界氧指数分析仪、锥形量热仪、CT5000A 型多用热量测定仪以及纺织品垂直燃烧测定仪等对处理后织物样品进行阻燃性能研究；（3）将氧化石墨烯及改性氧化石墨烯的乙醇溶液，通过炼胶机辊筒炼胶过程添加到硅橡胶中，利用临界氧指数分析仪、热重分析仪，微量仪进行硅橡胶阻燃性能研究。（4）采用碱熔融法制备氮化硼纳米片，并进行磷掺杂，对所得样品的结构进行表征分析；（5）利用氮化硼纳米片及改性氮化硼纳米片的水溶液对可燃织物进行浸渍烘干处理，通过临界氧指数分析仪、锥形量热仪、CT5000A 型多用热量测定仪以及纺织品垂直燃烧测定仪等对处理后织物样品进行阻燃性能研究；（6）将氮化硼纳米片及改性氮化硼纳米片的乙醇溶液，通过炼胶机辊筒炼胶过程添加到硅橡胶中，利用临界氧指数分析仪、热重分析仪、微量仪进行硅橡胶阻燃性能研究。技术路线图如图 1-2 所示：

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