Nanosepiolite/MXene synergistically enhances the flame retardancy and mechanism of ethylene vinyl acetate copolymer with ammonium polyphosphate
本研究表明，通过结合聚磷酸铵、纳米海泡石和MXene构建的三元协同阻燃体系，能够通过形成致密且增强的炭层，显著提升乙烯-醋酸乙烯共聚物的阻燃性能和机械性能，为高性能新能源电缆防护提供了一种极具前景的解决方案。
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火是一种无情的力量，通过消耗燃料并释放热量来形成一个难以打破的循环。对于日常生活中使用的材料而言，从为家庭供电的电缆到太阳能电池板上的保护层，这都是一个持续存在的挑战。其中一种被称为乙烯-乙酸乙烯酯（EVA）的柔性塑料因其耐用性和易用性而备受青睐，但它有一个致命缺陷：极易着火并产生剧烈的高温。为了阻止这一点，科学家通常会添加阻燃剂，即旨在中断火灾燃料供应或冷却材料的化学物质。然而，传统的解决方案往往代价高昂。添加足够的这些化学物质以确保塑料安全，通常会使其变得脆弱，导致在压力下开裂；或者需要如此大量的添加剂，以至于材料失去了其原有的实用特性。研究人员的长久目标一直是寻找一种既能让这些塑料具备防火性能，又不牺牲其强度或柔韧性的方法。
来自河南城市建设学院的一个研究团队与江苏的一家化工公司采取了一种新方法来解决这一问题，他们通过将三种不同的成分混合到塑料中，从而创造出一层保护屏障。他们以基础塑料为基底，添加了一种名为聚磷酸铵的常见阻燃化学物质，它通过在受热时产生一层屏障来发挥主要防御作用。为了强化这一屏障，他们引入了两种先进材料：纳米海泡石（由微小的针状纤维组成）和MXene（一种由超薄层状结构组成的现代材料）。研究人员将这些元素按精确的比例结合在一起，以观察它们是否能够协同工作，从而形成比任何单一成分都更坚固、更有效的防火屏障。
他们的实验结果表明，这种组合的效果非常出色。当他们测试这种新混合物时，发现它变得显著难以点燃。维持材料燃烧所需的氧气量从普通塑料典型的低水平增加到了更高的阈值，这表明其具有很强的抗火性。更重要的是，当材料在受控测试中受到剧烈加热时，其释放热量的速度大幅下降。与未经处理的塑料相比，热释放的峰值强度下降了一半以上，且燃烧过程中释放的总能量也大幅减少。这意味着如果发生火灾，火势的发展会慢得多，且破坏力也小得多。
成功的秘诀在于这三种成分如何相互作用以形成物理屏障。当塑料受热时，聚磷酸铵会分解并在表面形成一层泡沫状的炭化层。在过去，这种层通常很脆弱且容易开裂，导致热量和氧气渗透并助长火势。在这种新的混合物中，纳米海泡石纤维充当了增强网格的角色，将炭化层固定在一起并防止其破碎。MXene片层则通过形成一个致密、光滑的表面增加了另一层保护，阻挡热量传递，并有助于将炭层转化为更硬、更稳定的结构。这些组分共同创造了一个连续且致密的屏蔽层，将热量困在内部，并阻止火势蔓延。
除了抑制火灾之外，研究人员还发现这种新混合物实际上提高了塑料的强度。虽然添加许多阻燃剂通常会使材料变弱且更容易折断，但这种特定的混合物增加了材料的抗拉强度和刚性，尽管它降低了材料的延展性和伸展能力。这种塑料变得更强、更硬，同时保持了其电绝缘性能，这对于其在电缆和电子设备中的应用至关重要。团队观察到，微小的纤维和片层均匀地分布在塑料中，与材料紧密结合而非聚集在一起，这使得它们能够有效地增强结构。
研究结论指出，这种三部分组成的系统为在不损害性能的情况下提高柔性塑料的安全性提供了一个强大的解决方案。通过仔细平衡化学阻燃剂、纤维状矿物和层状片的比例，研究人员创造出了一种既能抵抗火灾、释放较少热量，又能在压力下保持强度的材料。这种方法为依赖防火材料的行业（如新能源电缆和防护装备制造）提供了一条充满前景的路径，在这些领域，安全性与耐用性同样至关重要。这项工作证明，通过理解不同材料在微观层面的相互作用，完全可以设计出对火灾威胁具有更强韧性的塑料。
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