Tailored Catalysis Inducing Exceptionally Fire-Safe and Mechanically Reinforced Epoxy at An Ultralow Loading

材料科学 炭化 环氧树脂 韧性 复合材料 抗弯强度 催化作用 联锁 极限抗拉强度 结构工程 生物化学 工程类 化学
作者
Qingqing Bi,Lei Zhang,Zhi Li,E. Tang,Bingbing Hu,Shu Tian,Qingwen Zeng,Jose Hobson,De‐Yi Wang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (51): 59838-59853
标识
DOI:10.1021/acsami.3c15166
摘要

An unconventional P/N/Si-free fire safety of epoxy at an ultralow loading with a significantly improved mechanical robustness and toughness via a mere nanocomposite technique is a great challenge. To achieve the goal, a proof of concept is proposed associated with a hierarchical manipulation of catalysis-tailored FexSy ultrathin nanosheets on organic-layered double hydroxide (LDH-DBS@FexSy) toward the formation of porous piling structure via a self-sacrificing conversion of metal–organic framework. A sufficient characterization certified the targeted architecture and composition. A P/N/Si-free ultralow loading of 2 wt % LDH-DBS@FexSy (i.e., 0.6 wt % FexSy) imparted epoxy with UL-94 V-0 rating, a 36.1% reduction of peak heat release rate, as well as a pronounced fire-protection feature. A systematic contrastive investigation evidenced a time-dependent fire-shielding effect induced by a featured catalysis-tailored ultrafast charring behavior at the interface of epoxy and LDH nanosheets. Intriguingly, the tensile strength, impact strength, and flexural strength were simultaneously enhanced by 62.2, 185.4, and 62.9%, respectively, with a 0.6 wt % incorporation of FexSy hierarchy on the basis of a “root-soil”-inspired interfacial “interlocking” structure. In perspective, an integrated manipulation of an interface catalysis-tailored ultrafast charring and hierarchical “interlocking” construction offer an effective balance of the fire safety, mechanical robustness, and toughness of polymers.
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