阻燃剂是一类重要的高分子添加剂，用以提高高分子材料的耐火性能。这些剂主要基于卤素元素、磷元素，以及无机和三聚氰胺类化合物。近年来研究聚焦于纳米粘土、碳纳米管、粉煤灰和氧化石墨烯等纳米材料，以及它们之间的组合。

研究还表明，纳米粘土与多壁碳纳米管（MWCNTs）的结合、纳米粘土与粉煤灰、以及MWCNT与粉煤灰等不同组合，在更高的添加量下能够提供更好的阻燃性能和机械性能。

在基于氧化石墨烯（GO）和多壁碳纳米管（MWCNT）的聚合物杂化填料技术方面，已有多项研究取得了进展。研究结果表明，即使以极低的浓度引入GO，也能显著提高环氧树脂复合材料的力学强度。

实验证实，氧化石墨烯和纳米粘土的协同作用可以有效降低氯丁基-天然橡胶混合物的透气性。而有机杂化蒙脱石-石墨烯填充复合材料相较于纯环氧树脂表现出更好的热稳定性，低浓度下的杂化颗粒制备出的材料性能稍逊于单纯含氧化石墨烯的复合材料。

通过将实验室合成的氧化石墨烯（GO）用作环氧酚醛中纳米粘土（NC）的分散剂，制备了不同重量比的GO/NC颗粒混合物，使用浓度为1%。而氧化石墨烯本身就能作为其他纳米颗粒（如纳米粘土）的有效分散剂，这种组合的引入通常会增强复合材料的机械性能。

将Epikote 240环氧树脂与纳米粘土I.30E以及多壁碳纳米管相结合，为混合物注入了更强的性能潜力。纳米粘土I.30E以不同的含量，大概是1%，3%和5%重量，引入混合物，MWCNT的用量为混合物质量的0.05%。再引入了石墨氧化物（GO）作为一种功能性添加剂，浓度为混合物质量的0.5%。

为了确保成分均匀混合，采用了先进的机械搅拌和超声处理技术。在机械搅拌器HS-T SET中，以1000rpm的速度和80摄氏度的温度搅拌3小时，随后在Elmasonic S300H超声浴中进行6小时的超声处理。

在材料混合和处理完成后，引入了DETA固化剂，通过搅拌和消泡等步骤确保混合物的均匀性。将样品倒入模具中，并在80摄氏度下烘烤3小时，然后在稳定的条件下（7天）进行进一步的研究。

根据JIS K720标准，采用极限氧指数（LOI）测试来评估材料的阻燃性能。测试时使用的样品棒的尺寸为mm3。

水平燃烧测试（UL-94HB）是另一种常用的评价方法。在这个测试中，标准棒材试样的长度为一定的毫米数，宽度也固定在毫米，提供了最小厚度和3.0毫米厚。这项测试遵循ASTM D635-12标准。

垂直燃烧试验（UL 94 V）也是评价材料阻燃性的方法之一。在这个测试中，标准棒材样品需要以最小和最大厚度提供，其中最大厚度不得超过13毫米。

对于机械性能的评价，抗拉强度通常根据ISO 527-1993标准在INSTRON 5582-100 kN机器上测定，测试时的拉伸速度为5 mm/min，环境温度为25°C，湿度为75%。

而弯曲强度则根据ISO 178-1993标准在同样的机器上测定，弯曲速度为5 mm/min，环境温度为25°C，湿度为75%。抗压强度方面，ISO 604-1993标准要求在INSTRON 5582-100 kN机器上测试，压缩速度为5 mm/min，环境温度为25°C。

悬臂梁冲击强度是另一个重要的机械性能参数，通常根据ASTM D265标准在Tinius Olsen机器上进行测定。最后通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）测试，并使用KBr片剂记录，将KBr粉末与少量的GO样品混合后压缩制成的。

1. 机械性能

将3 wt.%的纳米粘土、0.05 wt.%的MWCNT和0.5 wt.%的GO引入材料中，形成了一个独特的交叉结构，表明纳米材料之间的相互作用加强了材料的综合性能。

特别是这些纳米材料的结合促进了填料与环氧树脂基体之间的协同作用，在界面处形成了更强的连接。

这种优化界面结构导致了拉伸强度的提高，相比纯环氧树脂的增加达到了97%；同时，弯曲强度增加了19.33%，抗压强度增加了23.163%，冲击强度提升了12.%。

这种显著的性能提升可以追溯到纳米材料表面的官能团与环氧树脂分子之间的相互作用。纳米颗粒的添加引发了强共价键的形成，增强了材料的机械性能，如拉伸强度、弯曲强度和硬度。

由于增强材料的添加限制了分子链的运动，使得材料的拉伸、弯曲和冲击强度得到了显著提升。这种增强不仅避免了材料脆化，还减少了变形，有效地提高了复合材料的耐久性。

2. 阻燃性能

经实验研究发现，在研究过程中使用的不同比例的杂化材料GO（氧化石墨烯）和MWCNTs（多壁碳纳米管）与纳米粘土在阻燃性能上产生了显著影响，结果如下图所示。

从图中可以明显看出，不同配比的这些混合材料表现出令人满意的耐火性能，其有限氧指数（LOI）在27.6%至31%之间，这意味着这些材料在点燃时所需的最低氧气浓度相对较高。

进一步分析发现，纳米粘土、MWCNTs和GO之间的协同作用导致了比通常更加密集的屏障结构的形成，从而阻止了材料与热源和氧气的直接接触。

混合材料的阻燃机制可解释为：纳米粘土、MWCNTs和GO相互作用产生的屏障结构，有效地隔离了材料表面与外界热源和氧气源之间的联系，从而抑制了燃烧的发生。

GO的引入使材料密度增加，限制了外部气体的渗透，因此气体需要通过更长、更复杂的路径才能进入材料内部。

但随着纳米粘土含量达到5 wt.%，阻燃性能开始下降。这可以解释为材料中的缺陷增加，导致材料与环氧树脂之间的界面变得更加复杂，进而降低了阻燃效果。

实验评估采用了UL 94 V方法，结果列于表中。从表中可以再次确认，在3 wt.%纳米粘土和0.05 wt.% MWCNTs与0.5 wt.% GO的混合材料中，阻燃性能最佳，达到了V0级别，这为阻燃性能的优化提供了有力的依据。

研究成果表明，通过将GO、MWCNT和纳米粘土进行杂交，可以获得一种具备高度机械性能和出色阻燃性能的新型材料。

燃烧试验后的材料表面经SEM观察，可以清晰地看到材料的表面形貌，而燃烧过程并未导致明显的结构破损或裂纹。

这种材料表面的纳米涂层，由纳米外加剂在GO的基底上形成，显示出出色的氧气屏障性能，从而有效地减缓了分解反应的发生。

研究表明，GO在这种纳米杂化涂料中发挥了显著的阻燃作用。纳米外加剂在GO表面的覆盖产生的阻燃屏障不仅能够阻止可燃挥发物扩散到表面火焰，还能有效地保护聚合物链免受热和氧气的侵害。

但在燃烧后的材料表面观察到了球形多孔结构，尽管这种结构并未能够完全阻止内部分子受到热量和氧气的影响，导致了一定程度的结构破坏。

为了解决这一问题，科研人员进一步探索了纳米粘土、MWCNT和GO的组合，形成了一种涂层以保护可燃材料免受火焰渗透。

这种复合涂层能够作为高效的热量和氧气屏障，显著提升材料的阻燃性能。SEM图像展示了燃烧后材料表面的光滑特征，而与材料其余部分之间的界面则呈现出坚固的结构，这表明了燃烧后的拓扑结构保持良好。

通过在环氧树脂基体中引入纳米粘土、MWCNT和GO，研究人员进一步增强了材料的耐火性。其中最佳的阻燃性能表现出现在含有3 wt.%纳米粘土、0.05 wt.% MWCNT和0.5 wt.% GO的材料中。

3、形态学

在扫描电子显微镜（SEM）的结构形貌分析下，可以清晰地看到不同纳米材料的组合对杂化材料性能的影响。特别是在0.5 wt.% 氧化石墨烯和0.05 wt.% 多壁碳纳米管与3 wt.% 纳米黏土的比例下，杂化材料表现出卓越的机械强度和阻燃性能。

图像呈现出单个多壁碳纳米管与纳米黏土、氧化石墨烯和环氧树脂之间的界面明显可见，证实了纳米颗粒之间的协同效应，进一步支持了之前对机械性能和可燃性测试结果的讨论。

SEM图像还显示出纳米黏土分散状态良好，氧化石墨烯表面具有锋利的边缘，通过放大100,000倍观察到的MWCNT/纳米黏土/氧化石墨烯与环氧基体之间的粘附力。

4、红外光谱 （IR） 测量的结果

通过红外光谱分析，得以窥探材料的内在特性，如图所示。在这项研究中，将焦点投向了环氧树脂/氧化石墨烯/多壁碳纳米管/纳米粘土薄膜，在波长范围为400至4000 cm的红外光谱中获得了有益的信息。

在光谱图中，注意到一系列吸收带的出现，每个吸收带都代表着不同官能团的振动。例如位于3395 cm⁻¹附近的吸收带，标志着羟基（-OH）官能团的价振荡。

另一个吸收带位于1606 cm⁻¹，对应着碳碳双键（C=C）的存在，而位于1032 cm⁻¹的吸收带则暗示了碳氧单键（C-O）的存在。

当观察CH键的情况时，两个不同位置的吸收带变得显著，分别位于2921.39 cm⁻¹和2850.07 cm⁻¹，分别对应着对称和不对称的甲烷（CH₂）官能团。角度变化振动也在的光谱中留下了痕迹，Si-O-Si 键的角度变化振动显示在554.72 cm⁻¹，为提供了有关纳米粘土的结构信息。

新型研究在环氧树脂领域引发了一股新的潮流，它探索了纳米粘土、多壁碳纳米管（MWCNT）和氧化石墨烯（GO）这三者的组合与杂化，以期提升环氧树脂材料的力学性能和阻燃特性。

实验结果显示，当将3 wt.%的纳米粘土与0.05 wt.%的MWCNT以及0.5 wt.%的氧化石墨烯在环氧树脂基底上进行杂化反应时，新杂化材料脱颖而出，拥有出色的机械性能和阻燃性能。

研究人员从力学性能和耐火性能两个角度来综合评价这一创新，而结果表明，通过巧妙地调配MWCNT、纳米粘土和GO的比例，可以实现增强效果，达到协同良好性能的最佳平衡点。

这一研究为环氧树脂的应用开拓了新的前景，突破性地提升了其力学性能和耐火性能。在这个探索中，科学家们以实验数据为依托，为呈现了一种全新的思路，即通过材料的多维度协同增强，来创造出更出色的性能。

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