Functionalizing MXene towards highly stretchable, ultratough, fatigue- and fire-resistant polymer nanocomposites

材料科学 可燃性 纳米复合材料 韧性 阻燃剂 复合材料 极限抗拉强度 热塑性聚氨酯 防火性能 延展性(地球科学) 聚氨酯 弹性体 耐火性 蠕动
作者
Lei Liu,Menghe Zhu,Yongqian Shi,Xiaodong Xu,Zhewen Ma,Bin Yu,Shenyuan Fu,Guobo Huang,Hao Wang,Pingan Song
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:424: 130338-130338 被引量:204
标识
DOI:10.1016/j.cej.2021.130338
摘要

Thermoplastic polyurethane (TPU) features many important industrial applications, but intrinsic flammability extremely impedes its practical applications. Current fire-retardant strategies often lead to improved flame retardancy but reduced mechanical properties (strength, ductility, and toughness). Hence, to date it has been unsuccessful to design advanced TPU materials that are strong, stretchable, tough, fatigue-and fire-resistant to meet increasing performance portfolio requirements. Here, we report a hybridized fire retardant (Zr-MXene) by in situ facilely loading zirconium amino-tris-(methylenephosphonate) (Zr-AMP) onto the titanium carbide (MXene) surface. Our results show that with 1 wt% of Zr-MXene, the resultant TPU nanocomposites demonstrate a record break strain (2060%) and toughness (316 MJ/m3) to date, in addition to increased tensile strength by 43.4% and improved fatigue resistance relative to the TPU matrix, because of favorable interfacial hydrogen-bonding. Moreover, the resultant TPU material exhibit significantly reduced flammability as a result of the combined physical barrier, catalytical carbonization and diluting effects of Zr-MXene. This work provides a promising strategy for the creation of multifunctional MXene and its polymeric nanocomposites, which hold great promise for many industrial applications.
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