Mechanical and Fireproof Behaviors of Ammonium Polyphosphate Particles-Filled Shear-Stiffening Gels

聚磷酸铵 材料科学 复合材料 流变学 粒子(生态学) 动态力学分析 粘度 限制 基质(化学分析) 模数 流变仪 极限氧指数 弹性模量 粒径 化学工程 消散 骨料(复合) 剪切力 剪切(地质) 学位(音乐) 剪切模量 推进剂
作者
Hongsong Chen,Min Sang,Lifeng Yan,Shuai Liu,Shilong Duan,Tongxin Nie,Jianpeng Wu,Yucheng Pan,Xinglong Gong
出处
期刊:ACS applied polymer materials [American Chemical Society]
卷期号:7 (23): 15960-15972
标识
DOI:10.1021/acsapm.5c03185
摘要

The threats posed by flame burning and falling debris during fires are immense, making the development of flame-retardant and impact-resistant protective devices an urgent necessity. By employing particle reinforcement technology, ammonium polyphosphate (APP) particles were introduced into the shear-stiffening gel (SSG). The results of rheological experiments demonstrate that the SSG filled with APP particles (SSG@APP) can significantly enhance the storage modulus (G′) of the matrix SSG. The Prony series model effectively predicted SSG@APP’s storage modulus-frequency curve (R2 > 0.99). The shear stress–strain curve of SSG@APP demonstrates a high degree of consistency with the rate-dependent Cowper-Symonds model. Regarding impact protection, SSG@APP can dissipate 82% of the impact force under the condition of an impact height reaching 20 cm, which mainly stems from the shear-stiffening effect. When SSG is filled with 40% APP particles, the material can meet the V-0 vertical burning standard and has a measured limiting oxygen index (LOI) value of 30%. The total heat release (THR) values of SSG and SSG@APP were measured as 81 and 54 MJ/m2, respectively, indicating that SSG@APP exhibits superior flame-retardant properties. Therefore, SSG@APP is not only highly suitable for manufacturing wearable protective devices but also effective in safeguarding fragile/flammable items.
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