论文标题：Harnessing MOF-derived homogeneous hierarchical nickel phyllosilicate for epoxy composites: breaking the dilemma between flame retardancy and mechanical and tribological properties via co-deploying polyphosphazene and DOPO

期刊：ENGINEERING Chemical Engineering

作者：Jinian Yang, Jie Dong, Bingyi Li, Weilong Chen, Hanxin Yang, Dehan Chen, Shibin Nie

发表时间：10 Mar 2026

DOI：10.1007/s11705-026-2662-6

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文章信息

▎ 文章题目

Harnessing MOF-derived homogeneous hierarchical nickel phyllosilicate for epoxy composites: breaking the dilemma between flame retardancy and mechanical and tribological properties via co-deploying polyphosphazene and DOPO

▎ 文章来源

Jinian Yang, Jie Dong, Bingyi Li, Weilong Chen, Hanxin Yang, Dehan Chen, Shibin Nie. Harnessing MOF-derived homogeneous hierarchical nickel phyllosilicate for epoxy composites: breaking the dilemma between flame retardancy and mechanical and tribological properties via co-deploying polyphosphazene and DOPO. ENG. Chem. Eng., 2026, 20(6): 41

DOI:10.1007/s11705-026-2662-6

研究背景

环氧树脂（EP）如何同步平衡其阻燃性能与受力敏感型理化性能一直是行业难题。安徽理工大学杨继年教授和聂士斌教授在ENG. Chem. Eng.发表论文，提出了一种多功能阻燃改性方案，采用聚磷腈修饰MOF衍生的层状硅酸镍（NiPS@PZN）作为增强耐磨填料，搭配9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物（DOPO）作为阻燃协效剂共同改性EP。实验结果表明，NiPS@PZN与DOPO按质量比1:1复配、总添加量6 wt%时，EP复合材料通过UL-94 V-0阻燃等级测试，极限氧指数提升至26.6%；复合材料总热释放量、总产烟量、二氧化碳生成量分别下降10.4%、23.2%、26.8%。燃烧过程中形成连续致密炭层，证实该改性体系兼具凝聚相与气相双重阻燃机制。同时，NiPS@PZN与DOPO的协同作用同步优化了材料力学与摩擦磨损性能，改性树脂拉伸强度提升至103.5 MPa，最低磨损率可达1.78×10⁻⁵ mm³⋅N⁻¹⋅m⁻¹。

文章亮点

填料结构创新

以MOF为前驱体制备了同质分级结构层状硅酸镍，表面负载聚磷腈构建了NiPS@PZN有机-无机杂化填料，兼顾层状硅酸镍补强耐磨与P/N元素阻燃优势。

复配协同提升性能

NiPS@PZN与DOPO 1:1复配，总添加仅6 wt%，即可同时实现阻燃、力学、耐磨三重提升，攻克了传统阻燃填料添加后力学/耐磨恶化的痛点。

低添加量高效阻燃

6 wt%填料添加即可使EP复合材料的垂直燃烧等级达到UL-94 V-0且LOI = 26.6%；总放热、产烟、CO₂释放分别降低10.4%、23.2%、26.8%，抑热抑烟效果优异。

双机理协同阻燃

阐明了“凝聚相+气相协同阻燃机制”，镍/硅组分催化形成高石墨化致密炭层实现了固相阻隔；磷系热解产生含磷自由基可捕获燃烧活性自由基，实现气相淬灭。

力学摩擦同步优化

最优配方可使拉伸强度由81.5 MPa提升至103.5 MPa，磨损率大幅降至1.78×10⁻⁵ mm³⋅N⁻¹⋅m⁻¹，实现了EP高强、阻燃、耐磨一体化。

亮图解读

图1 验证了聚磷腈PZN成功键合包覆在层状硅酸镍表面，杂化填料保留层状硅酸镍片层骨架结构，从微观层面证实NiPS@PZN杂化材料制备成功。

图3 直观对比了纯EP剧烈燃烧且带熔滴；单掺填料样品燃烧改善有限；NiPS@PZN+DOPO复配试样快速自熄且无滴落，视觉上体现了二者阻燃协同作用。

图5 相较于纯EP，复配填料体系峰值热释放、总热释放、总产烟、CO₂排放量同步下降。

作者简介

第一作者/通讯作者1：杨继年，安徽理工大学教授，硕士生导师，主要研究方向为功能聚合物复合材料。主持国家基金1项，以(共同)第一/通讯作者发表SCI收录论文30余篇，以第一发明人授权国内发明专利11项，国际发明专利1项。

第二作者：董洁，安徽理工大学2021级研究生。

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