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1991年，首次報(bào)道碳納米管，2004年成功得到新型碳材料——石墨烯，從此開(kāi)啟了開(kāi)掛式的人生。石墨烯在聚合物阻燃改性方面的研究也日漸廣泛，石墨烯在阻燃方面有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

石墨烯在遇到明火不會(huì)燃燒，在聚合物/石墨烯體系中，石墨烯可以促使聚合物迅速炭化；

石墨烯與其他阻燃材料復(fù)合后，復(fù)合物受熱分解產(chǎn)生多種不燃性氣體，這些氣體一方面可以隔絕氧氣與可燃?xì)怏w接觸；另一方面，可以稀釋氧氣，阻斷持續(xù)燃燒條件，起到阻燃作用。

此外，石墨烯與其他阻燃添加劑的共同使用，可發(fā)揮協(xié)效阻燃作用。

下面介紹石墨烯與三大阻燃體系的應(yīng)用研究，共1955字，預(yù)計(jì)閱讀時(shí)間5分鐘。

石墨烯/氮系阻燃劑

魏珊珊等用氧化石墨烯改性三聚氰胺尿酸鹽(GO-MCA)，與PA6熔融共混。

與僅使用MCA相比，含有GO-MCA的PA6復(fù)合材料除了沖擊強(qiáng)度略有降低以外，其他諸如阻燃性能、成碳效果、拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度均有很大提高。當(dāng)GO-MCA用量為12%時(shí)，復(fù)合材料的LOI由24%(PA6本身的LOI)達(dá)到了32%，阻燃效果非常顯著。

吳方娟等研究了MCA、氧化銻、石墨烯協(xié)同用于玻璃纖維(GF)增強(qiáng)PA6的阻燃改性。

結(jié)果表明，MCA和氧化銻雖然起到一定的阻燃效果，但更多地是改善了PA6與玻璃纖維的相容性，起到了穩(wěn)定復(fù)合材料力學(xué)性能的作用；而石墨烯的加入則能夠在維持復(fù)合材料力學(xué)性能的條件下，極大地提高了復(fù)合材料的阻燃性能，該復(fù)合材料的LOI可以達(dá)到30.1%。

劉迪等用三聚氰胺（ME）和三聚氰胺氰尿酸鹽(MCA)分別與APP協(xié)同阻燃環(huán)氧樹脂，并以石墨烯作為增強(qiáng)劑來(lái)改善復(fù)合材料的阻燃性能和力學(xué)性能。

石墨烯含量對(duì)材料阻燃性能的影響

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在不添加石墨烯，僅添加7.3%的APP、 2.4%的氮系阻燃劑(ME或MCA)時(shí)，復(fù)合材料的LOI分別為30.3%和29.5%；在其他成分及含量不變，添加0.6%的石墨烯時(shí)，該復(fù)合材料的LOI達(dá)到了31.3%，垂直燃燒等級(jí)也達(dá)到了V-0級(jí)。

此外，APP與氮系阻燃劑的復(fù)配比例為3:1時(shí)阻燃性能最佳。力學(xué)性能在石墨烯添加量為0.4%時(shí)最佳。

石墨烯/磷系阻燃劑

趙春霞等開(kāi)展了氧化石墨烯(GO)與硅磷低聚物(DMS-DOPO )混合，協(xié)同阻燃環(huán)氧樹脂的研究。

截圖來(lái)源：中國(guó)知網(wǎng)

結(jié)果表明，從阻燃角度來(lái)看，DMS-DOPO/GO/EP的協(xié)同阻燃效果更好，復(fù)合材料的LOI為32.7%，明顯高于DMS-DOPO/EP體系(30.2% )、EP/GO體系(23.8%)、純環(huán)氧樹脂(22.1%)的LOI值。

在UL-94測(cè)試過(guò)程中，EP和EP/GO均產(chǎn)生帶火滴落物，EP/DMS-DOPO和EP/DMS-DOPO/GO在燃燒過(guò)程中無(wú)滴落現(xiàn)象，并且均能形成明顯膨脹炭層，GO使炭層的膨脹程度更好，可達(dá)到V-0級(jí)別。

張志帆等將次磷酸鋁(AHP)與還原氧化石墨烯(RGO)添加進(jìn)聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯（PBT） 中，研究二者在該材料中的阻燃作用關(guān)系。

RGO添加含量過(guò)高反而不利于阻燃效果的提高。當(dāng)僅添加20%的ATH時(shí)，該材料的LOI由21.8%提高到了24.5%；當(dāng)添加19.5%的ATH， 0.5%的RGO時(shí)，復(fù)合材料的LOI反而降低到了24.5%，而熱釋放速率峰值由僅添加20%ATH時(shí)的518.7W/g降低到了433.0W/g。

湯廉等開(kāi)展了石墨烯納米片(GNS )與磷雜菲類磷系阻燃劑(ODOPB)協(xié)同阻燃PA6的研究。

當(dāng)加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的石墨烯和5%的ODOPB時(shí)，復(fù)合材料的LOI由23.1%(原始PA6的)增加到了31.8%，阻燃效果非常顯著。此外，添加石墨烯時(shí)的熔滴數(shù)要明顯少于原始聚合物的熔體滴落數(shù)，且熔滴數(shù)隨著添加量的增多而減少。

孟祥飛等將多聚磷酸銨（APP），季戊四醇與納米石墨片協(xié)效阻燃聚苯乙烯。

結(jié)果表明，當(dāng)季戊四醇與APP組成的膨脹阻燃劑(IFR)用量為24.5%，納米石墨片用量為0.5%時(shí)，復(fù)合材料的LOI可以達(dá)到36%。若僅添加IFR，當(dāng)其用量為30%時(shí)，材料的LOI才可以達(dá)到36%。充分說(shuō)明IFR與石墨烯具有良好的協(xié)同阻燃效應(yīng)。但繼續(xù)添加納米石墨微片時(shí)，復(fù)合材料的LOI反而下降。

截圖來(lái)源：中國(guó)知網(wǎng)

根據(jù)熱釋放速率曲線可以看出，由于燃燒初期膨脹炭層并未完全形成，PS/IFR/GNP復(fù)合材料的熱釋放速率要高于PS/IFR復(fù)合材料，但在碳層形成之后，添加了納米石墨微片的復(fù)合材料的熱釋放速率要明顯小于未添加的試樣。

石墨烯/生物質(zhì)阻燃劑

岑鑫浩等將殼聚糖與金屬骨架材料(ZIF-8 )負(fù)載氧化石墨(ZG)烯協(xié)同阻燃聚乳酸，制備了PLA復(fù)合薄膜。

復(fù)合薄膜阻燃機(jī)理圖

在殼聚糖加入量為6.2% , ZG加入量為0.8%時(shí)，復(fù)合材料的LOI由20.5%提高到了25.2%，阻燃性能提升明顯。

由于殼聚糖含有大量的氮元素，燃燒會(huì)釋放出大量含氮不燃?xì)怏w，例如NH3, N2等，可以稀釋燃燒表面周圍氧氣的濃度，減緩燃燒速率；同時(shí)，殼聚糖燃燒生成的炭層覆蓋在表面，具有阻隔作用。

胡興文等采用濕法紡絲技術(shù)，將石墨烯漿料與海藻酸鈉共混紡絲，制備了石墨烯改性海藻纖維。

單獨(dú)的海藻纖維的LOI為39%，當(dāng)石墨烯含量為0.5%時(shí)，纖維的斷裂強(qiáng)度最高，為1.79cN/dtex， LOI仍維持在39%。增加石墨烯用量為1.5%時(shí)，樣品的LOI進(jìn)一步提高41%，但是力學(xué)強(qiáng)度出現(xiàn)降低趨勢(shì)。

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