材料燃燒測試及技術解決方案一站式服務平臺
熱線電話：
0512-69153465
1991年，首次報道碳納米管，2004年成功得到新型碳材料——石墨烯，從此開啟了開掛式的人生。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特的優勢。
石墨烯在遇到明火不會燃燒，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合后，復合物受熱分解產生多種不燃性氣體，這些氣體一方面可以隔絕氧氣與可燃氣體接觸；另一方面，可以稀釋氧氣，阻斷持續燃燒條件，起到阻燃作用。
此外，石墨烯與其他阻燃添加劑的共同使用，可發揮協效阻燃作用。
下面介紹石墨烯與三大阻燃體系的應用研究，共1955字，預計閱讀時間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復合材料除了沖擊強度略有降低以外，其他諸如阻燃性能、成碳效果、拉伸強度、彎曲強度均有很大提高。當GO-MCA用量為12%時，復合材料的LOI由24%(PA6本身的LOI)達到了32%，阻燃效果非常顯著。
吳方娟等研究了MCA、氧化銻、石墨烯協同用于玻璃纖維(GF)增強PA6的阻燃改性。
結果表明，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，起到了穩定復合材料力學性能的作用；而石墨烯的加入則能夠在維持復合材料力學性能的條件下，極大地提高了復合材料的阻燃性能，該復合材料的LOI可以達到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協同阻燃環氧樹脂，并以石墨烯作為增強劑來改善復合材料的阻燃性能和力學性能。
石墨烯含量對材料阻燃性能的影響
實驗結果表明，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，復合材料的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，該復合材料的LOI達到了31.3%，垂直燃燒等級也達到了V-0級。
此外，APP與氮系阻燃劑的復配比例為3:1時阻燃性能最佳。力學性能在石墨烯添加量為0.4%時最佳。
石墨烯/磷系阻燃劑
趙春霞等開展了氧化石墨烯(GO)與硅磷低聚物(DMS-DOPO )混合，協同阻燃環氧樹脂的研究。
截圖來源：中國知網
結果表明，從阻燃角度來看，DMS-DOPO/GO/EP的協同阻燃效果更好，復合材料的LOI為32.7%，明顯高于DMS-DOPO/EP體系(30.2% )、EP/GO體系(23.8%)、純環氧樹脂(22.1%)的LOI值。
在UL-94測試過程中，EP和EP/GO均產生帶火滴落物，EP/DMS-DOPO和EP/DMS-DOPO/GO在燃燒過程中無滴落現象，并且均能形成明顯膨脹炭層，GO使炭層的膨脹程度更好，可達到V-0級別。
張志帆等將次磷酸鋁(AHP)與還原氧化石墨烯(RGO)添加進聚對苯二甲酸丁二醇酯（PBT） 中，研究二者在該材料中的阻燃作用關系。
RGO添加含量過高反而不利于阻燃效果的提高。當僅添加20%的ATH時，該材料的LOI由21.8%提高到了24.5%；當添加19.5%的ATH， 0.5%的RGO時，復合材料的LOI反而降低到了24.5%，而熱釋放速率峰值由僅添加20%ATH時的518.7W/g降低到了433.0W/g。
湯廉等開展了石墨烯納米片(GNS )與磷雜菲類磷系阻燃劑(ODOPB)協同阻燃PA6的研究。
當加入質量分數為2%的石墨烯和5%的ODOPB時，復合材料的LOI由23.1%(原始PA6的)增加到了31.8%，阻燃效果非常顯著。此外，添加石墨烯時的熔滴數要明顯少于原始聚合物的熔體滴落數，且熔滴數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效阻燃聚苯乙烯。
結果表明，當季戊四醇與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，復合材料的LOI可以達到36%。若僅添加IFR，當其用量為30%時，材料的LOI才可以達到36%。充分說明IFR與石墨烯具有良好的協同阻燃效應。但繼續添加納米石墨微片時，復合材料的LOI反而下降。
截圖來源：中國知網
根據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復合材料的熱釋放速率要高于PS/IFR復合材料，但在碳層形成之后，添加了納米石墨微片的復合材料的熱釋放速率要明顯小于未添加的試樣。
石墨烯/生物質阻燃劑
岑鑫浩等將殼聚糖與金屬骨架材料(ZIF-8 )負載氧化石墨(ZG)烯協同阻燃聚乳酸，制備了PLA復合薄膜。
復合薄膜阻燃機理圖
在殼聚糖加入量為6.2% , ZG加入量為0.8%時，復合材料的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，燃燒會釋放出大量含氮不燃氣體，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，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，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。
單獨的海藻纖維的LOI為39%，當石墨烯含量為0.5%時，纖維的斷裂強度最高，為1.79cN/dtex， LOI仍維持在39%。增加石墨烯用量為1.5%時，樣品的LOI進一步提高41%，但是力學強度出現降低趨勢。
塑道學苑通過不斷創新，努力成為火安全材料領域一站式服務品牌領導者。速測100材料測試平臺是塑道學苑踐行為所有材料人群提供優質服務宗旨邁出的重要一步。咨詢熱線：0512-69153465。更多測試資訊請訪問速測100材料測試官方網站：www.suce100.com
