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    可膨胀石墨阻燃塑料研究发展历史

      作为一种新型功能性碳素材料,可膨胀石墨(ExpandedGraphite,简称EG)是由天然石墨鳞片经插层、水洗、干燥、高温膨化得到的一种疏松多孔的蠕虫状物质。EG除了具备天然石墨本身的耐冷热、耐腐蚀、自润滑等优良性能以外,还具有天然石墨所没有的柔软、压缩回弹性、吸附性、生态环境协调性、生物相容性、耐辐射性等特性。

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      可膨胀石墨遇高温可瞬间体积膨胀150~300倍,由片状变为蠕虫状,从而结构松散,多孔而弯曲,表面积扩大、表面能提高、吸附鳞片石墨力增强,蠕虫状石墨之间可自行嵌合,这样增加了它的柔软性、回弹性和可塑性。

     

      可膨胀石墨(EG)是由天然鳞片石墨经化学氧化法或电化学氧化法处理后得到的一种石墨层间化合物,就结构而言,EG是一种纳米级复合材料。普通H2SO4氧化制得的EG在受到200℃以上高温时,硫酸与石墨碳原子之间发生氧化还原反应,产生大量的SO2、CO2和水蒸气,使EG开始膨胀,并在1100℃时达到最大体积,其最终体积可以达到初始时的280倍。这一特性使得EG能在火灾发生时通过体积的瞬间增大将火焰熄灭。

     

      膨胀炭层必须具有一定的刚性才能发挥阻燃作用,炭层越厚,结构强度越高,炭层之间越紧密,则炭层的屏蔽作用和阻燃效果就越好。

      但普通可膨胀石墨主要靠自身体积膨胀形成的膨胀绝热层来延缓或抑制聚合物的燃烧,与被阻燃聚合物之间不发生或很少发生化学作用,是典型的凝聚相阻燃机理;而且EG膨胀后形成的可膨胀石墨彼此间的黏附力较弱,在聚合物基体燃烧之后,可膨胀石墨无法形成坚固的膨胀炭层,在火焰压力或热量对流的作用下,表面的可膨胀石墨层可能遭到破坏,形成“飞灰”,导致绝热膨胀层的丧失,进而引发未燃烧的聚合物被点燃,火焰继续传播,阻燃效率有限。此外,EG阻燃聚合物往往表现出强烈的“烛芯效应”,这也在一定程度上削弱了其阻燃能力。如普通EG含量为40%的阻燃聚丙烯(PP)的氧指数(OI)为26.7%,不能通过FV—0级测试[9]。因此,单独使用普通EG时,阻燃效率不高。

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