1991年，首次报道碳纳米管，2004年成功得到新型碳材料——石墨烯，从此开启了开挂式的人生。石墨烯在聚合物阻燃改性方面的研究也日渐广泛，石墨烯在阻燃方面有着独特的优势。

石墨烯在遇到明火不会燃烧，在聚合物/石墨烯体系中，石墨烯可以促使聚合物迅速炭化；

石墨烯与其他阻燃材料复合后，复合物受热分解产生多种不燃性气体，这些气体一方面可以隔绝氧气与可燃气体接触；另一方面，可以稀释氧气，阻断持续燃烧条件，起到阻燃作用。

此外，石墨烯与其他阻燃添加剂的共同使用，可发挥协效阻燃作用。

下面介绍石墨烯与三大阻燃体系的应用研究，共1955字，预计阅读时间5分钟。

石墨烯/氮系阻燃剂

魏珊珊等用氧化石墨烯改性三聚氰胺尿酸盐(GO-MCA)，与PA6熔融共混。

与仅使用MCA相比，含有GO-MCA的PA6复合材料除了冲击强度略有降低以外，其他诸如阻燃性能、成碳效果、拉伸强度、弯曲强度均有很大提高。当GO-MCA用量为12%时，复合材料的LOI由24%(PA6本身的LOI)达到了32%，阻燃效果非常显著。

吴方娟等研究了MCA、氧化锑、石墨烯协同用于玻璃纤维(GF)增强PA6的阻燃改性。

结果表明，MCA和氧化锑虽然起到一定的阻燃效果，但更多地是改善了PA6与玻璃纤维的相容性，起到了稳定复合材料力学性能的作用；而石墨烯的加入则能够在维持复合材料力学性能的条件下，极大地提高了复合材料的阻燃性能，该复合材料的LOI可以达到30.1%。

刘迪等用三聚氰胺（ME）和三聚氰胺氰尿酸盐(MCA)分别与APP协同阻燃环氧树脂，并以石墨烯作为增强剂来改善复合材料的阻燃性能和力学性能。

石墨烯含量对材料阻燃性能的影响

实验结果表明，在不添加石墨烯，仅添加7.3%的APP、 2.4%的氮系阻燃剂(ME或MCA)时，复合材料的LOI分别为30.3%和29.5%；在其他成分及含量不变，添加0.6%的石墨烯时，该复合材料的LOI达到了31.3%，垂直燃烧等级也达到了V-0级。

此外，APP与氮系阻燃剂的复配比例为3:1时阻燃性能最佳。力学性能在石墨烯添加量为0.4%时最佳。

石墨烯/磷系阻燃剂

赵春霞等开展了氧化石墨烯(GO)与硅磷低聚物(DMS-DOPO )混合，协同阻燃环氧树脂的研究。

截图来源：中国知网

结果表明，从阻燃角度来看，DMS-DOPO/GO/EP的协同阻燃效果更好，复合材料的LOI为32.7%，明显高于DMS-DOPO/EP体系(30.2% )、EP/GO体系(23.8%)、纯环氧树脂(22.1%)的LOI值。

在UL-94测试过程中，EP和EP/GO均产生带火滴落物，EP/DMS-DOPO和EP/DMS-DOPO/GO在燃烧过程中无滴落现象，并且均能形成明显膨胀炭层，GO使炭层的膨胀程度更好，可达到V-0级别。

张志帆等将次磷酸铝(AHP)与还原氧化石墨烯(RGO)添加进聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT） 中，研究二者在该材料中的阻燃作用关系。

RGO添加含量过高反而不利于阻燃效果的提高。当仅添加20%的ATH时，该材料的LOI由21.8%提高到了24.5%；当添加19.5%的ATH， 0.5%的RGO时，复合材料的LOI反而降低到了24.5%，而热释放速率峰值由仅添加20%ATH时的518.7W/g降低到了433.0W/g。

汤廉等开展了石墨烯纳米片(GNS )与磷杂菲类磷系阻燃剂(ODOPB)协同阻燃PA6的研究。

当加入质量分数为2%的石墨烯和5%的ODOPB时，复合材料的LOI由23.1%(原始PA6的)增加到了31.8%，阻燃效果非常显著。此外，添加石墨烯时的熔滴数要明显少于原始聚合物的熔体滴落数，且熔滴数随着添加量的增多而减少。

孟祥飞等将多聚磷酸铵（APP），季戊四醇与纳米石墨片协效阻燃聚苯乙烯。

结果表明，当季戊四醇与APP组成的膨胀阻燃剂(IFR)用量为24.5%，纳米石墨片用量为0.5%时，复合材料的LOI可以达到36%。若仅添加IFR，当其用量为30%时，材料的LOI才可以达到36%。充分说明IFR与石墨烯具有良好的协同阻燃效应。但继续添加纳米石墨微片时，复合材料的LOI反而下降。

截图来源：中国知网

根据热释放速率曲线可以看出，由于燃烧初期膨胀炭层并未完全形成，PS/IFR/GNP复合材料的热释放速率要高于PS/IFR复合材料，但在碳层形成之后，添加了纳米石墨微片的复合材料的热释放速率要明显小于未添加的试样。

石墨烯/生物质阻燃剂

岑鑫浩等将壳聚糖与金属骨架材料(ZIF-8 )负载氧化石墨(ZG)烯协同阻燃聚乳酸，制备了PLA复合薄膜。

复合薄膜阻燃机理图

在壳聚糖加入量为6.2% , ZG加入量为0.8%时，复合材料的LOI由20.5%提高到了25.2%，阻燃性能提升明显。

由于壳聚糖含有大量的氮元素，燃烧会释放出大量含氮不燃气体，例如NH3, N2等，可以稀释燃烧表面周围氧气的浓度，减缓燃烧速率；同时，壳聚糖燃烧生成的炭层覆盖在表面，具有阻隔作用。

胡兴文等采用湿法纺丝技术，将石墨烯浆料与海藻酸钠共混纺丝，制备了石墨烯改性海藻纤维。

单独的海藻纤维的LOI为39%，当石墨烯含量为0.5%时，纤维的断裂强度最高，为1.79cN/dtex， LOI仍维持在39%。增加石墨烯用量为1.5%时，样品的LOI进一步提高41%，但是力学强度出现降低趋势。

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