石墨烯协同阻燃聚乙烯的制备及性能研究【字数：10069】
摘 要本论文为探讨石墨烯在氢氧化镁阻燃聚乙烯体系中发挥作用的最佳含量，设计了一系列对比实验。改变石墨烯在体系中的添加量，制备一系列样品。对样品进行结构表征，分析力学性能、流动性能、热性能和阻燃性能。结果表明当石墨烯添加量为1.5份时，氢氧化镁/聚乙烯复合材料的力学性能最佳，通过热失重分析曲线也能看出此时材料的热稳定性得到了增强；当石墨烯添加量为3份时，整个体系的阻燃性能最好。综合各因素考虑，得到石墨烯在复合体系中的最佳添加量是1.5份。
目 录
1前言 1
1.1聚乙烯 1
1.1.1聚乙烯的种类及应用 1
1.1.2聚乙烯的燃烧过程 1
1.1.3聚乙烯的阻燃机理 2
1.2 阻燃剂分类 3
1.2.1无机金属化合物阻燃剂 3
1.2.2膨胀阻燃剂 3
1.2.1 卤系阻燃剂 3
1.3 氢氧化镁 4
1.3.1 氢氧化镁物理化学性质 4
1.3.2氢氧化镁阻燃机理 4
1.4 石墨烯 5
1.4.1 石墨烯简介 5
1.4.2 石墨烯的阻燃机理 5
1.5论文的研究内容和意义 6
2 实验部分 7
2.1 实验设备和原料 7
2.1.1实验设备 7
2.1.2 实验原料 7
2.2 实验内容 8
2.2.1 实验配方 8
2.2.2 试样制备 8
2.2.3 分析与表征 9
3结果与讨论 11
3.1红外谱图分析 11
3.2力学性能分析 11
3.2流动性分析 13
3.3热稳定性分析 14
3.3 阻燃性能分析 15
4结论 17
参考文献 18
致谢 19
1前言
聚乙烯是四大通用塑料之一，具有良好的电绝缘性、耐腐蚀性、耐磨、耐热、冲击强度高且易加工的特点，被广泛应用于各行各业。然而聚乙烯自身极易燃烧，燃烧时会释放大量热量，有熔滴现象，烯烃分解过程中还会释放出 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
可燃气体，所以对于材料使用性能有较高要求的产品来说，纯聚乙烯制品是不能满足的，必须通过添加阻燃剂或其他添加剂来提高聚乙烯的阻燃性能。目前市场上已有多种阻燃体系可供选择，为了不断改进阻燃效果和提升经济效益，协同阻燃体系成为了近年的趋势。
1.1聚乙烯
1.1.1聚乙烯的种类及应用
聚乙烯是通过其单体单元乙烯加成聚合而来的，在不同的聚合条件下会得到分子量和分子链结构不同的产物。分别可以用高压法、中压法和低压法制备，其对应的产物是低密度聚乙烯（LDPE），中密度聚乙烯（MDPE），高密度聚乙烯（HDPE）。另有线性低密度聚乙烯（LLDPE）、超高分子量聚乙烯（UHMWPE）和极低密度聚乙烯（VLDPE）。
LDPE结晶度较低，因此具有较高的透光率，主要用于生产包装膜、农业用膜。HDPE具有较高的拉伸强度，使用温度范围宽，常用于垃圾袋、购物袋、工业用衬里。LLDPE由于含有较多支链，力学性能更加出众，被广泛应用于地膜、棚膜、青贮膜等。VLDPE相对分子量分布窄，拉伸性能好，适用于生产一次性手套等柔软薄膜[1]。
1.1.2聚乙烯的燃烧过程
燃烧的三要素是热、氧气和可燃物，聚合物的燃烧也不外乎是由这三个因素引起的，但燃烧机理极为复杂。一般而言，聚合物的燃烧过程有四个阶段，分别是热引发、热降解、引燃和燃烧的扩散与传递。
燃热引发阶段，材料受到外界热源(或火源)的热量引发，聚合物开始发生物态变化和化学变化。对于热塑性塑料而言，在该阶段最常出现热熔化现象。
在热降解阶段，聚合物分子间结合键吸收燃烧中体系积聚的能量断裂，发生高温裂解现象。有关研究表明聚乙烯燃烧时会产生很多自由基从而促进燃烧的进行。
引燃阶段是利用燃烧第二阶段产生的可燃性气体、表面聚合物燃烧的部分热量维持并加剧聚合物的燃烧，即使将热源去除，聚合物燃烧也无法停止。
燃烧的扩散与传递阶段是指当燃烧热达到周围可燃物的着火点时，燃烧迅速向周围扩散，燃烧范围进一步扩大，此时火势蔓延更加难以控制[2]。
1.1.3聚乙烯的阻燃机理
由于聚乙烯结构中没有活性基团，无法通过化学反应与阻燃剂的基团结合，所以只能通过物理共混在聚合物体系中添加阻燃剂，这类阻燃剂称为添加型阻燃剂。目前常见的阻燃体系有：无机阻燃体系、有机阻燃体系。无机阻燃剂有氢氧化铝、氢氧化镁、三氧化二锑、氧化锆等。有机磷系体系包含磷氮系阻燃体系、卤系阻燃体系。对于含有大量结晶水的阻燃剂，受热时结晶水蒸发带走燃烧热，降低材料表面温度，起到阻燃效果。有些阻燃剂受热会迅速在制品表面形成稳定的珐琅层或泡沫层，避免材料与氧气的进一步接触，同时抑制材料分解生成的可燃性气体逸出[3]。
聚合物的阻燃机理主要有如下四种：1、凝聚相阻燃机理。2、自由基捕获机理，大部分卤系阻燃剂都适用于这种阻燃机理。在聚合物燃烧过程中，生成大量的游离基，例如氧自由基，羟基自由基等，会与聚合物分子链发生自由基链式反应，促进气相燃烧反应。卤系阻燃剂能够捕获并与这些游离基反应，从而阻断链式反应。3、冷却机理，阻燃剂吸收大量的燃烧热，带走聚合物表面和燃烧区域的热量，从而使温度降低，降低后的温度达不到聚合物燃烧的着火点，维持聚合物燃烧的条件被破坏，从而阻止了聚合物燃烧。高温下聚合物降解会产生可燃气体，阻燃剂使温度降低后可以有效避免这一问题。4、协同作用机理，通过复配各种不同类型的阻燃剂，使各种作用机理共同发生作用，能够降低复配体系中阻燃剂用量，并且通常比一种阻燃剂单独作用的效果要好。
目 录
1前言 1
1.1聚乙烯 1
1.1.1聚乙烯的种类及应用 1
1.1.2聚乙烯的燃烧过程 1
1.1.3聚乙烯的阻燃机理 2
1.2 阻燃剂分类 3
1.2.1无机金属化合物阻燃剂 3
1.2.2膨胀阻燃剂 3
1.2.1 卤系阻燃剂 3
1.3 氢氧化镁 4
1.3.1 氢氧化镁物理化学性质 4
1.3.2氢氧化镁阻燃机理 4
1.4 石墨烯 5
1.4.1 石墨烯简介 5
1.4.2 石墨烯的阻燃机理 5
1.5论文的研究内容和意义 6
2 实验部分 7
2.1 实验设备和原料 7
2.1.1实验设备 7
2.1.2 实验原料 7
2.2 实验内容 8
2.2.1 实验配方 8
2.2.2 试样制备 8
2.2.3 分析与表征 9
3结果与讨论 11
3.1红外谱图分析 11
3.2力学性能分析 11
3.2流动性分析 13
3.3热稳定性分析 14
3.3 阻燃性能分析 15
4结论 17
参考文献 18
致谢 19
1前言
聚乙烯是四大通用塑料之一，具有良好的电绝缘性、耐腐蚀性、耐磨、耐热、冲击强度高且易加工的特点，被广泛应用于各行各业。然而聚乙烯自身极易燃烧，燃烧时会释放大量热量，有熔滴现象，烯烃分解过程中还会释放出 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
可燃气体，所以对于材料使用性能有较高要求的产品来说，纯聚乙烯制品是不能满足的，必须通过添加阻燃剂或其他添加剂来提高聚乙烯的阻燃性能。目前市场上已有多种阻燃体系可供选择，为了不断改进阻燃效果和提升经济效益，协同阻燃体系成为了近年的趋势。
1.1聚乙烯
1.1.1聚乙烯的种类及应用
聚乙烯是通过其单体单元乙烯加成聚合而来的，在不同的聚合条件下会得到分子量和分子链结构不同的产物。分别可以用高压法、中压法和低压法制备，其对应的产物是低密度聚乙烯（LDPE），中密度聚乙烯（MDPE），高密度聚乙烯（HDPE）。另有线性低密度聚乙烯（LLDPE）、超高分子量聚乙烯（UHMWPE）和极低密度聚乙烯（VLDPE）。
LDPE结晶度较低，因此具有较高的透光率，主要用于生产包装膜、农业用膜。HDPE具有较高的拉伸强度，使用温度范围宽，常用于垃圾袋、购物袋、工业用衬里。LLDPE由于含有较多支链，力学性能更加出众，被广泛应用于地膜、棚膜、青贮膜等。VLDPE相对分子量分布窄，拉伸性能好，适用于生产一次性手套等柔软薄膜[1]。
1.1.2聚乙烯的燃烧过程
燃烧的三要素是热、氧气和可燃物，聚合物的燃烧也不外乎是由这三个因素引起的，但燃烧机理极为复杂。一般而言，聚合物的燃烧过程有四个阶段，分别是热引发、热降解、引燃和燃烧的扩散与传递。
燃热引发阶段，材料受到外界热源(或火源)的热量引发，聚合物开始发生物态变化和化学变化。对于热塑性塑料而言，在该阶段最常出现热熔化现象。
在热降解阶段，聚合物分子间结合键吸收燃烧中体系积聚的能量断裂，发生高温裂解现象。有关研究表明聚乙烯燃烧时会产生很多自由基从而促进燃烧的进行。
引燃阶段是利用燃烧第二阶段产生的可燃性气体、表面聚合物燃烧的部分热量维持并加剧聚合物的燃烧，即使将热源去除，聚合物燃烧也无法停止。
燃烧的扩散与传递阶段是指当燃烧热达到周围可燃物的着火点时，燃烧迅速向周围扩散，燃烧范围进一步扩大，此时火势蔓延更加难以控制[2]。
1.1.3聚乙烯的阻燃机理
由于聚乙烯结构中没有活性基团，无法通过化学反应与阻燃剂的基团结合，所以只能通过物理共混在聚合物体系中添加阻燃剂，这类阻燃剂称为添加型阻燃剂。目前常见的阻燃体系有：无机阻燃体系、有机阻燃体系。无机阻燃剂有氢氧化铝、氢氧化镁、三氧化二锑、氧化锆等。有机磷系体系包含磷氮系阻燃体系、卤系阻燃体系。对于含有大量结晶水的阻燃剂，受热时结晶水蒸发带走燃烧热，降低材料表面温度，起到阻燃效果。有些阻燃剂受热会迅速在制品表面形成稳定的珐琅层或泡沫层，避免材料与氧气的进一步接触，同时抑制材料分解生成的可燃性气体逸出[3]。
聚合物的阻燃机理主要有如下四种：1、凝聚相阻燃机理。2、自由基捕获机理，大部分卤系阻燃剂都适用于这种阻燃机理。在聚合物燃烧过程中，生成大量的游离基，例如氧自由基，羟基自由基等，会与聚合物分子链发生自由基链式反应，促进气相燃烧反应。卤系阻燃剂能够捕获并与这些游离基反应，从而阻断链式反应。3、冷却机理，阻燃剂吸收大量的燃烧热，带走聚合物表面和燃烧区域的热量，从而使温度降低，降低后的温度达不到聚合物燃烧的着火点，维持聚合物燃烧的条件被破坏，从而阻止了聚合物燃烧。高温下聚合物降解会产生可燃气体，阻燃剂使温度降低后可以有效避免这一问题。4、协同作用机理，通过复配各种不同类型的阻燃剂，使各种作用机理共同发生作用，能够降低复配体系中阻燃剂用量，并且通常比一种阻燃剂单独作用的效果要好。
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