膨胀型石墨在各个领域得到了广泛的应用,备受使用者的青睐,已被使用了多年。这种新型阻燃剂被用于潮湿环境、海洋气候、露天环境等场所时,膨胀型阻燃剂中的有机组分因其耐候性、盐析性、水溶性差等使其应用受到限制。在上述情况下,必须有比该膨胀系统性能优越的阻燃剂进行阻燃。可膨胀石墨就是一种完全能满足上述环境的性能优良的膨胀型阻燃添加剂。石墨分子在层与层之间存在较大空隙,自由π电子及较弱的结合力,这给其他物质的原子、分子、离子侵入层隙之间形成新的化合物创造了良好条件,因此,石墨分子的层与层之间是化学反应的活泼区域。
可膨胀石墨是近年来出现的一种新型无卤阻燃剂,它利用石墨能形成层间化合物的特性,由天然鳞片石墨经特殊的化学处理,使其形成某种特殊的层间化合物,再经过高温处理,使层间化合物分解,同时石墨沿碳轴方向高速膨胀,从而形成膨胀石墨。膨胀石墨具有良好的膨胀性,在受热到200℃以上高温时,由于在层间化合物的分解,可膨胀石墨便开始膨胀,并在1100℃时达到**体积。最终体积可以膨胀到原体积的 280倍。随之表面积大大增加,导致表面自由能迅速增加,使表面活性增加,表面吸附力增大,润滑性提高,气液的可透性降低,粘结性升高。但其化学性质还和石墨一样,几乎不受化学腐蚀。膨胀后的石墨由原鳞片状变成密度很低的蠕虫状,膨胀后的石墨薄片是膨胀系统的碳源;也是绝热层,起到隔热作用。膨胀石墨在火灾中热释放率很低,质量损失很小,产生的烟气很少。膨胀石墨是迄今为止发现的仅有的可用于苛刻条件下并有足够膨胀强度的膨胀剂。
膨胀石墨现已应用于热固性酚醛树脂中,可增强酚醛树脂受火膨胀的绝热性。经高温处理压制成复合板材、垫圈、阳燃密封件等,石墨在阻燃塑料中的应用主要是利用可膨胀石墨的膨胀性和绝热性。在阻燃热固性塑料中除前面提到的在酚醛树脂中的应用以外,目前已有用于聚氨酯泡沫塑料的报道,如分散到聚氨酯泡沫中的石墨片的膨胀作用可阻止燃烧减弱火势,也可起到隔热作用。含有膨胀石墨类阻燃剂的系统在U94垂直试验中无滴落,燃烧后变成刚性很大的固体,如果基材要求不变形的话,膨胀型阻燃剂会成为首选阻燃剂。这种特殊性是膨胀型石墨类阻燃剂所特有的。尽管含膨胀石墨类阻燃剂的高聚物的外观差,但是窗框、门框、墙体中的隔热材料却可以很好地利用这种特性。另外,膨胀石墨作为一种电气性能极好的阻燃剂添加到织物中,可以获得意想不到的电磁波屏蔽效果,在日本这种特性早已得到应用。
在科技高速发展的美国,在20世纪90年代就已经利用膨胀石墨阻燃的高聚物制作坐垫、靠背、纤维织物等。直到最近,多孔泡沫(如聚氨酯泡沫)和纤维织物才达到该标准的**部分垂直燃烧测试的要求。应用于航空服务的泡沫绝大多数是聚氨酯的,为开孔泡沫,有吸水性,满足不了要求。为了达到航空救生服所要求的浮力标准,必须将聚氨酯泡沫与具有闭孔结构的聚乙烯泡沫共混。对这种浮力达到要求的共混泡沫来说,只有膨胀石墨才能达到它的阻燃性要求。